Auswahl eines Messsystems mit RTDs oder Thermistoren

Überblick

In diesem Dokument werden die Konzepte und Methoden vorgestellt, mit denen Temperaturen mithilfe eines Widerstandstemperaturfühlers (RTD, Resistance Temperature Detector) oder Thermistors gemessen werden.

Inhaltsverzeichnis

  1. Anforderungen an die Signalkonditionierung bei RTDs und Thermistoren
  2. NI-kompatible RTDs
  3. Plattformen für RTD-Messungen
  4. NI-Plattformen für Thermistormessungen

Erfahren Sie mehr über RTDs und Thermistoren.

 

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Anforderungen an die Signalkonditionierung bei RTDs und Thermistoren

Die Ausgangssignale von Thermistoren liegen meist im Millilvoltbereich, sodass genau auf die Fehlerquellen geachtet werden muss, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen können. Folgende Faktoren sollten bei der Signalkonditionierung bei Thermistormessungen in Betracht gezogen werden:

Erregerspannung von RTD oder Thermistor

Da es sich bei RTDs und Thermistoren um Widerstandselemente handelt, müssen sie mit einem Erregerstrom gespeist werden, damit die Spannung an den Anschlüssen erfasst werden kann. Wenn zusätzliche durch den Erregerstrom eingebrachte Wärme nicht abgeführt wird, kann die Temperatur des Sensors verfälscht werden und es kommt zu einem Fehler bei der Erfassung der Umgebungstemperatur. Die Selbsterwärmung kann durch einen niedrigeren Erregerstrom minimiert werden.

Rauschen

In vielen Datenerfassungssystemen mit RTDs und Thermistoren werden Tiefpassfilter eingesetzt. Hochfrequentes Rauschen in RTD- und Thermistormessungen kann so vermieden werden. Tiefpassfilter können beispielsweise das 60-MHz-Netzrauschen eliminieren, das in den meisten Laboren und Anlagen auftritt.

Anbindungskonfiguration

Am einfachsten kann ein RTD oder Thermistor mit einer 2-Draht-Verbindung an ein Messgerät angeschlossen werden.


Abb. 1: 2-Draht-Messung mit RTD/Thermistor


Mit dieser Methode werden die beiden Drähte, die den RTD oder Thermistor mit Erregerstrom versorgen, auch für die Messung der Spannung am Sensor verwendet. Da der nominale Widerstand von RTDs bereits recht niedrig ist, kann der Leitungswiderstand die Messgenauigkeit erheblich beeinträchtigen. So führen z. B. Leitungen mit einem Widerstand von 1 Ω, die mit einem Platin-RTD mit 100 Ω verbunden sind, zu einem Messfehler von einem Prozent.

Eine Verbindung mit drei oder vier Drähten kann die Auswirkungen von Leitungswiderstand eliminieren. Die Verbindung legt Anschlüsse auf Eingänge des Messgeräts mit hoher Impedanz, sodass Fehler aufgrund von Leitungswiderständen effektiv ausgeschlossen werden. Für Thermistoren ist ein 3- oder 4-Draht-Anschluss nicht nötig, da ihr nominaler Widerstand meist erheblich höher liegt als bei RTDs. Ein Diagramm einer 4-Draht-Anbindung wird in Abbildung 2 dargestellt.



Abb. 2: 4-Draht-Messung mit RTD

 

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NI-kompatible RTDs

Einsatzfertige RTDs

 

Einsatzfertige RTDs bieten Lösungen für Temperaturmessanwendungen, bei denen die Kosten entscheidend sind. Jedes RTD-Element befindet sich in einer Röhre aus Aluminiumoxid und besitzt drei Teflon-beschichtete Leitungen, die bis zu 204 °C messen können. Teflon bietet einen ausgezeichneten Schutz gegen Abrieb und Feuchtigkeit. Jeder RTD ist einzeln mit Leitungen von 1 m und 2 m Länge erhältlich.

Merkmale

  • 3-Draht-Leitungen
  • Erhältlich in 1 m oder 2 m Länge
  • Optimal für Einsteiger- und Schulungsanwendungen
  • Messungen bis zu 204 °C
  • Platin mit 100 Ω bei 0 °C (alpha=0,00385)

Konfektionierbare RTDs

 

Konfektionierbare RTDs von NI eignen sich für vielfältige Temperaturanwendungen. Mithilfe der konfektionierbaren RTDs lassen sich Sonden auf die benötigte Größe zurechtschneiden, von 8,9 bis 61 cm. Daher können dieselben RTDs für alle Temperaturmessungen verwendet werden, wodurch sich Kosten reduzieren und Produktionsausfallzeiten gering halten lassen. Diese RTD-Sonden bewältigen Messungen bis zu 482 °C. Bei Anwendungen mit thermischen Quellen reduzieren die optionalen, gefederten Einbauteile die Installationszeit und erhalten den Kontakt mit der thermischen Quelle aufrecht. Jede Sonde verfügt über mit Glasgeflechten isolierte Anschlüsse und ist einzeln erhältlich.

