elektrische Temperaturmessung

10 Die Messunsicherheit
Entscheidende Konstruktive Merkmale sind z. B.:
- Temperaturausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien,
- mechanische Kopplung der temperaturempfindlichen Wicklung bzw. Schicht zur Umgebung,
- chemische Verträglichkeit der verwendeten Materialien (bei Einsatz bei höheren Temperaturen).
Driften werden vor allem durch die Entstehung von mechanischen Spannungen bei Temperaturbelastungen
hervorgerufen.
Bei Neuentwicklungen von Sensoren werden Typprüfungen durchgeführt, dabei werden die Temperatursensoren
Temperaturwechselbelastungen zwischen unterer und oberer Anwendungstemperatur
ausgesetzt. Zur Beurteilung der Stabilität wird stets der Messwert am Eispunkt des Wassers
herangezogen.
Beispielrechnungen
Für die einzelnen Messunsicherheitsanteile ergibt sich je nach angenommener Verteilung ein Teiler,
da die Angaben in den Kalibrierscheinen und Datenblättern für K = 2 ausgelegt sind (Messwert mit
95%-iger Wahrscheinlichkeit innerhalb des angegebenen Bereiches).
Der Teiler ist bei angenommener Gauß’scher Normalverteilung 2; bei Rechteckverteilung √3. Aus
der Standardmessunsicherheit (Schätzwert) ergeben sich die einzelnen Unsicherheitsbeiträge. Der
angegebene Sensivitätskoeffizient dient der Umrechnung der jeweiligen Standardmessunsicherheit
in den Unsicherheitsbeitrag für das Ausgangssignal. Aus den einzelnen Unsicherheitsanteilen
erhält man durch quadratische Addition die Gesamtmessunsicherheit für K = 1 (68,3% Auftretungswahrscheinlichkeit).
Messumformer mit Widerstandsthermometer
Es ist die Gesamtmessunsicherheit eines programmierbaren Messumformers JUMO dTRANS T02
mit einem Widerstandsthermometer Pt 100 (Toleranzklasse DIN B) bei T = 100°C zu ermitteln. Der
Messumformer arbeitet mit einem Stromausgangssignal 4 bis 20mA und einem Temperaturbereich
0 ... 200°C.
Das Widerstandsthermometer ist ein Kabelfühler Außendurchmesser 6mm in Zweileiterschaltung
mit einer Einbaulänge von 30mm und einer Anschlussleitung mit 3m Länge.
Formel 42: Modellgleichung zur Berechnung der Gesamtmessunsicherheit:
I X = t m + σM F + σM D + σM A + σM E + σM Th + σM RI + σR AL + σV + σt M + σt W + σ B
Es wird angenommen, dass die Temperatur an der Messstelle 100,50°C beträgt.
Der Messumformer liefert ein Ausgangssignal von 12,040mA.
Für σM A , σV, σt M , σ B werden dieselben Annahmen wie im obigen Beispiel angenommen.
Wärmeableitfehler des Fühlers (σM F )
Für den Wärmeableitfehler des Fühlers (Differenz zwischen Nenneinbaulänge und voll abgetauchten
Zustand) wurden 60mK ermittelt.
Eigenerwärmungsfehler (σM E )
Der Messumformer arbeitet mit einem Messstrom von 0,6mA. Damit ergibt sich eine Verlustleistung
von ca.0,05mΩ. Der Eigenerwärmungsfehler ist somit vernachlässigbar.
Thermospannung(σM Th )
Bei einer möglichen Thermospannung von 20mV (Begrenzung nach DIN EN 60 751, siehe oben)
und einem Messstrom von 0,6mA ergibt sich bei der Messtemperatur von 100°C (R ca. 138Ω) ein
möglicher Fehler von 33mΩ.
112 JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01