Temperaturmessgeräte. Widerstandsthermometer und Thermoelemente. Katalog

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1 Temperaturmessgeräte Katalog Widerstandsthermometer und Thermoelemente Thermometer mit verschiedenen Prozessanschlüssen Standard- und kundenspezifische Schutzrohre Temperaturtransmitter und umfangreiches Zubehör KROHNE 11/

2 IMPRESSUM Über KROHNE KROHNE gehört zu den weltweit führenden Unternehmen in der Entwicklung und Produktion innovativer und zuverlässiger Prozessmesstechnik und bietet ösungen für alle Branchen weltweit. KROHNE wurde 1921 in Duisburg gegründet. Das Unternehmen beschäftigt mehr als 3000 Mitarbeiter und setzt mehr als 400 Millionen Euro um. Das Unternehmen verfügt über 15 Produktionsstätten und 43 KROHNE eigene Gesellschaften sowie Joint Ventures. So war KROHNE nach VW das zweite Unternehmen mit einem Joint Venture in Shanghai. Heute ist China einer der wichtigsten Märkte für KROHNE. Mit einer Eigenkapitalquote von ca. 42 % ist das Unternehmen in hohem Maß finanziell unabhängig. KROHNE ist seinen Kunden, Geschäftspartnern und Mitarbeitern jederzeit ein fairer und zuverlässiger Partner. Wir bieten unseren Kunden optimale Produkte und ösungen, die ihre Erwartungen an Qualität, eistungsfähigkeit, Service und Design jederzeit erfüllen, wenn nicht sogar übertreffen. Unsere Kunden sind in den verschiedensten Industriezweigen wie Chemie und Petrochemie, Wasser und Abwasser, ebensmittel und Getränke, Pharmazie, Öl und Gas, Kraftwerke, Papier und Zellstoff etc. beheimatet. In der Durchfluss- und Füllstandsmesstechnik steht der Name KROHNE seit mehr als 90 Jahren für höchste Zuverlässigkeit, Präzision und Prozesssicherheit. Mit der OPTITEMP Familie setzen wir diese lange Tradition auch im Bereich der industriellen Temperaturmessung fort: mit einem breiten Produktspektrum industrieller Thermometer und Transmitter sowie fundiertem Fachwissen und herausragendem Applikations-Know-how. Unser Tochterunternehmen KROHNE INOR mit Sitz im schwedischen Malmö entwickelt und produziert seit über 70 Jahren erfolgreich Temperaturmesstechnik. Ob hohe Temperaturen, extreme Drücke oder hohe Durchflussgeschwindigkeiten KROHNE INOR bietet eine ösung für alle Anforderungen im Bereich der Temperaturmessung und garantiert gleichzeitig ein Höchstmaß an Prozesssicherheit Für mehr Informationen über OPTITEMP Thermometer, Transmitter und Zubehör inkl. Anwendungen und technische Daten besuchen Sie bitte unsere OPTITEMP WebApp: optitemp.krohne.com Konfigurieren Sie in nur wenigen Schritten mit Configure it Ihren KROHNE Transmitter entsprechend Ihrer Applikation. Wenn Sie Fragen zu unseren Produkten haben oder weitere Informationen benötigen, wenden Sie sich bitte an: temperatur@krohne.de /2013