Merkmale

  • Reduzierte Kosten und Ausfallzeiten
  • 3-Draht-Anschluss
  • Messungen bis zu 482 °C
  • Platin mit 100 Ω bei 0 °C (alpha=0,00385)
  • Proben können auf bis zu 8,9 cm gekürzt werden (maximale Länge 61 cm)
  • Leitungslänge 15,2 cm

 

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Plattformen für RTD-Messungen

Kompakte Messungen

Stationäre und mobile Messungen

Ein CompactDAQ-System umfasst ein Chassis, I/O-Module der C-Serie und Software. Die Chassis können an einen Host-PC über USB, Ethernet oder WLAN (IEEE 802.11) angebunden oder mit einem integrierten Controller im Stand-alone-Betrieb eingesetzt werden. Mit mehr als 50 messspezifischen Modulen sowie Chassis mit einem, vier oder acht Steckplätzen stellt CompactDAQ eine flexible, erweiterbare Plattform für elektrische und sensorische Messsysteme dar.

  • Mehrere Timing-Engines für unterschiedliche Erfassungsraten
  • Erweiterte Counter-Funktionen basierend auf NI-STC3-Technologie

Was ist CompactDAQ?

Embedded-Messungen und -Datenloggen

CompactDAQ-Controller bieten eine leistungsstarke Plattform für Embedded-Messungen und das Datenloggen. Die Controller verfügen über einen integrierten Computer sowie nichtflüchtigen Speicher, sodass CompactDAQ ohne einen externen Computer eingesetzt werden kann.

  • Multicore-Prozessor von Intel, bis zu 32 GB nichtflüchtiger Speicher, 2 GB RAM
  • Gleichzeitiges Streamen kontinuierlicher Messungen mit Abtastraten von bis zu 1 MS/s pro Kanal

Was ist CompactDAQ?

Extreme Robustheit sowie erweiterte Steuer- und Regelfunktionen

CompactRIO ist ein rekonfigurierbares Embedded-System für Datenerfassung, Steuerung und Regelung. Die Hardwarearchitektur von CompactRIO umfasst ein rekonfigurierbares FPGA-Chassis und einen Embedded-Controller. CompactRIO kann in einer Vielzahl von Embedded-Anwendungen zur Steuerung, Regelung und Überwachung eingesetzt werden.

  • Verschiedene rekonfigurierbare Chassis mit FPGA für benutzerdefinierte Timing-, Analyse-, Steuer- und Regelfunktionen
  • Offene Embedded-Architektur mit geringen Abmessungen und hoher Robustheit

Was ist CompactRIO?

 

I/O-Module der C-Serie mit integrierter Signalkonditionierung für Temperaturmessungen mit RTDs

 

Messsystem NI 9217

Beim Analogeingangsmodul NI 9217 der C-Serie handelt es sich um einen RTD mit vier Kanälen und einer Auflösung von 24 bit für RTD-Messungen im Bereich von 100 Ω. Das NI 9217 kann für zwei verschiedene Sample-Raten konfiguriert werden. Ist das Modul für eine hohe Sample-Rate konfiguriert, lassen sich Kanäle mit bis zu 400 S/s (100 S/s pro Kanal) abtasten. Ist das Modul für eine hohe Auflösung konfiguriert, lassen sich Kanäle mit 5 S/s (1,25 S/s pro Kanal) mit einer integrierten Rauschunterdrückung von 50/60 Hz abtasten.

Das NI 9217 unterstützt 3- und 4-Draht-RTD-Messungen, erkennt automatisch, welcher RTD-Typ (3- oder 4-Draht) an den Kanal angeschlossen ist und konfiguriert jeden Kanal entsprechend. Das Modul bietet eine Stromerregung von 1 mA pro Kanal und weniger als 1 °C Präzisionsabweichung über den gesamten Betriebstemperaturbereich. Das NI 9217 verfügt zudem über eine NIST-konforme Kalibrierung und eine doppelte Isolierung von Kanal gegen Masse, die für Sicherheit, Rauschunempfindlichkeit sowie einen hohen Gleichtaktspannungsbereich sorgt.

