Temperaturmessung
Teil von Temperaturmessung in der Industrie: Sensoren, Verfahren und Normen
Widerstandsthermometer oder Thermoelemente im Vergleich
PT100 und PT1000 nach DIN EN 60751 gegen Thermoelemente Typ K, J und N nach DIN EN 60584: Genauigkeit, Messbereich, Preise und Elektronik im Vergleich.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Widerstandsthermometer mit PT100 oder PT1000 nach DIN EN 60751 liefern die höhere Genauigkeit und die bessere Langzeitstabilität.
- Thermoelemente Typ K, J und N nach DIN EN 60584 erreichen höhere Temperaturen, bis über 1200 Grad Celsius.
- Beispielpreise liegen je Sensor zwischen 50 Euro und 300 Euro netto, abhängig von Schutzrohr, Anschlusskopf und Zulassung.
- Anschlussleitung, Kaltstellenkompensation und Transmitter kosten oft mehr als der Sensor selbst.
- Universaleingänge von WIKA, JUMO und Endress+Hauser verarbeiten beide Signalarten.
Messprinzip und Normen: PT100, PT1000 gegen Typ K, J und N
Widerstandsthermometer messen die Temperaturabhängigkeit eines Platin-Widerstands. PT100 hat 100 Ohm bei 0 Grad Celsius, PT1000 hat 1000 Ohm. Kennlinie und Toleranzklassen AA, A, B und C stehen in DIN EN 60751.
Thermoelemente arbeiten nach dem Seebeck-Effekt. Zwei unterschiedliche Metalle erzeugen eine Spannung von wenigen Millivolt, bei Typ K rund 41 Mikrovolt je Kelvin. Typ K, Typ J und Typ N sind in DIN EN 60584 genormt.
Beide Verfahren liefern verschiedene Signale: Ohm gegen Millivolt. Das Widerstandsthermometer braucht einen Messstrom, das Thermoelement eine Kaltstellenkompensation. Jede Signalart bringt eigene Fehlerquellen in die Messkette.
Für die Prüfmittelüberwachung sind beide Sensorarten regelmäßig zu kalibrieren. Themen zu Normung und technischen Regeln bündelt das Forum Netztechnik des VDE.
Genauigkeit, Messbereich und Langzeitstabilität im Vergleich
Genauigkeit, Messbereich und Langzeitstabilität
Widerstandsthermometer
- Norm
- DIN EN 60751
- Signal
- Widerstand in Ohm
- Messbereich
- minus 200 bis plus 600 Grad Celsius
- Genauigkeit bei 0 Grad Celsius
- Klasse AA 0,1, Klasse A 0,15, Klasse B 0,3 Grad Celsius
- Eigenerwärmung
- vorhanden, Messstrom begrenzen
- Langzeitstabilität
- hoch
- Anschlussleitung
- Kupfer, zwei bis vier Adern
- Auswertung
- Speisung erforderlich
Thermoelement
- Norm
- DIN EN 60584
- Signal
- Spannung in Millivolt
- Messbereich
- Typ K bis 1200, Typ N bis 1300 Grad Celsius
- Genauigkeit bei 0 Grad Celsius
- Klasse 1: 1,5 Grad Celsius
- Eigenerwärmung
- nicht vorhanden
- Langzeitstabilität
- Drift durch Alterung
- Anschlussleitung
- Ausgleichsleitung aus Thermomaterial
- Auswertung
- Kaltstellenkompensation erforderlich
Die Toleranzangaben zeigen den Abstand deutlich: 0,15 Grad Celsius gegen 1,5 Grad Celsius. Widerstandsthermometer gewinnen bei der Genauigkeit, Thermoelemente beim Messbereich.
Widerstandsthermometer vs. Thermoelement
Widerstandsthermometer
- Norm
- DIN EN 60751
- Signal
- Ohm
- Messbereich
- -200 bis +600 °C
- Genauigkeit bei 0 °C
- Klasse A 0,15 °C
- Eigenerwärmung
- vorhanden
- Langzeitstabilität
- hoch
Thermoelement
- Norm
- DIN EN 60584
- Signal
- Millivolt
- Messbereich
- Typ K bis 1200 °C
- Genauigkeit bei 0 °C
- Klasse 1 1,5 °C
- Eigenerwärmung
- nicht vorhanden
- Langzeitstabilität
- Drift durch Alterung
Typ K deckt minus 200 bis plus 1200 Grad Celsius ab, Typ J bis 750 Grad Celsius. Typ N ist für Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen ausgelegt und driftet langsamer als Typ K.
