Temperaturmessung mit PT100 und PT1000

Abb. 1: Temperaturmessung mit Festkörperwiderstand

Autoren: Marc Ebmeyer

Einleitung

Begleitend zur MTR Vorlesung Sensortechnik sollen in der Übung die besprochenen Sensoren praktisch genutzt werden. Lektion 11 behandelt Temperatursensoren.

In diesem Versuch soll ein temperaturabhängiger Widerstand (PT100/PT1000) zur Temperaturmessung eingesetzt werden.

Vorlesungslink: Lektion 11: Temperaturmessung

Anforderungen

Anforderungen an den Versuch Thermoelement  Entwickeln Sie einen Versuchsaufbau zur Vertiefung der Theorie zum Thermoelement.

Tabelle 1: Anforderungen an den Versuch Thermoelement

Req.	Beschreibung	Priorität
1	Das System muss die Temperatur mittels PT100 und PT1000 messen.	1
2	Die Messschaltung muss der Vorlesung entsprechen (Brückenschaltung mit 2/3/4-Leiterschaltung).	1
3	Die Messdatenauswertung erfolgt über einen Arduino.	1
4	Die Temperatur muss von 20 °C bis 80 °C einstellbar sein.	1
5	Die Referenztemperatur muss aufgezeichnet werden können.	1
6	Die Aufzeichnung und Auswertung von Messung und Referenz muss in MATLAB® erfolgen.	1

Temperaturmessung mit Referenz Stromquelle für höhere Genauigkeit und konstanter Belastung des Messwiderstandes.

Temperatur Messung mit Platin Widerstands Temperaturfühlern

Auf dem Markt gibt es 4 Grundtypen an Platintemperaturwiderständen zu kaufen. Sie unterscheiden sich als erstes in Ihrem Widerstand bei 0°C. Der Platin Widerstand PT100 hat bei einer Temperatur von 0°C einen Wiederstand von 100Ohm, dieser Wert bezeichnet man als R_0.

1. PT50 mit R_0=50Ohm
2. PT100 mit R_0=100Ohm
3. PT500 mit R_0=500Ohm
4. PT1000 mit R_0=1000Ohm

Des weiteren werden Sie in Genauigkeitsklassen unterteilt.

1. AA=T+/-(0,1°C+0,0017*T)
2. A=T+/-(0,15°C+0,002*T)
3. B=T+/-(0,30°C+0,0057*T)
4. C=T+/-(0,60°C+0,01*T)

Bei sinkenden Temperaturen unter 0°C folgt der Widerstand des PT100 der Gleichung R(T)= R_0*(1+A*T+B*T²+C*(T-100)*T³). Steigt die Temperatur kann man mit der vereinfachten Gleichung R(T)= R_0*(1+A*T+B*T²) rechnen. Dabei gelten die Konstanten:

1. A=3,9083*10^-3 °C^-1
2. A=-5,775*10^-7 °C^-2
3. A=-4,183*10^-4 °C^-4

Temperatur Messung mit PT100

Temperaturmessung 2-Leiter

Einfache Zwei-Leiterschaltung (siehe Abb. 1) zur Messung mit einem PT100 an einem Arduino im Temperaturbereich von -50°C(80,3Ohm) bis 150°C(148,8 Ohm) (siehe Ergebnis Abb. 2). Um Messfehler zu reduzieren, wird der PT 100 mit einem Konstantstrom von nur 100uA beaufschlagt. Dieses führt zu einer sehr niedriegen Eigenerwärmung des Sensors. Eine weiter 100uA Stromquelle, welche Thermisch an die andere gekoppelt ist, speist den Referenzwiderstand, sodass Temperaturschwankungen keine auswirkungen auf die Stromquellen haben. Als Referenz-Stromquelle kommt hier ein Ref200 von Texas Instruments zur Anwendung. Die Widerstände am Instrumentationsverstäker INA326 R_1 und R_6||C_1 sind so eingestellt, dass man im Messbereich von -50°C und +150°C eine konstante Spannung von 0-5V messen kann, was optimal ist zur Auswertung mit einem uC.

Abb. 1: Zwei-Leitermessung PT100

Abb. 2: Ausgangsspannung am INA326 in Abhängigkeit vom PT100 bei der Zwei-Leitermessung siehe Abb. 1

Temperaturmessung 3-Leiter

Sobald der Temperatursensor mehrere Meter von der Mesststelle entfernt liegt, tretten gerade beim PT100 schnell nicht unerhebliche Messfehler durch die Messleitung auf. Um dieses zu Kompensieren wird die Messleitung herausgerechnet aus der Messung.

Temperaturmessung 4-Leiter

Werden die Messstrecken sehr lang, so sollte man von der 3-Leiter-Messung auf die Vierleiter-Messung umsteigen, da die auf großen Entfernungen auftrettenden Messfehler dadurch kompensiert werden.

Temperatur Messung mit PT1000

Literatur

Datenblatt TexasInstruments REF200 [ Datenblatt TexasInstruments INA326]

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