Messsystem NI 9217

Messsystem NI 9219

Das Messsystem NI 9219 verfügt über vier universelle Kanäle mit einer Sample-Rate von 100 S/s und einer Auflösung von 24 bit; die Datenübertragung an den Host-PC erfolgt über USB, Ethernet oder WLAN (IEEE 802.11).

Beim NI 9219 handelt es sich um ein universelles Modul der C-Serie mit vier Kanälen für verschiedene Prüfanwendungen mit einem beliebigen CompactDAQ- oder CompactRIO-Chassis. Mithilfe des NI 9219 lassen sich verschiedene Signale von Sensoren wie Dehnungsmessstreifen, RTDs, Thermoelementen, Kraftaufnehmern und anderen strombetriebenen Sensoren messen. Die Kanäle können individuell angewählt werden, sodass auf jedem der vier Kanäle ein anderer Messtyp bedient werden kann. Die Messbereiche sind für jeden Messtyp unterschiedlich und betragen bis zu ±60 V für Spannungen und bis zu ±25 mA für Strom. Weitere Informationen zu Spezifikationen und Messbereichen erhalten Sie im Handbuch.

 

 

Messsystem NI 9216

Beim Analogeingangsmodul NI 9216 der C-Serie handelt es sich um einen RTD mit acht Kanälen und einer Auflösung von 24 bit für PT100-RTD-Messungen. Das NI 9216 kann für zwei verschiedene Sample-Raten konfiguriert werden. Ist das Modul für eine hohe Sample-Rate konfiguriert, lassen sich Kanäle mit bis zu 400 S/s (50 S/s pro Kanal) abtasten. Ist das Modul für eine hohe Auflösung konfiguriert, lassen sich Kanäle mit 5 S/s (0,625 S/s pro Kanal) mit einer integrierten Rauschunterdrückung von 50/60 Hz abtasten. Das NI 9216 unterstützt 3- und 4-Draht-RTD-Messungen, erkennt automatisch, welcher RTD-Typ (3- oder 4-Draht) an den Kanal angeschlossen ist und konfiguriert jeden Kanal entsprechend. Das Modul bietet eine Stromerregung von 1 mA pro Kanal und weniger als 1 °C Präzisionsabweichung über den gesamten Betriebstemperaturbereich. Zusätzlich besitzt das NI 9216 eine doppelte Isolierung gegen Masse, die für Sicherheit, Rauschunempfindlichkeit sowie einen hohen Gleichtaktspannungsbereich sorgt. Für das NI 9216 stellt NI auch Kalibrierdienste zur Verfügung.

Messsystem NI 9226

Beim Analogeingangsmodul NI 9226 der C-Serie handelt es sich um einen RTD mit acht Kanälen und einer Auflösung von 24 bit für PT1000-RTD-Messungen. Das NI 9226 kann für zwei verschiedene Sample-Raten konfiguriert werden. Ist das Modul für eine hohe Sample-Rate konfiguriert, lassen sich Kanäle mit bis zu 400 S/s (50 S/s pro Kanal) abtasten. Ist das Modul für eine hohe Auflösung konfiguriert, lassen sich Kanäle mit 5 S/s (0,625 S/s pro Kanal) mit einer integrierten Rauschunterdrückung von 50/60 Hz abtasten. Das NI 9226 unterstützt 3- und 4-Draht-RTD-Messungen, erkennt automatisch, welcher RTD-Typ (3- oder 4-Draht) an den Kanal angeschlossen ist und konfiguriert jeden Kanal entsprechend. Das Modul bietet eine Stromerregung von 0,1 mA pro Kanal und weniger als 1,1 °C Präzisionsabweichung über den gesamten Betriebstemperaturbereich. Zusätzlich besitzt das NI 9226 eine doppelte Isolierung gegen Masse, die für Sicherheit, Rauschunempfindlichkeit sowie einen hohen Gleichtaktspannungsbereich sorgt. Für das NI 9226 stellt NI auch Kalibrierdienste zur Verfügung.

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NI-Plattformen für Thermistormessungen

I/O-Module der C-Serie mit integrierter Signalkonditionierung für Temperaturmessungen mit Thermistoren

Messsystem NI 9219

Das NI 9219 kann theoretisch auch für Thermistormessungen verwendet werden, auch wenn es eigentlich nicht dafür konzipiert wurde. Der Artikel Thermistor Measurements Using the NI 9219 in der KnowledgeBase erläutert die Details und Einschränkungen der Verwendung des NI 9219 mit Thermistoren.

 

 

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