Widerstandsthermometer sind träger, weil der Messwiderstand im Schutzrohr sitzt. Dafür bleiben sie über Jahre stabil, solange kein Feuchteeintritt den Isolationswiderstand senkt. Bei Thermoelementen im Dauerbetrieb oberhalb 800 Grad Celsius ist mit Drift zu rechnen, eine Nachkalibrierung ist einzuplanen.
Anschlussleitungen, Eigenerwärmung und Auswerteelektronik
Bei Widerstandsthermometern bestimmt die Zahl der Adern die Genauigkeit. Zwei Leiter erfassen den Leitungswiderstand mit, drei kompensieren ihn, vier trennen Speisung und Messung. Für lange Zuleitungen ist der Vierleiteranschluss die sicherste Variante.
Thermoelemente benötigen eine Ausgleichsleitung aus demselben Material wie der Sensor. Kupferdraht ist ungeeignet, weil an jeder Klemme eine zusätzliche Thermospannung entsteht. Polarität und Steckverbinder sind zu prüfen.
Die Eigenerwärmung betrifft nur Widerstandsthermometer. Der Messstrom erzeugt im Sensor Verlustleistung, die das Ergebnis nach oben verschiebt. PT1000 hilft hier, weil der höhere Widerstand bei kleinerem Strom dasselbe Signal liefert.
WIKA, JUMO und Endress+Hauser bieten Kopftransmitter mit Universaleingang. Sie wandeln Ohm oder Millivolt in 4 bis 20 Milliampere und geben die Werte über HART aus. Endress+Hauser führt sie in der Reihe iTEMP, JUMO in der Reihe dTRANS, WIKA nennt den Typ T16.
Für Prüfstände kommen zusätzlich Datenerfassungssysteme in Frage. National Instruments bietet Datenerfassungssysteme und Messsoftware für Laboraufbauten an.
Vor dem Einsatz ist die Messkette zu kalibrieren. Software für Kalibrier-Management und Kalibrierung bietet Beamex an.
Beispielrechnung: was eine Messstelle kostet
Die folgende Rechnung ist ein Beispiel mit marktüblichen Netto-Preisen und zeigt die Größenordnung.
Die Differenz beträgt 684 Euro netto für zwölf Messstellen. Der Sensorpreis allein erklärt sie nicht, denn die Ausgleichsleitung ist günstig und der Transmitter ähnlich teuer. Entscheidend bleiben Messbereich, Genauigkeit und Standzeit.
Häufige Fragen
Wann ist ein Widerstandsthermometer die bessere Wahl?
Wenn Genauigkeit und Langzeitstabilität zählen und die Temperatur unter etwa 600 Grad Celsius bleibt. Typische Fälle sind Prozessmessstellen in Chemie, Lebensmittelproduktion und Gebäudetechnik.
Wann ist ein Thermoelement sinnvoll?
Bei hohen Temperaturen, schnellen Änderungen oder starken Schwingungen. Typ K ist der Standard, Typ N für Dauerbetrieb über 1000 Grad Celsius, Typ J für reduzierende Atmosphären.
Welche Toleranzklasse ist praxisgerecht?
Bei PT100 ist Klasse A der Regelfall, Klasse AA für Referenzmessstellen. Bei Thermoelementen Typ K ist Klasse 1 üblich, Klasse 2 für unkritische Anzeigen.
Kann eine Auswerteelektronik beide Signalarten lesen?
Ja, Universaleingänge von WIKA, JUMO und Endress+Hauser verarbeiten Ohm und Millivolt. Die Kaltstellenkompensation ist im Gerät integriert.
Woran erkenne ich eine gealterte Messstelle?
An der Drift bei der Nachkalibrierung. Thermoelemente im Hochtemperaturbetrieb werden häufiger geprüft als Widerstandsthermometer.
