Anwendung sowie Bewertung der LCT/TLC - Lehrstuhl ...
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Nachteile: Alternative Möglichkeiten der Temperaturerfassungen auf Oberflächen � nur punktuelle Messung; für eine 2-dimensionale Anwendung wird eine Matrix aus mehreren Thermoelementen benötigt, wobei die Baugröße die Abstände der Messung und damit die Auflösung angibt � 2D-Anwendung ungeeignet, da auch der finanzielle Vorteil der einzelnen Ele- mente durch die hohe benötigte Anzahl zum Teil eliminiert wird 2.4 Widerstandsthermometer Abb. 2.2: Mantel-Thermoelement [7] Zusammen mit den Thermoelementen gehören sie zu den industriell meist verbreiteten Temperaturmesssonden. Das Funktionsprinzip eines Widerstandsthermometers beruht auf der temperaturabhängigen Veränderung des elektrischen Widerstands bei jedem leitenden Stoff. Mit steigender Tempe- ratur werden die thermischen Schwingungen der Atome im Gitter stärker, womit auch der elektrische Widerstand des Leiters zunimmt. Für eine gute Anwendbarkeit in der Praxis sollten die verwendeten Metalle eine möglichst große Widerstandsänderung über die Temperatur zeigen, das heißt der Werkstoff besitzt einen hohen Temperaturkoeffizienten α. Um genaue Messergebnisse zu erzielen, ist eine möglichst gleichmäßige Änderung des Widerstands im Metall zur umgebenden Temperatur erforderlich. Auch Verunreinigungen und auf das Metall wirkende mechanische Spannungen führen zur Veränderung des elektrischen Widerstands und sind dabei bei Herstellung und Anwendung der Messgeräte zu minimieren. Vor allem sehr reine Edelmetalle eigenen sich sehr gut für die Messwiderstände aufgrund ihrer großen Temperaturkoeffizienten. Es wird dabei in Heißleiter mit negativen Temperatur- koeffizienten (NTC-Widerstände) und Kaltleiter mit positiven (PTC-Widerstände), unterschie- den. Der eigentliche Widerstand wird auch als Thermistor bezeichnet und besteht häufig aus Platin. Weitere verwendete Metalle sind unter anderen Cu, Ni, Ag, Au, sie variieren in ihrer Temperaturanwendbarkeit und decken damit verschiedene Einsatzbereiche ab. Hinzu kom- 29
Alternative Möglichkeiten der Temperaturerfassungen auf Oberflächen men Molybdän-Dünnfilmwiderstände (für -50…200°C) und verschiedene, bisher aber nicht genormte Halbleitermaterialien. Um die Austauschbarkeit zwischen einzelnen Messgeräten zu gewährleisten, sind die Ei- genschaften der Widerstandsmetalle in Normen festgehalten (Bsp.: Platin DIN EN 60751). Da die Widerstandsverläufe über die Temperatur häufig nicht linear sind, erfolgt ihre Be- schreibung über Polynome, die je nach gewünschter Genauigkeit Terme einer höheren Ord- nung mitberücksichtigen. Die für die Potenzreihenentwicklung nötigen Koeffizienten bestim- men die materialspezifischen Eigenschaften und sind ebenfalls in der Norm zu finden. Weil bei dieser Temperaturmessung der metallische Leiter stromdurchflossen ist, findet auch im Metall eine Selbsterwärmung statt, die vor allem bei sehr genauen Messungen zu berück- sichtigen ist. In Abhängigkeit von Stromstärke, Widerstand des Leiters, dem Medium und seiner Strömungsgeschwindigkeit kann der Fehler schnell bei mehreren hundertstel Kelvin liegen. In den meisten Fällen gibt der Hersteller einen so genannten Selbsterwärmungskoef- fizienten an. Widerstandsthermometer messen im Gegensatz zu Thermoelementen die absolute anlie- gende Temperatur. Damit entfallen Vergleichsstellen und Thermoleitungen für die Auswer- tung. Sie sind in Temperaturbereichen von -200°C bis 850°C einsetzbar und erreichen eine Genauigkeit von ±0,02K. Ihre Ausgangsgrößen sind wie bei Thermoelementen elektrische Signale. Diese werden aber nicht erzeugt, sondern benötigen eine externe Spannungsquelle am Sensor [7]. Vorteil: Nachteil: � genauer als Thermoelemente, mit stabileren Messeigenschaften � elektrische Ausgangssignale vereinfachen Weiterverwendung � einfache Handhabung und Auswertung � robust und vielseitig anwendbar � Geräte unterliegen keiner starken Alterung � ungeeignet für eine 2-dimensionale Temperaturmessung � teurer als Thermoelemente 30
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men Molybdän-Dünnfilmwi<strong>der</strong>stände (für -50…200°C) und verschiedene, bisher aber nicht<br />
genormte Halbleitermaterialien.<br />
Um die Austauschbarkeit zwischen einzelnen Messgeräten zu gewährleisten, sind die Ei-<br />
genschaften <strong>der</strong> Wi<strong>der</strong>standsmetalle in Normen festgehalten (Bsp.: Platin DIN EN 60751).<br />
Da die Wi<strong>der</strong>standsverläufe über die Temperatur häufig nicht linear sind, erfolgt ihre Be-<br />
schreibung über Polynome, die je nach gewünschter Genauigkeit Terme einer höheren Ord-<br />
nung mitberücksichtigen. Die für die Potenzreihenentwicklung nötigen Koeffizienten bestim-<br />
men die materialspezifischen Eigenschaften und sind ebenfalls in <strong>der</strong> Norm zu finden.<br />
Weil bei dieser Temperaturmessung <strong>der</strong> metallische Leiter stromdurchflossen ist, findet auch<br />
im Metall eine Selbsterwärmung statt, die vor allem bei sehr genauen Messungen zu berück-<br />
sichtigen ist. In Abhängigkeit von Stromstärke, Wi<strong>der</strong>stand des Leiters, dem Medium und<br />
seiner Strömungsgeschwindigkeit kann <strong>der</strong> Fehler schnell bei mehreren hun<strong>der</strong>tstel Kelvin<br />
liegen. In den meisten Fällen gibt <strong>der</strong> Hersteller einen so genannten Selbsterwärmungskoef-<br />
fizienten an.<br />
Wi<strong>der</strong>standsthermometer messen im Gegensatz zu Thermoelementen die absolute anlie-<br />
gende Temperatur. Damit entfallen Vergleichsstellen und Thermoleitungen für die Auswer-<br />
tung. Sie sind in Temperaturbereichen von -200°C bis 850°C einsetzbar und erreichen eine<br />
Genauigkeit von ±0,02K. Ihre Ausgangsgrößen sind wie bei Thermoelementen elektrische<br />
Signale. Diese werden aber nicht erzeugt, son<strong>der</strong>n benötigen eine externe Spannungsquelle<br />
am Sensor [7].<br />
Vorteil:<br />
Nachteil:<br />
� genauer als Thermoelemente, mit stabileren Messeigenschaften<br />
� elektrische Ausgangssignale vereinfachen Weiterverwendung<br />
� einfache Handhabung und Auswertung<br />
� robust und vielseitig anwendbar<br />
� Geräte unterliegen keiner starken Alterung<br />
� ungeeignet für eine 2-dimensionale Temperaturmessung<br />
� teurer als Thermoelemente<br />
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