3 INHAT 1 Theorie Widerstandsthermometer 10 Auswahlliste Transmitter 14 Thermoelemente 16 SmartSense Der Einfluss der Isolierung auf Messungen mit Sensoren 18 Werkstoffe für Temperaturfühler 20 Aufbau der Standardfühler von KROHNE 21 Montageanweisungen 23 ATEX 24 Abmessungen der Messeinsätze 26 2 Industrielle Thermometer Für Temperaturmessungen von Gasen und Flüssigkeiten in Rohren oder Tanks mit mäßigem Druck und mäßiger Durchflussrate. Standardfühler zum Einstecken TRA/TCA-P10 30 mehrteilig, geschweißt, Form 2 Standardfühler zum Einschrauben TRA/TCA-S11 31 mehrteilig, geschweißt, Form 8 Standardfühler mit Halsrohr zum Einschrauben TRA/TCA-S12 32 mehrteilig, geschweißt, Form 2G Standardfühler mit Flansch und Halsrohr TRA/TCA-F13 33 mehrteilig, geschweißt, Form 2F Standardfühler zum Einstecken TRA/TCA-P14 34 ohne Schutzrohr Standardfühler mit reduzierter Spitze TRA/TCA-P20 35 zum Einstecken Standardfühler mit reduzierter Spitze TRA/TCA-S21 36 zum Einschrauben Standardfühler mit Halsrohr TRA/TCA-S22 37 und reduzierter Spitze zum Einschrauben Standardfühler mit Flansch, Halsrohr TRA/TCA-F23 38 und reduzierter Spitze Bestellschlüssel /

4 INHAT 3 Industrielle Thermometer für erhöhte Anforderungen Für Temperaturmessungen von Gasen und Flüssigkeiten in Rohren oder Tanks mit hohem Druck und hoher Durchflussrate. Konstruktion nach DIN-Norm. Fühler für erhöhte Anforderungen mit Schutzrohr TRA/TCA-T30 41 aus Vollmaterial zum Einschweißen, Form 4 Fühler für erhöhte Anforderungen mit Schutzrohr TRA/TCA-TF31 42 aus Vollmaterial mit Flansch, Form 4F Fühler für erhöhte Anforderungen mit Schutzrohr TRA/TCA-TS32 43 zum Einschrauben, Form 5 Fühler für erhöhte Anforderungen mit Flansch TRA/TCA-TF33 44 Fühler für erhöhte Anforderungen ohne Schutzrohr TRA/TCA-S34 45 zum Einschrauben Fühler für erhöhte Anforderungen mit Schutzrohr TRA/TCA-TS35 46 zum Einschrauben, Form 8 Fühler für erhöhte Anforderungen mit Schutzrohr TRA/TCA-TS36 47 zum Einschrauben aus Vollmaterial, Form 7 Fühler für erhöhte Anforderungen mit Schutzrohr TRA/TCA-TS37 48 zum Einschrauben aus Vollmaterial, Form 9 Bestellschlüssel 49 4 Industrielle Thermometer für höchste Beanspruchung Für Temperaturmessungen von Gasen und Flüssigkeiten in Rohren oder Tanks mit hohem Druck und hoher Durchflussrate. Konstruktion nach ASME-Norm. Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-S50 51 und ohne Schutzrohr Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TS52 52 und geradem Schutzrohr zum Einschrauben Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TS53 53 und verjüngtem Schutzrohr zum Einschrauben Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TS54 54 und reduziertem Schutzrohr zum Einschrauben /2013

5 INHAT Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TF55 55 und geradem Schutzrohr mit Flansch Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TF56 56 und verjüngtem Schutzrohr mit Flansch Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr, TRA/TCA-TF57 57 und reduziertem Schutzrohr mit Flansch Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TW58 58 und geradem Schutzrohr zum Einschweißen Fühler für höchste Beanspruchung mit Halsrohr TRA/TCA-TW59 59 und verjüngtem Schutzrohr zum Einschweißen Bestellschlüssel 60 5 Industrielle Thermometer für die chemische Industrie Für Temperaturmessungen von Gasen und Flüssigkeiten in Rohren oder Tanks mit mäßigem Druck und mäßiger Durchflussrate. Verjüngte Spitze nach NAMUR. Fühler zum Einstecken, mehrteilig, Form 3 TRA/TCA-P40 62 Fühler mit Halsrohr mit verjüngtem Schutzrohr TRA/TCA-S41 63 zum Einschrauben, Form 3G Fühler mit Halsrohr und verjüngtem Schutzrohr TRA/TCA-F42 64 mit Flansch, Form 3F Bestellschlüssel 65 6 Messeinsätze, gefederte Ausführung Austauschbare Messeinsätze TR/TC Bestellschlüssel 68 11/

