Wie Temperaturmessung mit dem passenden Sensor geplant wird

Das Wichtigste auf einen Blick

Messbereich, Medium und Toleranz festlegen

Der Messbereich steht am Anfang. Ein PT100 deckt in der Praxis -200 bis +600 °C ab, ein Thermoelement Typ K bis etwa +1200 °C. Oberhalb von 600 °C bleibt meist nur das Thermoelement, unterhalb von 400 °C ist der Widerstandssensor die genauere Wahl.

Die Toleranz folgt aus der Norm. Für einen PT100 nach DIN EN 60751 erlaubt Klasse A eine Abweichung von 0,15 °C plus 0,002 pro Grad. Bei 100 °C sind das 0,35 °C. Klasse B erlaubt 0,30 °C plus 0,005 pro Grad, bei 200 °C also rund 1,3 °C.

Ein Thermoelement Typ K nach DIN EN 60584 erreicht in Klasse 1 etwa 1,5 °C bis 375 °C, darüber 0,4 Prozent der Temperatur. Es ist robuster und schneller, aber weniger genau als ein PT100 der Klasse A. Wer 0,5 °C im Regelkreis halten muss, plant den Widerstandssensor ein.

Das Medium entscheidet über den Werkstoff. Wasser und Dampf vertragen Edelstahl 1.4404. Aggressive Medien verlangen Hastelloy oder eine Auskleidung. In Lebensmittel- und Pharmaprozessen kommen 1.4435 und Oberflächen mit einer Rauheit unter 0,8 Mikrometern zum Einsatz.

Zwei Temperaturen sind zu trennen: die Prozesstemperatur am Sensor und die Umgebungstemperatur am Anschlusskopf. Kopftransmitter arbeiten meist bis 85 °C Umgebungstemperatur. Darüber braucht es getrennte Montage oder einen Feldtransmitter.

In fünf Schritten zur Sensorauswahl

Jeder Schritt endet mit einer Angabe, die später in der Bestellung steht. Fehlt eine davon, wird der Sensor zum Sonderbau und die Lieferzeit steigt deutlich. Wer die fünf Punkte vor der Anfrage klärt, bekommt ein vergleichbares Angebot.

Schutzrohr, Einbaulänge und Ansprechzeit

Das Schutzrohr trennt den Sensor vom Prozess und verlängert die Ansprechzeit. Ein dünnwandiges Rohr mit 6 mm Außendurchmesser erreicht t90-Werte von wenigen Sekunden, ein dickwandiges Rohr mit Keramikeinsatz braucht Minuten. Für schnelle Regelkreise ist die dünne Variante die richtige Wahl.

Die Einbaulänge richtet sich nach Rohrleitung oder Behälter. In Nennweiten unter DN 80 wird der Sensor oft schräg eingebaut, damit die Eintauchtiefe stimmt. Wer Temperatur und Füllstand an einem Behälter zusammen auslegt, findet bei VEGA Sensoren für Füllstand, Grenzstand, Druck und Durchfluss passende Geräte für die übrigen Messgrößen.

Schutzrohre aus Edelstahl 1.4571 sind für Drücke bis etwa 40 bar üblich. Bei höheren Drücken und starker Strömung gehört eine Festigkeitsberechnung in die Auslegung.

Transmitter, Umgebung und Kosten je Messstelle

Kopftransmitter wandeln das Sensorsignal in 4 bis 20 mA oder in ein digitales Protokoll. JUMO führt Transmitter der dTRANS-Reihe, WIKA die Typen T32 und T38, Endress+Hauser die iTEMP-Serie TMT. Die Auswahl hängt davon ab, ob HART, Profibus oder eine reine Analogschleife gebraucht wird.

Feldtransmitter mit Display sind sinnvoll, wenn die Messstelle ohne Leitsystem abgelesen wird. Für die Messunsicherheit zählt die gesamte Kette aus Sensor, Schutzrohr, Transmitter und Eingangskarte.

Im explosionsgefährdeten Bereich gelten zusätzliche Anforderungen. Die Richtlinie 2014/34/EU zu Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen regelt, welche Betriebsmittel in welchen Zonen zugelassen sind. Zündschutzart, Temperaturklasse und Zulassungsnachweis gehören in die Ausschreibung.

Beispielrechnung: Ein Mantelwiderstandsthermometer PT100 Klasse A mit 6 mm Durchmesser, Anschlusskopf und 100 mm Einbaulänge kostet etwa 80 bis 150 Euro netto. Mit Kopftransmitter, HART und Ex-Zulassung steigen die Kosten auf 250 bis 450 Euro netto je Messstelle. Montage, Schutzrohr und Kalibrierung sind darin nicht enthalten.

Nach dem Einbau wird die Messkette kalibriert. Software und Dokumentation für Kalibrierprozesse liefert etwa Beamex mit Produkten für Kalibrierung und Kalibriermanagement.

Häufige Fragen

Reicht ein PT100 der Klasse B für eine Regelstrecke?

Nur wenn der Regler größere Abweichungen verkraftet. Klasse B erlaubt bei 200 °C rund 1,3 °C Fehler. Für 0,5 °C Genauigkeit ist Klasse A oder AA nötig.

Wann ist ein Thermoelement besser als ein Widerstandsthermometer?

Bei Temperaturen über 600 °C, bei schnellen Änderungen und bei starker Vibration. In diesen Fällen ist Typ K nach DIN EN 60584 die Standardwahl.

Wie lang muss die Eintauchtiefe sein?

In Flüssigkeiten mindestens das Zehnfache des Schutzrohrdurchmessers, in Gasen das Fünfzehnfache. Kürzere Eintauchtiefen verfälschen das Ergebnis, weil Wärme über die Rohrwand abfließt.

Muss die Messstelle nach dem Einbau geprüft werden?

Ja. Prüffristen und Dokumentation gehören in den Prüfplan der Anlage. Die BetrSichV des Bundesministeriums der Justiz verlangt Prüfungen vor Inbetriebnahme und wiederkehrende Prüfungen für überwachungsbedürftige Anlagen, zu denen Druckanlagen zählen.