elektrische Temperaturmessung

10 Die Messunsicherheit
- Äußere Teile des Thermometers (z. B. Anschlusskopf) mit zusätzlicher Wärmedämmung
versehen,
- Thermometer mit kleiner äußerer Fläche einsetzen,
- Abschätzung des Wärmeableitfehlers und Reduzierung der Eintauchtiefe um zum Beispiel 10%
und gleichzeitiger Beobachtung der Temperaturanzeige.
Abweichung der Temperatursensoren zur Normkennlinie (σM D )
Die Auswerteelektronik ist in der Regel auf Temperatursensoren einjustiert, die exakt den entsprechenden
Normkennlinien (für Platin-Widerstandsthermometer DIN EN 60 751; für Thermoelemente
DIN EN 60 584) entsprechen. Die Sensoren halten die Normkennlinien jedoch nur in den seltensten
Fällen ein, sondern es sind Toleranzklassen zugelassen.
So berechnet sich die zulässige Toleranz für einen Platinsensor der Toleranzklasse B aus (±0,3K
+0,005 T · ITI) (T = Messtemperatur). Bei 100°C ergibt sich also eine zulässige Toleranz von
±0,8°C.
Es ergeben sich zwei Möglichkeiten, diesen Fehler einzuschränken:
- engere Toleranzklasse verwenden (für DIN A erhält man für 100°C eine zulässige Toleranz von
0,15 + 0.0017 · 100°C = 0,32°C,
- Eingabe der Kennlinienkoeffizienten (R 0 , A, B) des Temperaturfühlers in die Auswerteelektronik
(natürlich muss dies vorgesehen sein). Dazu muss der Temperaturfühler bei mindestens drei
Temperaturen im Messbereich ausgemessen werden. Der Messunsicherheitsanteil des Temperatursensors
wird damit auf die Messunsicherheit bei der Temperaturmessung eingeschränkt.
Austemperierung (σM A )
Wegen der stets vorhandenen thermischen Widerstände nimmt der Temperatursensor nie sofort
die Temperatur des Messmediums an, sondern immer verzögert. Diese Verzögerung wird durch die
Wärmeübergangskoeffizienten Sensor - Füllmaterial - Metallschutzrohr - Messmedium bestimmt
und ist somit eine konstruktive Kenngröße des Temperaturfühlers.
Auskunft über das Ansprechverhalten gibt die Sprungantwort. Da die Ansprechzeit in starkem
Maße von der Strömungsgeschwindigkeit, dem verwendeten Messmedium und der Eintauchtiefe
abhängig ist, wurden in der DIN EN 60 751 Parameter für die Aufnahme der Sprungantwort in Luft
und Wasser festgelegt. In den Datenblättern der Temperaturfühler ist die Angabe der Halbwertzeit
t 05 (Messwert hat 50% des Endwertes erreicht) und der Neunzehntelzeit t 09 (90% des Endwertes
erreicht) üblich. Bei Messungen in Luft sind dabei durchaus t 09 Zeiten von 5 Minuten und mehr
möglich.
Die bereits erläuterten Maßnahmen zur Reduzierung des Wärmeableitfehlers führen auch zu einer
Verringerung der Ansprechzeiten. Des Weiteren muss der Anwender auf eine genügende Austemperierung
achten, bevor z. B. Messwerte protokolliert werden.
Eigenerwärmung (σM E ) von Widerstandsthermometern
Der Messstrom, der durch den Temperatursensor fließt, erzeugt Wärme und führt zu einer systematisch
höheren Temperaturanzeige. Die eingebrachte Leistung beträgt dabei P = R · I 2 . Eine Angabe
erfolgt in der Regel durch den Hersteller in der Form des Eigenerwärmungskoeffizienten (E K
in mW/°C).
Eine Reduzierung des Messstromes führt stets zu einer Verringerung der Eigenerwärmung. Wird
der Spannungsabfall über dem Widerstandsthermometer jedoch zu gering, führt dies bei einigen
JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01
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