Es gibt verschiedene Arten von Temperatursensoren, darunter:

- Widerstandsthermometer (RTDs): Pt100, Pt1000 – basieren auf dem Prinzip der Widerstandsänderung mit der Temperatur.
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- Thermoelemente: Bestehen aus zwei unterschiedlichen Metallen und erzeugen eine temperaturabhängige Spannung.
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- Halbleiter-Temperatursensoren: Nutzen temperaturabhängige Eigenschaften von Halbleitermaterialien.
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- Infrarot-Temperatursensoren: Messen die Temperatur berührungslos über Wärmestrahlung.
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- Thermistoren (NTC, PTC): Widerstandsbasierte Sensoren mit stark nichtlinearer Kennlinie.

Ein Pt100 oder Pt1000 ist ein Widerstandsthermometer, das zur Temperaturmessung verwendet wird.

Der Unterschied zwischen beiden liegt im Widerstandswert bei 0°C: Ein Pt100 hat 100 Ohm, ein Pt1000 hat 1000 Ohm. Der Widerstand ändert sich mit der Temperatur in einer definierten Weise.

Ein Thermoelement besteht aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern, die an einem Ende verbunden sind. Durch den thermoelektrischen Effekt entsteht an der offenen Seite eine elektrische Spannung, die mit der Temperatur korreliert. Thermoelemente sind robust und eignen sich besonders für hohe Temperaturen.

Die Entscheidung hängt von verschiedenen Faktoren ab:
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- Temperaturbereich: Thermoelemente eignen sich für sehr hohe Temperaturen (>1000°C), Widerstandsthermometer für niedrigere Temperaturen mit hoher Genauigkeit.
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- Genauigkeit: Widerstandsthermometer sind präziser als Thermoelemente.
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- Reaktionszeit: Thermoelemente reagieren schneller auf Temperaturänderungen.
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- Umgebungsbedingungen: In rauen Umgebungen oder bei starken elektromagnetischen Störungen sind Thermoelemente oft die bessere Wahl.

Ein Ausfall eines Widerstandssensors oder Thermoelements kann sich auf verschiedene Weise äußern, je nach Art des Sensors und der Anwendung. Hier sind einige häufige Symptome und Methoden, wie man einen solchen Ausfall prüfen kann:
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Ausfall eines Widerstandssensors (z.B. Pt100 oder NTC/PTC)
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Symptome des Ausfalls:
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- Offener Kreislauf: Wenn der Widerstandssensor (z.B. ein Pt100) einen offenen Draht hat (z.B. durch Kabelbruch oder Korrosion), zeigt das Messgerät entweder eine „unendliche“ Widerstandsmessung an oder es bleibt bei einem konstanten Wert hängen, was darauf hinweist, dass kein Widerstand gemessen wird.
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- Kurzschluss: Wenn der Sensor einen Kurzschluss hat (z.B. durch beschädigte Isolation), kann das Messgerät einen Widerstand von nahe null Ohm anzeigen oder eine „fehlerhafte“ Temperaturmessung liefern.
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- Fehlerhafte Werte: Wenn der Sensor im Vergleich zu anderen Temperatursensoren inkorrekte Werte liefert oder nicht im erwarteten Temperaturbereich liegt, könnte er defekt sein.

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Prüfung des Widerstandssensors:
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- Messung des Widerstandes: Bei einem Pt100 z.B. kann man den Widerstand bei einer bekannten Temperatur (z.B. bei 0 °C) messen. Der Widerstand sollte bei 0 °C etwa 100 Ohm betragen. Bei anderen Temperaturbereichen gibt es bekannte Widerstandswerte, die für den Sensortyp gelten. Eine Abweichung von diesen Werten deutet auf einen defekten Sensor hin.
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- Durchgangsprüfung: Mit einem Multimeter lässt sich auch ein einfacher Durchgangstest durchführen. Ist der Sensor unterbrochen, wird kein Widerstand gemessen (offener Kreislauf), und bei einem Kurzschluss zeigt das Multimeter 0 Ohm an.



‍Ausfall eines Thermoelements
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Symptome des Ausfalls:
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- Offener Kreislauf: Wenn das Thermoelement einen Drahtbruch hat (z.B. durch mechanische Belastung oder Korrosion), bleibt die Temperaturanzeige entweder konstant oder es wird eine Fehlermeldung angezeigt, die auf einen offenen Kreislauf hinweist.

- Kurzschluss oder Verschmutzung: Ein Kurzschluss zwischen den Leitern des Thermoelements (z.B. an Knickstellen oder Kabelverschraubungen) oder die Bildung von Oxiden aufgrund hoher Temperaturen kann zu fehlerhaften Messungen führen, da an der Kurzschlussstelle ein neues Thermoelement entsteht. In diesem Fall könnte das Thermoelement zu hohe, zu tiefe oder generell unplausible Werte anzeigen.
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- Temperaturabweichungen: Wenn das Thermoelement aufgrund von Alterung oder physikalischer Schädigung falsche Werte liefert, kann dies auf einen Defekt hinweisen.
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Prüfung des Thermoelements:
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- Spannungsmessung: Ein Thermoelement erzeugt eine kleine Spannung, die proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Messstellen ist. Mit einem Präzisionsmultimeter lässt sich die Spannung messen, die bei einer bekannten Temperatur vorliegen sollte. Bei einem K-Typ-Thermoelement beträgt die Spannung bei 0 °C etwa 0 mV, bei 100 °C etwa 4,1 mV und so weiter.

- Durchgangsprüfung: Ähnlich wie bei einem Widerstandssensor kann ein Durchgangstest zeigen, ob das Thermoelement unterbrochen oder defekt ist. Ein offener Kreislauf zeigt keine Spannung oder einen unendlichen Widerstand an.

- Temperaturtest: Ein bekanntes Temperaturmessgerät (z.B. ein Kalibrierthermometer) kann verwendet werden, um die tatsächliche Temperatur am Thermoelement zu überprüfen und mit der vom Thermoelement angezeigten Temperatur zu vergleichen.
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Zusammenfassung
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- Widerstandssensoren (z.B. Pt100): Ein Ausfall zeigt sich häufig in einem offenen Kreislauf (unendlicher Widerstand) oder Kurzschluss (nahe 0 Ohm). Die Prüfung erfolgt durch Widerstandsmessung bei bekannten Temperaturen.
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- Thermoelemente: Bei einem Ausfall zeigt sich häufig ein offener Kreislauf oder eine fehlerhafte Temperaturmessung. Die Prüfung erfolgt durch Messung der Spannung und durch den Vergleich mit bekannten Referenzwerten.

Thermistoren sind temperatursensitive Widerstände, die in zwei Haupttypen unterteilt werden:
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- NTC (Negative Temperature Coefficient): Der Widerstand nimmt mit steigender Temperatur ab. Sie werden häufig für Temperaturmessungen, -regelungen und als Temperaturschutz in elektronischen Geräten verwendet.
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- PTC (Positive Temperature Coefficient): Der Widerstand steigt mit zunehmender Temperatur. Sie kommen oft als Überstromschutz oder in selbstregulierenden Heizungen zum Einsatz.
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Thermistoren zeichnen sich durch ihre hohe Empfindlichkeit aus, sind jedoch weniger linear als Pt100 oder Pt1000. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, die eine kompakte Bauweise und schnelle Reaktionszeit erfordern.

Der Messbereich wird so festgelegt, dass er die erwarteten Temperaturwerte abdeckt. Dabei muss darauf geachtet werden, dass:
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- Der Sensor innerhalb seines spezifizierten Temperaturbereichs arbeitet.
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- Eine angemessene Auflösung und Genauigkeit gewählt wird. Der Messbereich sollte so groß wie nötig und so klein wie möglich gewählt werden.
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- Die Umgebungsbedingungen und Einflüsse wie Spannungsabfall über lange Leitungen berücksichtigt werden.
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- Bei Messumformern, die auf einen Messbereich eingestellt sind, deren Nullpunkt-Wert (4mA- bzw. 0V-Wert) über der Raumtemperatur liegt, bei Prozesspausen eventuell kein plausibler Wert für die nachfolgende Steuerung ausgegeben wird.

2-Leiter: Einfachste Schaltung, aber Widerstandsänderungen in den Leitungen beeinflussen das Messergebnis.
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3-Leiter: Kompensation des Leitungswiderstands, oft in industriellen Anwendungen verwendet.
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4-Leiter: Höchste Genauigkeit, da der Leitungswiderstand völlig kompensiert wird. Wird in hochgenauen Messungen genutzt.

Messumformer können verschiedene Ausgangssignale bereitstellen, darunter:
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- 4...20mA (Stromsignal): Robustes Signal, unempfindlich gegenüber Spannungsverlusten und elektromagnetischen Störungen, ideal für lange Leitungswege und industrielle Anwendungen.
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- 0...10V (Spannungssignal): Einfach zu messen, jedoch anfälliger für Störungen und Spannungsabfall, geeignet für kurze Strecken.
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- 0...5V oder 1...5V: Häufig in elektronischen Steuerungen und Automatisierungssystemen verwendet.
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- Modbus, Profibus, HART: Digitale Schnittstellen zur Kommunikation mit Steuerungssystemen.
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- PWM (Pulsweitenmodulation): Signal mit variabler Pulsbreite zur digitalen Verarbeitung.
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- CAN-Bus: Serielles Kommunikationsprotokoll für industrielle und Fahrzeuganwendungen.
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Die Wahl des Ausgangssignals hängt von der Anwendung, den Umgebungsbedingungen und den Anforderungen an die Signalübertragung ab.

- 4...20mA (Stromsignal): Unempfindlich gegenüber Spannungsverlusten und elektromagnetischen Störungen. Ideal für lange Leitungswege und industrielle Anwendungen.
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- 0...10V (Spannungssignal): Einfacher zu messen, aber anfälliger für Störungen und Spannungsabfall. Geeignet für kurze Strecken.

Ein lineares Ausgangssignal bedeutet, dass sich die Ausgangsgröße (Spannung oder Strom) proportional zur gemessenen Temperatur verhält. Beispielsweise bedeutet eine Temperaturverdopplung auch eine Verdopplung des Ausgangssignals innerhalb des definierten Messbereichs. Dies erleichtert die Verarbeitung und Interpretation der Messwerte.

- Analoges Ausgangssignal: Ein kontinuierliches Signal, das direkt proportional zur gemessenen Temperatur ist. Beispiele sind 4...20mA oder 0...10V. Analoge Signale sind einfach zu verarbeiten und werden oft in industriellen Anwendungen genutzt.
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- Digitales Ausgangssignal: Überträgt Messwerte in diskreter (binärer) Form. Beispiele sind Modbus, Profibus oder CAN-Bus. Digitale Signale bieten hohe Störsicherheit, ermöglichen komplexe Kommunikation und werden häufig in modernen Steuerungssystemen verwendet.

- Widerstandssensoren: Pt100, Pt1000, Ni100, Ni1000
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- Thermoelemente: K, J, L, T, U, E, N, S, B (in fast allen, dafür vorgesehenen Produkten)
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- Halbleiter-Temperatursensoren: derzeit sind diverse Sensoren, die über I²C-Bus kommunizieren mit in einigen unserer Produkte kompatibel (Temperatur – TMP116 / Feuchte – SHT31, SHT41 / Luftdruck - MPL3115A2 / Lichtstärke - ADPS9300)

- Thermistoren (NTC, PTC): auf Anfrage

- Analoge Signale: 0…10V (und Sonderlösungen 0,5…4,5V etc.), 4…20mA
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- Digitale Signale: Modbus

An dieser Stelle muss man unterscheiden. Analoge Messumformer sind meistens fest auf einen bestimmten Sensor und Messbereich eingestellt. In Einzelfällen erkennt der Messumformer selbst den angeschlossenen Sensor (Pt100/Pt1000) und es kann mittels DIP-Schaltern zwischen voreingestellten Messbereichen ausgewählt werden. Die meisten digitalen Messumformer lassen sich jedoch über eine Software programmieren bzw. parametrieren.

Zu diesem Zweck stellen wir für die LKM Messumformer eine kostenfreie Software zur Verfügung, damit Sie Werte wie Sensor, Messbereich, Ausgangssignal, Schaltpunkt, Hysterese (je nach eingesetztem Produkt) selbst festlegen können.