6 INHAT 7 Thermometer für hohe Temperaturen Für Temperaturmessungen in Abgasen und in Öfen Einsteckfühler für t a 1150 C mit Metallschutzrohr TCA-P60 69 Einsteckfühler für t a 1150 C mit Metallschutzrohr TCA-P61 70 abrasionsbeständig Einsteckfühler für t a 1150 C mit Metallschutzrohr TCA-P62 71 Einsteckfühler für t a 1380 C mit Keramikschutzrohr TCA-P63 72 Einsteckfühler für t a 1380 C mit Keramikschutzrohr TCA-P64 73 Einsteckfühler für t a 1600 C TCA-P65 74 mit doppeltem Keramikschutzrohr Bestellschlüssel 75 8 Mineralisolierte Mantelthermoelemente MI-Kabelfühler mit unisolierten freien Adern TCA-M10 77 MI-Kabelfühler mit isolierten freien Adern TCA-M20 78 MI-Kabelfühler mit Mini-Anschlusskopf zum Einstecken TCA-M30 79 MI-Kabelfühler mit Anschlusskopf zum Einstecken TCA-M40 80 MI-Kabelfühler mit Miniatur-Thermostecker TCA-M /2013

7 INHAT MI-Kabelfühler mit Standard-Thermostecker TCA-M60 82 MI-Kabelfühler mit Ausgleichsleitung TCA-M70 83 Bestellschlüssel 84 9 Thermometer für hygienische Anwendungen Hygienischer Fühler mit Flansch TRA-H10 86 Hygienischer Fühler mit Flansch und austauschbarem TRA-H20 87 Messeinsatz Bestellschlüssel HK-Thermometer HK-Fühler zur Installation in Innenräumen TRA-V10 90 HK-Fühler zur Installation im Freien TRA-V20 91 HK-Fühler zur Installation in uftleitungen/-rohren TRA-V30 92 HK-Fühler zur Clamp-on-Montage TRA-V40 93 Bestellschlüssel 94 11/

8 INHAT 11 Kabelthermometer Kabelfühler zum Einstecken TRA-W10 96 Kabelfühler für Oberflächenmessungen TRA-W20 97 mit max. Oberflächentemperatur +150 C Kabelfühler für Oberflächenmessungen TRA-W30 98 mit max. Oberflächentemperatur +200 C Kabelfühler für Oberflächenmessungen TRA-W40 99 mit max. Oberflächentemperatur +300 C Kabelfühler zum Einschrauben TRA-W Kabelfühler mit öldichtem und TRA-W vibrationsfestem Fühleranschluss Kabelfühler mit Bajonett-Anschluss TRA-W Kabelfühler für raue Umgebungen TRA-W Kabelfühler für hohe Temperaturen TRA-W Bestellschlüssel Oberflächenthermometer Gefederter Oberflächenfühler für raue Umgebungen TRA-G Gefederter Oberflächenfühler für Spezialanwendungen TRA-G Gefederter Oberflächenfühler zur Anordnung TRA-G unter der Rohrisolierung Bestellschlüssel /2013

9 INHAT 13 Serviceleistungen Zubehör Anschlussköpfe 113 Schutzrohre 116 Klemmverschraubungen 120 Sonstiges Zubehör 122 Thermo- und Ausgleichsleitungen Technische Daten Elektrischer Anschluss von Widerstandsthermometern mit Klemmsockel 126 Elektrischer Anschluss von Thermoelementen mit Klemmsockel 126 Zulässiger Isolationswiderstand 126 Elektrischer Anschluss von Kabelwiderstandsthermometern 127 Elektrischer Anschluss von Kabelthermoelementen 127 Werkstoffbezeichnungen 128 Thermische Beanspruchung der Anschlussköpfe 128 Daten für Sensorelemente 129 Toleranzen für Sensorelemente 132 Thermoelementtypen 134 Temperaturtabellen für Thermoelemente 135 Thermoelement-Genauigkeit nach Klassen 138 Belastungsdiagramme für genormte Schutzrohre 139 Fragebogen zur Angebotsanfrage Farbkennzeichnung für Thermoelemente /

