Widerstandstemperaturdetektor (RTD)

Widerstandstemperatursensoren (RTDs) werden zur Temperaturmessung verwendet, da sie ihren Widerstand proportional zur Temperatur ändern. RTDs sind sowohl als einfache Temperaturelemente als auch in komplett gekapselten Baugruppen erhältlich. Diese so genannten RTD-Sensoren bestehen aus einem RTD-Sensorelement, einer Ummantelung oder einem Gehäuse, einem Epoxidharz oder Füllstoff, Verlängerungsleitungen und manchmal einem Stecker oder Anschluss. Je nach Kundenanforderungen an Materialverträglichkeit, Genauigkeit und Messbereich sind verschiedene Sensormaterialien erhältlich. Sowohl Standardbaugruppen als auch kundenspezifische Ausführungen bieten die Flexibilität, die am besten geeigneten RTDs für eine Vielzahl von Anwendungen zu entwickeln.

Während ein NTC-Thermistor ebenfalls ein Widerstandselement ist, ist ein RTD für Metallwiderstandsdetektoren mit positivem Temperaturkoeffizienten reserviert. Normalerweise werden RTDs aus unedlen Metallen wie Platin, Nickel oder Kupfer hergestellt, da diese Materialien einen positiven Temperaturkoeffizienten haben, der sehr linear und wiederholbar ist. Der typische Betriebstemperaturbereich reicht von -50°C bis +600°C, aber spezielle Ausführungen ermöglichen einen Einsatz von -200°C bis +1000°C.

TE Connectivity stellt RTD-Sensoren und -baugruppen sowie RTD-Sensorelemente her, und zwar sowohl aus Platin-Dünnschicht- als auch Glasdraht-Wicklungen. Platin (Pt) ist das am häufigsten verwendete Material für RTDs, da es die stabilste Widerstands-Temperatur-Beziehung über den größten Temperaturbereich aufweist. Um die Austauschbarkeit zwischen den Herstellern im Interesse der globalen Industrie zu gewährleisten, gibt es einige internationale Normen, die von den meisten Ländern übernommen wurden, darunter die DIN EN 60751, die die Temperaturgenauigkeit und die Widerstands-Temperatur-Kennlinie für mehrere Toleranzklassen definiert.

RTD-Platin-Dünnschichtelemente von TE Connectivity bieten eine hohe Genauigkeit und Stabilität mit einer großen Auswahl an Standardgrößen und Genauigkeitsklassen und sind sowohl mit Pt100- als auch mit Pt1000-Basiswiderstandswerten erhältlich, um die wachsende Nachfrage der Industrie nach genauen, stabilen und zuverlässigen Platinsensorelementen zu erfüllen.

Die Anwendungsbereiche für RTD-Sensoren sind äußerst vielfältig und umfassen Medizin, Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Messtechnik, Haushaltsgeräte, Motorsteuerung und HLKK (Heizung, Lüftung, Klimatisierung und Kältetechnik). Diese Temperatursensoren können sowohl auf Platinenebene als auch in rauen und gefährlichen Umgebungen mit verschiedenen behördlichen Zulassungen eingesetzt werden. Eine wachsende Anwendung für Platinsensoren ist die Messung der Abgastemperatur (EGT). Ein EGT-Sensor misst die Temperatur der Motorabgase, um Schäden an kritischen Komponenten wie dem Nachbehandlungssystem, den Turbinen und den Auslassventilen des Zylinderkopfs zu verhindern. Ein EGT kann dazu beitragen, die Motorleistung zu optimieren und Einsparungen bei Kraftstoff und Wartungskosten zu erzielen.

Abbildung 1: Verschiedene RTDs von TE Connectivity (Bildquelle: TE Connectivity)

Grundlagen zu RTDs: Präzision bei der Temperaturmessung

Wenn Sie das RTD-Angebot von TE Connectivity bei DigiKey durchstöbern, finden Sie einen reichhaltigen Katalog mit vielen gelisteten Produkten, die jeweils auf Genauigkeit, Stabilität und eine Vielzahl von Industrie-, Labor- und Embedded-Anwendungen zugeschnitten sind.

Was ist ein RTD, und warum sollte man ihn verwenden?

Ein RTD ist ein Sensor, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Die folgenden Eigenschaften machen RTDs ideal für Anwendungen, bei denen es auf Präzision ankommt (z. B. Prozesssteuerung, HLK, Prüfstände und industrielle Messgeräte):

• Linearität und Vorhersagbarkeit - Kalibrierung und Kompensation werden einfacher
• Zeitliche Stabilität - weniger Drift bei wiederholten Temperaturwechseln
• Große Betriebsbereiche - viele RTDs reichen von Minusgraden bis zu Hunderten von Grad Celsius

Beliebtes Platin(Pt)-RTD-Sortiment von TE Connectivity

TE Connectivity bietet mehrere beliebte Platin-RTDs an:

• NB-PTCO-002 - 100 Ω Platin-RTD, Widerstandstoleranz ±0,12% für -50°C bis 600°C Betriebstemperatur und ±0,3°C Genauigkeit
• NB-PTCO-050 - 1 kΩ Platin-RTD, Widerstandstoleranz ±0,06% für -30°C bis 300°C Betriebstemperatur und ±0,15°C Genauigkeit
• NB-PTCO-006 - 1 kΩ Platin-RTD, Widerstandstoleranz ±0,12% für -50°C bis 600°C Betriebstemperatur und ±0,3°C Genauigkeit
• NB-PTCO-058 - 100 Ω Platin-RTD, Widerstandstoleranz ±0,04% für -30°C bis 200°C Betriebstemperatur und ±0,1°C Genauigkeit

Tipps für die Auswahl des richtigen RTD

Bei der Auswahl des richtigen RTD für Ihre Anwendung sollten die folgenden Richtlinien beachtet werden:

1. Widerstand und Toleranz
   Im Allgemeinen werden 100 Ω RTDs verwendet (z.B. Pt100). In bestimmten Schaltungen verringern jedoch Varianten mit 1 kΩ den Leitungsfehler. Bewerten Sie die Toleranzspezifikationen, damit sie Ihren Konstruktionsanforderungen entsprechen.
2. Betriebstemperaturbereich
   Wählen Sie Teile aus, die die von Ihnen erwarteten Extremwerte abdecken. Die RTDs von TE Connectivity reichen von -50 °C bis 600 °C.
3. Leitung und Gehäuseform
   Für die Platinenintegration sind oberflächenmontierbare oder SIP-Gehäuse geeignet. Für das Eintauchen oder raue Umgebungen sollten Sie sich für Sonden- oder Drahtkabel-Typen entscheiden.
4. Erregerstrom
   Verwenden Sie niedrige Ströme, um Selbsterhitzung zu vermeiden, aber achten Sie darauf, dass der Strom für das Signal-Rausch-Verhältnis ausreichend ist.
5. Kalibrierung und Messgenauigkeit
   Hochpräzise Systeme benötigen möglicherweise RTDs mit Toleranzen von ±0,04 % oder besser, im Gegensatz zu Allzweckgeräten mit ±0,12 % oder ±0,5 %.

RTD-Genauigkeit

Die Genauigkeit ist eine Kombination aus Basiswiderstandstoleranz (Widerstandstoleranz bei der Kalibriertemperatur) und Temperaturkoeffizient der Widerstandstoleranz (Toleranz in der charakteristischen Steigung). Jede Temperatur, die über oder unter dieser Temperatur liegt, hat ein breiteres Toleranzband oder eine geringere Genauigkeit (Abbildung 2). Die gebräuchlichste Kalibriertemperatur ist 0°C.

Abbildung 2: Typischer Platin-RTD-Widerstand im Verhältnis zur Temperatur und Genauigkeitskurven. (Bildquelle: TE Connectivity)

Fazit

Bei DigiKey führen wir eine Vielzahl von RTDs von TE Connectivity, und unsere Parametersuche ermöglicht es Ihnen, Dutzende von Widerstandstemperatursensoren nebeneinander zu vergleichen. Anhand der Widerstandsspezifikation, der Toleranz, des Betriebsbereichs, des Gehäusetyps und des Nennstroms können Sie den richtigen RTD für strenge thermische Messungen auswählen. Ganz gleich, ob Ihr Design hochpräzise Laborgeräte oder robuste Industriesensoren erfordert, TE Connectivity bietet Optionen, die Sie in Ihr nächstes Projekt integrieren können.

Benötigen Sie Hilfe bei der Auswahl des richtigen RTDs?  Das TechForum von DigiKey steht Ihnen zur Verfügung, um Ihnen bei der Auswahl der perfekten Lösung für Ihre Anwendung zu helfen.

Benötigen Sie einem Kalkulator für Temperaturumrechnungen? DigiKey bietet mehrere Kalkulatoren, die Sie als Unterstützung bei Ihrem nächsten Projekt online nutzen können.

Weitere Ressourcen

Produktempfehlung zu Platin-RTD-Dünnschichtkomponenten: https://www.digikey.de/de/product-highlight/t/te-connectivity-measurement-specialties/rtd-platinum-thin-film

TE-Datenblatt über Platin-RTD-Dünnschichtkomponenten: https://www.te.com/usa-en/product-NB-PTCO-006.datasheet.pdf

Platin-RTD-Dünnschichtkomponenten von TE Connectivity | Datenblatt-Vorschauvideo: https://www.digikey.de/de/videos/t/te-connectivity-amp/rtd-platinum-thin-film-datasheet-preview

Intelligente Lösungen beginnen mit Sensoren von TE Connectivity: https://www.digikey.de/de/product-highlight/t/te-connectivity/sensor-solutions-type

Grundlagen zu RTDs: https://www.te.com/de/products/sensors/temperature-sensors/resources/understanding-rtds.html

Referenz:

https://www.te.com/de/products/sensors/temperature-sensors/rtd-sensors.html