7 häufige Fehler bei der Installation von Temperatursensoren – 90 % der Anwender haben sie schon einmal gemacht

Der Sensor wird neben dem Heizrohr, dem Motor und dem Frequenzumrichter installiert. Er misst nicht die tatsächliche Temperatur des Mediums, sondern die Strahlungswärme und Umwelteinflüsse. Für die korrekte Installation sind folgende Anforderungen zu beachten: Ein geradliniger Abstand von mindestens 50 mm zwischen Sonde und Heizelement, mindestens 80 mm zum Motor/Frequenzumrichter und mindestens 100 mm zu Heißluftauslässen ist einzuhalten. Für eine repräsentative Temperaturmessung sind gerade Rohrabschnitte zu bevorzugen. Bereiche stromabwärts von Ventilen oder Krümmern sowie Stagnationszonen sind zu vermeiden.

Wird die Sonde nur in die Isolierschicht oder die Luftschicht eingeführt, ohne das Medium zu berühren, ist der Messwert zwangsläufig zu niedrig. Bei der Temperaturmessung in Rohrleitungen sollte die Einführtiefe 1/2 bis 2/3 des Rohrdurchmessers betragen, wobei das Messende an der Stelle der maximalen Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrmitte positioniert wird. Die Mindesteinführtiefe muss mindestens das 10- bis 15-fache des Außendurchmessers des Schutzrohrs betragen. Bei Rohren mit kleinem Durchmesser unter DN80 wird ein um 45° geneigtes Einführen oder die Verwendung eines Expansionsstücks empfohlen. Bei der Temperaturmessung in Öfen und Abgasen sollte die Einführtiefe typischerweise ≥ 1 m betragen; darüber hinaus muss ein Stützrahmen installiert werden, um ein Durchbiegen zu verhindern.

Zwischen Sensor und Messfläche besteht ein Luftspalt. Da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist, kann dies zu Verzögerungen in der Reaktionszeit und ungenauen Messwerten führen. Bei oberflächenmontierten Temperaturmessungen muss die Messfläche zunächst gereinigt und anschließend Wärmeleitpaste aufgetragen werden, um den Spalt zu füllen. Diese wird dann mit einem Druckblock oder einer Klemme fixiert. Eine dünne Schicht Wärmeleitpaste ist ausreichend – eine zu dicke Schicht kann die Wärmeübertragung beeinträchtigen. Für PT100-Präzisionssensoren wird eine federbelastete Montage empfohlen, um einen vollständigen Kontakt zwischen Sonde und Medium zu gewährleisten.

Die Dreileiterkonfiguration ist die Standardanschlussmethode für industrielle PT100-Sensoren, dennoch treten Verdrahtungsfehler sehr häufig auf. Zu den häufigsten Problemen zählen: inkonsistente Drahtspezifikationen, das Zusammenführen zweier Drähte an einem Anschluss und die Vertauschung der Polarität zwischen Kompensations- und Signaldraht. Diese Fehler können zu einem Ausfall der Brückenkompensation und zu zusätzlichen Widerstandsfehlern führen. Für die korrekte Vorgehensweise müssen alle drei Drähte aus identischem Material bestehen, den gleichen Durchmesser und die gleiche Länge aufweisen und eine Widerstandsdifferenz von ≤ 0,05 Ω aufweisen. Jeder Draht muss unabhängig an seinen jeweiligen Anschluss angeschlossen werden; Parallel- oder Verdrillungsverbindungen sind strengstens verboten.

Ist die Schirmung nicht geerdet, breiten sich elektromagnetische Störungen direkt in die Signalleitung aus und verursachen Messwertschwankungen oder -sprünge. Eine beidseitige Erdung erzeugt eine Erdschleife, die zu zirkulierenden Störungen führt. Die korrekte Vorgehensweise besteht in der Verwendung geschirmter, verdrillter Adernpaare mit einseitiger Erdung (typischerweise am Instrumenten-/Steuerschrank) und einem Erdungswiderstand von ≤ 4 Ω. Signalleitungen sollten parallel zu den Stromkabeln mit einem Mindestabstand von 30 cm verlegt und in einem 90°-Winkel gekreuzt werden. In Umgebungen mit starken Störungen empfiehlt sich der Einsatz eines Temperaturtransmitters zur Umwandlung der Widerstandssignale in 4–20 mA Stromsignale für die Übertragung.

Das Temperaturmesssignalkabel und die Stromkabel für den Frequenzumrichter und den Hochleistungsmotor sind im selben Kabelkanal oder Kabelkanal verlegt. Dadurch stören Netzfrequenzstörungen das Signal, was zu Messwertabweichungen oder sogar zum vollständigen Genauigkeitsverlust führen kann. Die Spezifikationen schreiben vor, dass die Signalkabel separat in Kabelkanälen verlegt und getrennt von den Stromkabeln in anderen Kabelkanälen installiert werden müssen, wobei ein Mindestabstand von 300 mm einzuhalten ist. Für die Übertragung über größere Entfernungen sind PT1000-Thermoelemente (mit höheren Widerstandswerten und minimalen Spannungsabfällen) vorzuziehen. Alternativ wird die direkte Verwendung von Temperaturtransmittern mit Standard-4–20-mA-Ausgang empfohlen.

Viele gehen fälschlicherweise davon aus, dass Sensoren wartungsfrei sind und nach der Installation unbeaufsichtigt bleiben können. Tatsächlich unterliegen Temperatursensoren jedoch einem allmählichen Verschleiß und zeigen unter hohen Temperaturen, Vibrationen oder korrosiven Bedingungen eine Drift. Die Widerstands-Temperatur-Kennlinie von PT100-Platindrähten ändert sich aufgrund von Oxidation bei erhöhten Temperaturen, während das thermoelektrische Potenzial von Thermoelementdrähten mit zunehmender Nutzungsdauer abnimmt. Empfehlung: Wichtige Messpunkte sollten alle 6–12 Monate mit einer Standardreferenzquelle (z. B. einem Inkubator) kalibriert werden. Bei häufiger Nutzung sollte das Kalibrierintervall verkürzt werden. Die Skaleneinstellungen des Messgeräts müssen ebenfalls überprüft werden – eine falsche Einstellung von PT100 auf Cu50 führt zu erheblichen Messfehlern.