Phoenix Contact: Interface-Technik und Schaltgeraete 2017/18

10000 1000 100 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 8 00 Pt 1000 Pt 100 Pt 10 i R L1 R L 2 i R L1 R L 2 R L3 1 F e Cu Ni Cu Cu 0 200 400 600 8 00 1000 1200 1400 1600 1 8 00 -200 8 0 60 40 20 0 T yp T T yp N T yp K T yp J T yp E T yp B T yp S T yp R Weitere Informationen und vollständige technische Daten unter phoenixcontact.net/products Dreileiter-Anschlusstechnik Um den Einfluss der Lei- tungswiderstände zu mini- mieren, wird meist eine 3- Leiter-Technik verwendet. Durch eine zusätzliche Lei- tung zum Widerstandsthermometer wird dieses über zwei Messkreise ausgemessen, wobei ein Messkreis als Referenz genutzt wird. Der Leitungswiderstand lässt sich so- mit kompensieren. Herrscht an Mess-(  1 ) und Vergleichsstelle (  2 ) die glei- che Temperatur, so fließt kein Strom, da sich die entstehen- den Teilspannungen aufhe- ben. Bei unterschiedlichen Temperaturen an der Mess- und Vergleichsstelle bilden sich jedoch verschiedene Spannungen, die sich nicht vollständig aufheben und einen Strom- fluss verursachen. Ein Thermoelement misst daher immer nur eine Temperaturdifferenz. Diese ergibt sich aus der Differenz der Thermospannun- gen an der Messstelle und der Vergleichs- stelle. Die durch den thermoelektrischen Effekt verursachte Spannung ist sehr gering und beträgt nur wenige Mikrovolt pro Kelvin. Beispiel: Wird das Thermoelement Typ J (FE-CuNi) an eine Kupferklem- me angeschlossen, bilden sich Thermospannungen aus, die von ihrem Vor- zeichen entgegengesetzt sind (Übergang Eisen-Kupfer/Kupfer-Konstantan) und heben sich gegeneinander auf. Somit ist nur der Unterschied der Ther- mospannungen zwischen Konstantan (Cu-Ni) und Eisen von Bedeutung. Weiterhin ist auch die Klemmstellentem- peratur von Bedeutung. Ist diese bekannt, kann durch Addition der an der Messstelle gemessenen Thermospannung auf die Tem- peratur der Messstelle geschlossen werden. Aus diesem Grund wird bei den MCR- Temperaturmessumformern für Thermo- elemente die Temperatur der Klemmstellen erfasst, und dieser Wert, der auch Ver- gleichs- oder Kaltstelle genannt wird, kom- pensiert. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Kaltstellenkompensation. Vierleiter-Anschlusstechnik Eine optimale Anschlusstechnik für Widerstandsthermometer bietet die Vier- leitertechnik. Das Messergebnis wird weder von den Leitungswiderständen noch von ihren tem- peraturabhängigen Schwankungen beein- trächtigt. Der Spannungsabfall auf den Zu- und Rückleitungen kann so separat ausge- messen und kompensiert werden. Ein Lei- tungsabgleich ist nicht erforderlich. Zweileiter-Anschlusstechnik Das Widerstandsthermo- meter wird über eine zweiad- rige Leitung mit dem MCR- Messumformer verbunden. Hierbei ist zu beachten, dass die Zuleitungs- widerstände sich zum Messwiderstand ad- dieren und das Ergebnis verfälschen. Eine Entfernung von 10 m sollte nicht überschritten werden. Beispiel: Eine 50 Meter lange Kupferleitung mit dem Querschnitt von 0,5 mm 2 hat einen spezifischen Widerstand von 3,4  . Ein Pt 100-Sensor hat pro 1 K Temperaturänderung eine Widerstandsänderung von 0,384  . Dieses entspricht einem Fehler von 8,8 °C. Widerstandsthermometer (z. B. Pt 100, Ni 1000) ändern ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur. Die MCR-Temperaturmessumformer erfassen diesen und wandeln ihn in ein proportiona- les Analogsignal um. Zur Vermeidung unerwünschter Eigener- wärmung des Sensors wird der verwendete konstante Messstrom möglichst gering ge- halten (MCR-T-UI...   250 mA). Widerstandsthermometer Thermoelemente Im Gegensatz zu den Widerstandsther- mometern sind Thermoelemente aktive Quellen, die eine Spannung im Mikrovolt- Bereich erzeugen. Eine Kaltstellenkompen- sation sorgt dafür, dass die gemessene Dif- ferenztemperatur zwischen Messstelle und Vergleichsstelle in eine Absoluttemperatur umgesetzt wird. Funktionsprinzip: Werden unterschiedliche Metalle mitein- ander verbunden, so entsteht durch die un- terschiedliche Bindungsenergie der Elektro- nen an den Metallatomen eine Thermospannung. Sie ist zum einen von den Metallen selbst und zum anderen von der Temperatur abhängig. Die Voraussetzungen hierfür sind gleiche Leitungslängen sowie gleiche Umge- bungstemperatur. Da dieses in den meisten Fällen mit genü- gender Genauigkeit zutrifft, ist die 3-Leiter- Technik heute am verbreitetsten. Ein Lei- tungsabgleich ist nicht erforderlich. Temperatur [°C] Widerstandsthermometer: Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur Widerstand [  ] Temperatur [°C] Thermoelementspannung [mV] Thermoelemente: Änderung der Thermoelementspannung in Abhängigkeit von der Temperatur 65 PHOENIX CONTACT Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik Grundlagen