10 1 THEORIE Theorie Allgemeines zu Widerstandsthermometern (RTD - Resistance Temperature Detector) Der RTD ist ein Temperatursensor mit einem widerstandsbehafteten temperaturempfindlichen Element. Der Widerstand des Elements ändert sich abhängig von der Temperatur. Platinsensoren sind die am weitesten verbreiteten RTD-Sensoren für Messungen im Bereich bis +600 C. Sensorelemente aus Platin sind normalerweise für einen Widerstand von 100 Ohm bei 0 C ausgelegt und werden als Pt100 bezeichnet. Andere Sensortypen sind zum Beispiel Pt500 und Pt1000. Neben Platin werden auch die Werkstoffe Nickel und Kupfer verwendet. Sensorelemente aus Nickel sind für einen Widerstand von 100 Ohm bei 0 C ausgelegt, werden als Ni100 bezeichnet und entsprechen DIN Platin-Sensorelemente sind entweder drahtgewickelt (WW - wire-wound) oder in Dünnschichttechnik (TF - thin film) hergestellt, wobei die letztgenannte Variante in heutigen Anwendungen häufiger zum Einsatz kommt. In Europa verwendete Platinsensoren entsprechen der Norm IEC 60751, in der sowohl die Widerstand/Temperatur- Eigenschaften als auch die zulässigen Grenzabweichungen (Toleranzen) beschrieben sind. Da Toleranzklasse B in einigen Fällen nicht ausreichend ist, werden stattdessen häufig Sensoren anderer Klassen, wie A, AA (1/3 DIN), 1/10 DIN oder Premium-Sensoren ausgeliefert. Enge Toleranzen im gesamten Messbereich des Sensorelements von -200 C bis +850 C sind schwer einzuhalten. Daher wird die Abweichung für eine bestimmte Temperatur oder einen bestimmten Temperaturbereich angegeben. Die Widerstands-/Temperatur-Kennlinie Pt100 und Ni100 Die Widerstands-/Temperatur-Kurve für Pt100 gemäß der internationalen Temperaturskala ITS-90 ist in einer Standardgleichung nach IEC definiert. Für nähere Informationen hierzu siehe Daten für Sensorelemente. Pt100 Bereich -200 C bis 0 C R t = 100. [1 + 3, t 5, t 2 4, (t 100)t 3 ] Pt100 Bereich 0 C bis +850 C R t = 100. (1 + 3, t 5, t 2 ) IEC sieht viertoleranzklassen vor Klasse AA: ± (0,1 C + 0,0017 t ) -50 C C Klasse A: ± (0,15 C + 0,002 t ) -100 C C Klasse B: ± (0,3 C + 0,005 t ) -196 C C Klasse C: ± (0,6 C + 0,01 t ) -196 C C Die Widerstands-/Temperatur-Kurve für Ni100 ist in Gleichung C definiert. Für nähere Informationen hierzu siehe Daten für Sensorelemente : Ni100 Bereich -60 C bis +250 C Gleichung C: R t = ,5485 t + 0, t 2 + 2, t t 6 Es sind zwei Toleranzklassen vorgesehen: Bereich 0 C bis +250 C: ± (0,4 C + 0,007 t ) Bereich -60 C bis 0 C: ± (0,4 C + 0,028 t ) wobei t = absoluter Wert für die aktuelle Temperatur Messunsicherheit und Messabweichung Messfehler können bei Temperaturmessungen immer auftreten. Um diese Fehler zu minimieren, ist es wichtig zu wissen, welche Faktoren die Messung beeinflussen: 1. Ansprechzeit* 2. Einbaulänge 3. Abweichung von der vorgeschriebenen Montage 4. Eigenerwärmung 5. Vibrationen und andere mechanische Beanspruchungen* 6. Umgebungstemperatur/Wärmeableitung* 7. Abweichung von den Grundwerten des Sensorelements 8. Chemische Reaktionen* 9. Radioaktive Strahlung 10. Innerer Isolationswiderstand des Sensors 11. Induzierte Thermospannung 12. Elektrische und magnetische Störfelder 13. Thermische Beanspruchung* 14. Reibungsbeanspruchung durch durchströmendes Medium 15. Wärmeausstrahlung *nähere Informationen siehe nachfolgende Seiten Wie oben aufgeführt, wird die korrekte Temperaturmessung von vielen verschiedenen Faktoren beeinflusst. Daher ist die sorgfältige Analyse der Bedingungen jeder einzelnen Messung besonders wichtig. Die Spezialisten von KROHNE verfügen über langjährige Erfahrung und können Sie sowohl bei einfachen als auch bei komplizierten Messaufgaben kompetent beraten. wobei t = absoluter Wert für die aktuelle Temperatur /2013

