Widerstandsthermometer

Das Grundprinzip eines Widerstandsthermometers ist recht einfach. Es funktioniert auf der Grundlage, dass sich der elektrische Widerstand eines Leiters mit der Temperatur ändert. Das ist besonders bei einigen Metallen und bestimmten Halbleitern der Fall. Bei Metallen nimmt der elektrische Widerstand in der Regel mit steigender Temperatur zu. Diese Eigenschaft wird als positiver Temperaturkoeffizient bezeichnet. Widerstandsthermometer mit Metallsensor nutzen diesen Effekt, um Temperaturänderungen zu messen.

Bei besonders präzisen Thermometern wird Platin als Sensormaterial verwendet, und zwar aufgrund seiner hohen Stabilität und Genauigkeit über einen breiten Temperaturbereich hinweg. Es lassen sich auch Materialien wie Nickel oder Kupfer verwenden – oder aber auch Halbleiter. Diese als Thermistoren bekannten Bauelemente weichen hinsichtlich ihrer Funktion aber in einigen wesentlichen Punkten von Sensoren aus Platin ab. So wird zunächst zwischen Kalt- und Warmleitern unterschieden.

Kaltleiter oder PTC-Thermistoren besitzen einen positiven Temperaturkoeffizienten, daher ihre Bezeichnung. Ihr elektrischer Widerstand nimmt bei steigender Temperatur zu. Warmleiter oder NTC-Thermistoren wiederum verringern ihren Widerstand, ihr Temperaturkoeffizient ist negativ. Beide Typen lassen sich zur Temperaturmessung verwenden, allerdings mit Einschränkungen: Ihr Widerstandsverlauf ist nicht linear. Zur Messung der exakten Temperatur sind deshalb elektronische Kompensationsschaltungen notwendig. Außerdem ist ihr Temperaturmessbereich – im Vergleich zu Platin-Widerstandsthermometern – deutlich kleiner.

Ein gängiger Einsatzzweck für Widerstandsthermometer mit Pt100-Sensor ist die Temperaturmessung in Wärmeübertragungsanlagen nach DIN 4754. Hier übliche Betriebsmedien sind Wasser, Öl und Luft. Solche Messinstrumente gibt es nicht nur mit einem, sondern auch mit zwei oder drei Sensoren. Entsprechend groß ist der nutzbare Temperaturbereich, der schon bei zwei Sensoren von minus 170 bis plus 700 Grad Celsius reichen kann.

Hinsichtlich der Bauform sind die physische Größe und Form des Sensors zu berücksichtigen. Dazu gehören der Durchmesser, die Länge und ob eine Eintauchhülse benötigt wird. Die überwiegende Einbauform ist das Einschraub-Widerstandsthermometer. Es verwendet in der Industrie übliche Schraubmaße. Relevant können auch Schutzmaßnahmen gegen Feuchtigkeit, Druck, chemische Einflüsse oder mechanische Beanspruchung sein. Je nach Einsatzzweck ist auch die Verdrahtung auszuwählen, üblich sind 2-, 3- oder 4-Leiter-Anschlüsse. Mehr Leiter können die Genauigkeit verbessern, insbesondere bei längeren Kabeln.