Selbsterwärmung von RTDs: Ursachen, Auswirkungen und Minimierung

Inhalt

1. Was ist die Selbsterwärmung eines RTD?
2. Wie bedeutend ist der Selbsterwärmungsfehler?
3. Faktoren, die die Selbsterwärmung beeinflussen
4. Minimierung des RTD-Selbsterwärmungsfehlers
5. Quantifizierung des Selbsterwärmungsfehlers
6. Zusammenfassung

Bei der Verwendung eines Widerstandstemperaturfühlers (RTD), insbesondere eines Platin-RTDs wie dem Pt100, ist es wichtig, das Phänomen der  Selbsterwärmung  – ein unbeabsichtigter Anstieg der Temperatur des Sensors, der durch den Messvorgang selbst verursacht wird.

Was ist die Selbsterwärmung eines RTD?

Um den Widerstand zu messen, muss ein elektrischer Strom durch das RTD-Element fließen. Dieser Strom erzeugt jedoch aufgrund der Verlustleistung Wärme im Sensor, wodurch die Temperatur des Sensors leicht über die Umgebungstemperatur ansteigt. Dies führt zu einem Messfehler , da sich der RTD nicht mehr im perfekten thermischen Gleichgewicht mit dem Medium befindet, das er erfassen soll.

Wie bedeutend ist der Selbsterwärmungsfehler?

Der Grad der Selbsterwärmung hängt von der Betriebsumgebung, der Konstruktion und dem angelegten Strom des RTD ab. Hier sind einige praktische Beispiele für einen Standard-Pt100-Sensor:

Faktoren, die die Selbsterwärmung beeinflussen

• Sensordesign : Größere Elemente oder Sensoren mit besserer thermischer Massenübertragung leiten Wärme effektiver ab.
• Installation : Ein guter thermischer Kontakt zwischen dem RTD-Element und seiner Hülle sowie zwischen der Hülle und dem umgebenden Medium reduziert den Temperaturanstieg.
• Umgebungsbedingungen : Selbsterwärmung ist in Umgebungen mit geringer Konvektion wie ruhender Luft oder Gasen stärker spürbar. In Flüssigkeiten mit hohem Durchfluss ist der Effekt aufgrund der schnellen Wärmeableitung oft vernachlässigbar.
• Erregerstrom : Höherer Strom erhöht die Erwärmung exponentiell. Die Verwendung des minimal erforderlichen Stroms trägt dazu bei, diesen Effekt zu reduzieren.

Minimierung des RTD-Selbsterwärmungsfehlers

• Verwenden Sie den niedrigsten praktischen Messstrom (typischerweise 0,1 mA bis 1 mA für Pt100-Sensoren).
• Sensorkonstruktion optimieren für eine gute Wärmeleitung vom RTD-Element zum Medium.
• Verbessern Sie die thermische Kopplung B. durch Sicherstellung eines dichten Einbaus in Schutzrohre oder durch direktes Eintauchen in das Prozessmedium.

Quantifizierung des Selbsterwärmungsfehlers

Eine gängige Methode zur Schätzung und Korrektur der Selbsterwärmung umfasst:

1. Messung des RTD-Widerstands bei konstanter Umgebungstemperatur mit zwei verschiedenen Strömen.
2. Darstellung des Widerstands gegenüber dem Quadrat des Stroms .
3. Extrapolation der Trendlinie zurück zum Nullstrom, um den wahren Widerstand ohne Selbsterwärmungseinfluss abzuschätzen.

Zusammenfassung

Die Selbsterwärmung von RTDs ist eine messbare und oft korrigierbare Fehlerquelle. Durch die Kontrolle des Messstroms und die Gewährleistung eines geeigneten Wärmekontakts kann dieser Effekt minimiert werden, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Temperaturmessungen erhalten bleibt.

Weitere Informationen

RTD vs. Thermoelement – Auswahl des richtigen Sensors
Entdecken Sie die Funktionen und Eigenschaften von Thermoelementen und RTDs

RTD-Ausgabetabellen
Zeigen Sie Widerstands-Temperatur-Tabellen für alle Pt100-Sensoren an.

Was sind die RTD-Farbcodes?
Entdecken Sie die Farbcodes und Verdrahtungskonfigurationen von RTD.