11 Theorie THEORIE 1 Fehlereinflüsse durch mechanische Beanspruchung Druck, Vibrationen und Biegungen sind die mechanischen Beanspruchungen, denen Sensoren am häufigsten ausgesetzt sind. Ein Sensorelement, auf das Druck- oder Biegekräfte wirken, ändert je nach Bauart seinen Widerstandswert mehr oder weniger stark. Je starrer die Verbindung zwischen den Drähten und dem Träger des Sensorelements, desto größer diese Änderung. Ein wichtiger Aspekt bei der Konstruktion eines Temperatursensors ist es daher, die Übertragung mechanischer Beanspruchungen auf das Sensorelement zu vermeiden. Eine ebenfalls häufig auftretende mechanische Beanspruchung sind Schwingungen (Vibrationen), die eine Unterbrechung der inneren eiter verursachen können. Bei vibrationsbeständigen RTDs dürfen die eiter so wenig Bewegungsfreiheit wie möglich haben. Bei Sensoren, die Druck- und Biegebeanspruchungen ausgesetzt sind, gilt das Gegenteil. In diesem Fall sollten die eiter möglichst viel Bewegungsfreiheit haben. Fehler aufgrund von chemischen Reaktionen Korrosionsbeständigkeit im Schutzrohr eines RTD ist der entscheidendste Faktor, wenn der Sensor chemischen Einflüssen ausgesetzt ist. Daher ist es sehr wichtig, dass das Schutzrohr aus einem Werkstoff besteht, der sowohl für das Prozessmedium als auch für die Höchsttemperatur des Mediums geeignet ist. Der Hersteller des Sensors muss garantieren, dass der Einsatz so abgedichtet ist, dass keine Feuchtigkeit eindringen kann. Bei hoher Temperatur besteht das Risiko, dass starker Sauerstoffmangel am Sensorelement eine Reaktion am Keramikträger des Sensorelements auslöst, die eine Diffusion von Metall in den Messdraht verursacht. Als Folge davon kann sich die elektrische Eigenschaft ändern. Einfluss durch thermische Beanspruchung Pt100-Elemente neigen kaum zu Oxidation. Dafür können die elektrischen Werte jedoch abhängig von der Bauart des Sensorelements und von der Nähe zur Temperaturgrenze abweichen. Änderungen werden häufig durch Verunreinigungen des Metalls und des umgebenden Isoliermaterials verursacht. Thermische Beanspruchungen können des Weiteren den Isolationswiderstand verringern, was deutlichen Einfluss auf das Messergebnis hat. Ansprechzeiten Die Ansprechzeit (Reaktionszeit) ist die Zeit, die der Sensor benötigt, um den Ausgangswert zu ändern, nachdem eine sprunghafte Temperaturänderung stattgefunden hat. In diesem Katalog ist die Ansprechzeit als T0,5 und T0,9 spezifiziert. Dies ist die Zeit, die der Sensor benötigt, um 50 % bzw. 90 % des endgültigen Werts zu erreichen. In einem Temperatursensor haben die verschiedenen Werkstoffe Einfluss auf die Ansprechzeit. Sie ist abhängig von Koeffizienten wie Wärmeleitfähigkeit, uftspalten, Isoliermaterial usw. Da es sehr schwierig ist, mathematische Formeln zur Berechnung der Ansprechzeiten aufzustellen, insbesondere da mehrere verschiedene Theorien existieren, ist die beste Vorgehensweise die Durchführung von praktischen Messungen. Am häufigsten werden Messungen in der uft und in Wasser durchgeführt. In diesem Katalog sind die Ansprechzeiten für die meisten Sensoren angegeben. Beim Messen der Ansprechzeit in uft muss der Anfangspunkt der Temperatur zwischen 15 C und 30 C liegen, wobei die Temperatur sich höchstens um 20 C ändern darf. Die Eintauchtiefe sollte mindestens die änge des temperaturempfindlichen Sensorelements (Wirklänge) + 15x den Durchmesser des Sensors betragen. Es ist wichtig, dass die uft um den Sensor zirkulieren kann. Normgemäß soll die Geschwindigkeit der uft 1 m/s betragen. Beim Messen der Ansprechzeit in Wasser muss der Anfangspunkt der Temperatur zwischen 15 C und 25 C liegen, wobei die Temperatur sich höchstens um 10 C ändern darf. Die Eintauchtiefe sollte mindestens die änge des temperaturempfindlichen Sensorelements (Wirklänge) + 5x den Durchmesser des Sensors betragen. Normgemäß soll die Geschwindigkeit des Wassers 0,4 m/s betragen. Um Ansprechzeiten korrekt zu messen, sollten spezielle Messgeräte verwendet werden, welche die Konstanz von Temperatur, uft- und Wassergeschwindigkeit gewährleisten. Fehler durch Wärmeableitung Bei Temperaturmessungen mit berührend arbeitenden Sensoren wird davon ausgegangen, dass der Sensor direkten Kontakt mit dem Medium hat. Dies kann erreicht werden, indem der Sensor in das Medium eingetaucht wird oder indem der Sensor auf der Oberfläche eines Objekts platziert wird. In beiden Fällen entsteht ein Einfluss auf den vorhandenen Wärmefluss, da der Sensor Energie vom Medium in die Umgebung transportiert. Der Fehler ist besonders gravierend bei Messungen der Oberflächentemperatur, da hier Wärmeableitung auftritt. Um die Messstelle herum ändert sich die Oberflächenstrahlung und somit auch das Temperaturprofil. Die Messgenauigkeit lässt sich durch folgende Eigenschaften des Sensors erhöhen: geringe Masse und geringes Volumen guter Wärmekontakt zum Messobjekt geringe Wärmeleitfähigkeit in die Umgebung 11/

12 1 THEORIE Theorie Temperaturtransmitter für RTD-Sensoren Temperaturtransmitter dienen der Umwandlung des Widerstandswerts eines Sensors in ein Standard-Prozesssignal. Es gibt drei verschiedene Anschlussarten zur Verbindung des RTD mit dem Transmitter: 2-, 3- oder 4-eiteranschluss. Bei allen drei Anschlussarten sendet der Transmitter einen konstanten Messstrom, der einen Spannungsabfall am Sensorelement erzeugt, der gemessen wird. Um die Eigenerwärmung zu minimieren, ist es wichtig, dass der Stromwert niedrig bleibt. Ein Transmitter sollte einen Messstrom von unter 1 ma nutzen. Transmitter sind als 2- und 4-Draht-Transmitter verfügbar (nicht zu verwechseln mit 2- und -eiter Anschlüssen des RTD am Transmittereingang). Bei 4-Draht-Transmittern wird die Versorgungsspannung über zwei eiter zugeführt, die von den beiden Ausgangsleitern getrennt sind. Bei 2-Draht-Transmittern wird die Versorgungsspannung über die beiden Ausgangsleiter geführt, die eine Doppelfunktion erfüllen. Aufgrund des Eigenverbrauchs kann der Ausgang eines 2-Draht-Transmitters nicht 0 erreichen. Der geringste Wert ist 4 ma. Der Standard-Ausgangsbereich liegt bei 4-20 ma. Der Ausgang eines 4-Draht-Transmitters kann dagegen beliebige Werte erreichen. Fühlerbrucherkennung Wenn Temperatursensoren Belastungen ausgesetzt werden, erhöht sich die Gefahr eines Ausfalls. Ein Bruch kann an den eitern auftreten, oder das Sensorelement kann beschädigt werden. All diese Ausfälle werden als Sensorbruch bezeichnet. Die häufigste Ursache für einen Sensorbruch sind Vibrationen in oder im Bereich der Resonanzfrequenz. Wenn ein Sensorbruch erkannt wird, sendet ein Transmitter ein Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Wert, häufig über 20 ma. Konsistenter Sensorbruchschutz bedeutet, dass der Transmitter das Signal auf einen vorgegebenen Wert setzt, unabhängig davon, in welchem eiter der Bruch aufgetreten ist (wichtig bei 3- oder 4-eiteranschluss). Bei programmierbaren Transmittern von KROHNE kann der Benutzer den Ausgangswert für einen Sensorbruch festlegen. HINWEIS! Wenn der Isolationswiderstand des Sensors unter einen bestimmten Wert fällt, könnte der Transmitter den geringen Isolationswiderstand als einen gemessenen Wert und nicht als den Widerstand des Sensorelements erkennen. Der Transmitter reagiert dann, als sei Messkette intakt, selbst wenn ein Sensorbruch aufgetreten ist. Die meisten Transmitter von KROHNE verfügen über die Funktion Sensorisolationsüberwachung (ID - ow Isolation Detection), die den Isolationswiderstand des Sensors kontinuierlich misst und bei mangelhafter Isolierung eine Meldung ausgibt. inearisierung Temperaturlinearisierung bedeutet, dass sich das Ausgangssignal des Transmitters bei einer bestimmten Änderung der Eingangstemperatur immer um einen entsprechenden Wert ändert, unabhängig davon, an welcher Stelle im Temperaturbereich die Änderung auftritt. Die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Ausgangssignal entspricht einer geraden inie. Ein widerstandslinearer Transmitter dagegen verhält sich im Hinblick auf die Temperatur nicht linear. Werksseitig ist immer ein temperaturlinearer Ausgang voreingestellt. Bei digitalen Transmittern kann einfach zwischen widerstandslinearem und temperaturlinearem Ausgang gewechselt werden. 2-eiteranschluss Bei einem 2-eiteranschluss ist der eitungswiderstand in Reihe mit dem Sensorelement geschaltet. Die Messung wird durch diesen Widerstand und durch Änderungen des Widerstands der eiter beeinflusst. Wegen ihrer geringeren Genauigkeit werden 2-eiteranschlüsse selten verwendet. Als Faustregel gilt, dass der durch den eiterwiderstand bedingte Fehler bei einem Pt100-Sensor ca. 2,6 C, 4,7 F, pro Ohm beträgt und bei einem Pt1000-Sensor 10 Mal weniger ist. Ist der eiterwiderstand bekannt, kann der Transmitter manuell justiert werden, um den eiterwiderstand auszugleichen. Da es sich dabei um eine festgelegte Kompensation handelt, werden temperaturbedingte Änderungen des eiterwiderstandes nicht berücksichtigt. 2-eiteranschluss /2013

13 1 Theorie THEORIE 1 3-eiteranschluss Der 3-eiteranschluss wird am häufigsten verwendet. Hierbei müssen die eitungswiderstände in den 3 Zuleitungen übereinstimmen. Der 3-eiteranschluss eliminiert den Einfluss von eiterwiderständen und von Änderungen dieser Widerstände, wenn diese Änderungen in allen drei eitern gleich sind. In der Industrie werden 3-eiteranschlüsse am häufigsten verwendet, insbesondere bei kopfmontierten Transmittern. 3-eiteranschluss Transmitteraufbau Transmitter für Temperaturmessungen sind so ausgelegt, dass sie in den Anschlusskopf eines Fühlers passen oder an einer Außenwand oder auf einer DIN-Schiene befestigt werden können. KROHNE bietet ein umfangreiches Programm von Transmittern in allen Ausführungen an. Kopftransmitter Hierbei handelt es sich immer um stromschleifengespeiste 2-Draht-Transmitter. Da sie starken Beanspruchungen durch die Umgebung ausgesetzt sind, müssen sie hohen Umgebungstemperaturen, starken Temperaturschwankungen, Vibrationen, Chemikalien und Verschmutzungen standhalten. Moderne Transmitter sollten außerdem unempfindlich gegenüber Störungen aller Art sein und keine Störungen auf die Umgebung ausüben. Die Transmitter werden oft außer Reichweite platziert, so dass auch die angzeitstabilität ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines kopfmontierten Transmitters darstellt. 4-eiteranschluss 4-eiteranschlüsse werden für sehr genaue Messungen verwendet. Der Messstrom wird durch zwei eiter gesendet, und der Spannungsabfall am Sensorelement wird an den beiden übrigen eitern gemessen. Der Einfluss von eiterwiderständen und Änderungen dieser Widerstände wird bei 4-eiteranschlüssen vollständig eliminiert. 4-eiteranschluss 11/

14 1 THEORIE Theorie Produktauswahl für Transmitter Diese Tabellen helfen Ihnen bei der Auswahl des richtigen Transmitters für Ihre Anwendung. Technische Einzelheiten sind den Datenblättern zu entnehmen, die Sie im Internet auf finden. Konventionell Programmierbar TT10 TT11 TT20 TT21 (in Vorbereitung***) TT30 TT31 Ausführung (Schaltungsart) Kopftransmitter x x x x x Eigensicherer Kopftransmitter, Ex x x Schienentransmitter x x x x x Eigensicherer Schienentransmitter, Ex x x SI2 Eingang Widerstandsthermometer 3-eiter 3-eiter 3-eiter 3- oder 4-eiter 3- oder 4-eiter 3- oder 4-eiter Thermoelemente J,, T, K, N x B, C, E, J, K,, N, R, S, T, U B, C, E, J, K,, N, R, S, T, U Andere mv, Ω mv, Ω Kanäle/Eingänge 1 Messkanal x x x x x x 2 Messkanäle x 2 Eingänge x Ausgang 4 20 ma x x x x x 0 10 V x PROFIBUS -PA HART Genauigkeit Genauigkeitsklassen ±0,15% ±0,15% ±0,10% ±0,15% ±0,10% ±0,10% Schaltungsaufbau Galvanische Trennung 1500 VAC 1500 VAC Spannungsversorgung 24 VDC x x x x x x 230 VAC - Zubehör Stromschleifengespeiste CDund ED-Anzeigen, Trenner, Speisetrenner/Trennverstärker ohne Hilfsenergie, Transmitter- Konfigurationskit x x x x x = verfügbar, = nicht verfügbar, *** kann bis zur Markteinführung des TT21 als MinIPAQ der Marke INOR bestellt werden /2013

15 Theorie THEORIE 1 Programmierbar Smart TT32 TT40 TT50 TT51 TT60 Ausführung (Schaltungsart Kopftransmitter x x x x Eigensicherer Kopftransmitter, Ex x x x Schienentransmitter x x x x x Eigensicherer Schienentransmitter, Ex x SI2 x Eingang Widerstandsthermometer 3- oder 4-eiter 3- oder 4-eiter 3- oder 4-eiter 2-/3-/4-eiter 2-/3-/4-eiter Thermoelemente B, C, E, J, K,, N, R, S, T, U B, C, E, J, K,, N, R, S, T, U B, C, E, J, K,, N, R, S, T, U B, C, D, E, J, K, N, R, S, T B, C, D, E, J, K,, N, R, S, T, U Andere mv, Ω mv, Ω mv, