Jeder Pt100-Sensor hat eine individuelle Temperatur-Widerstands-Kennlinie aufgrund kleiner Unterschiede im Platinmaterial und bei der Herstellung des Sensors. Um eine noch genauere Messung als mit einem Pt100 der Klasse AA zu erreichen, kann diese individuelle Kurve für jeden einzelnen Sensor mit der Callendar-Van-Dusen-Gleichung exakt linearisiert werden. Diese Kurve muss so genau wie möglich beschrieben werden, um bei der Linearisierung der Messwerte im Transmitter ein Höchstmaß an Genauigkeit zu erreichen. Für Platinwiderstände (Pt/RTD) wird diese Kurve durch die Callendar-Van-Dusen-Gleichung beschrieben.
Die Genauigkeit der gesamten Messstelle, bestehend aus Sensor und Transmitter, kann durch die Sensor-Transmitter-Matching-Technologie optimiert werden. Die Callendar-Van-Dusen-Gleichung sieht wie folgt aus: RT = R0[1+AT+BT²+CT³(T-100 °C)]. Die Koeffizienten A, B und C für einen bestimmten Temperaturbereich lassen sich aus einer Kalibrierung mit mindestens 3 Punkten ableiten.
Werden anstelle der genormten Koeffizienten aus der IEC 60751 die sensorspezifischen Konstanten aus der Thermometerkalibrierung in den Transmitter eingegeben, so linearisiert der Transmitter die spezifische Temperaturwiderstandskurve für den angeschlossenen Sensor.
Vorteile
- Höchste Genauigkeit über einen großen Messbereich
- Beispiel OHNE Sensor-Transmitter-Matching: Pt100 Klasse AA mit hochgenauem Transmitter 150 °C (302 °F) ±0,4 °C (±0,72 °F)
- Beispiel MIT Sensor-Transmitter-Matching: Pt100 abgestimmt mit hochgenauem Tansmitter bei 150 °C (302 °F) ±0,18 °C (±0,324 °F)
- Wirtschaftliche Alternative zu gekoppelten Sensoren, insbesondere bei Temperaturen über 100 °C (212 °F)
Die goldenen Regeln für die Installation einer industriellen Temperaturmessung wurden beachtet und dennoch fehlt es an Genauigkeit? Dazu müssen wir uns mit dem mathematischen Hintergrund und den Kalibriermethoden befassen. Angenommen, alle goldenen Regeln, die in den vorangegangenen Videos gezeigt wurden, sind befolgt worden, aber es gibt einige Wiederholungen, bei denen die letzte Ziffer genau benötigt wird . Was können wir also tun, um diesen Nullpunkt der Abweichung zu erreichen? Dazu müssen wir uns mit der Elektronik befassen. Die Aufgabe eines Temperaturtransmitters besteht darin, das Primärsignal, das bei RTDs oder Thermoelementen Ohm oder mV sein kann, in den gewünschten Messwert (Celsius oder Fahrenheit) umzuwandeln. Konzentrieren wir uns wieder auf das Ohm, auf die RTDs. Wie funktioniert dies? Die Idealkurve des Pt100, bezogen auf die Temperatur, wird in der internationalen Norm IEC6751 definiert.
Diese idealen Werte besagen, dass man bei 138,5 Ohm 100 Grad Celsius ablesen kann. Der Transmitter wandelt also dieses Ohm-Signal um. In Wirklichkeit, das haben wir schon in einer der anderen Folgen gesehen, haben die Klassen A, B und so weiter einen Trichter. Es gibt also eine Toleranzklasse. Ein tatsächlicher Sensor könnte ein wenig anders aussehen. Dieser kleine Unterschied könnte darin bestehen, dass der Wert nicht 138,5, sondern 138,2 beträgt. Das Primärelement liefert bei 100 Grad Celsius, aber der Transmitter erkennt das nicht. Er wird also dieses Signal in 99,2 umwandeln, weil weniger Ohm gleich weniger Temperatur bedeutet. Wenn man eine höhere Genauigkeit erreichen will, muss man sich den Sensor selbst genauer ansehen. Um den Messfehler zu beseitigen, muss man die mathematischen Zusammenhänge besser verstehen. Das tatsächliche Verhalten der Temperatur in Bezug auf den Widerstand ist in dieser Kurve dargestellt. Um nur einen Hinweis zu geben: Null entspricht 100 Ohm bei Null Grad Celsius, multipliziert mit einem Faktor. Diese Standardwerte werden im Transmitter festgehalten und das funktioniert.
Aber wenn wir eine Kalibrierung durchführen, beispielsweise eine Drei- oder Fünf-Punkt-Kalibrierung vornehmen, können wir die Werte dieser Formel individuell bestimmen und das Ergebnis der Kalibrierung in den Transmitter übertragen. Es wird nicht mehr mit Standardwerten gearbeitet, sondern mit diesen individuellen Werten von genau diesem Sensor. Jetzt wird die resultierende Genauigkeit besser, weil der Transmitter jetzt in der Lage ist, zu erkennen, dass dieser Sensor anders ist. Er schafft 100 Grad Celsius, auch wenn der Temperaturwiderstand etwas niedriger ist, da diese individuellen Werte gespeichert werden. Die Vorteile an dieser Stelle sind: Wir haben nicht mehr diesen Trichter, dass die Toleranz mit der Temperatur zunimmt, wir haben eine mehr oder weniger konstante Toleranz im kalibrierten Bereich. Dazu müssen die Werte angegeben werden, für die die Kalibrierung durchgeführt werden soll. Dann ist die resultierende Genauigkeit erheblich besser.
Der Nachteil dabei ist: Sensor und Transmitter dürfen nicht mehr getrennt werden, da der Sensor an den Transmitter angepasst ist. Sie gehören zusammen. Wenn man den Messeinsatz einfach durch einen anderen ersetzt, lassen sich die Ergebnisse nicht vorhersagen. Das ist durchaus möglich! Wir nennen dies Sensor-Transmitter-Matching, um die letzten Ziffern einer Genauigkeit zu erhalten.
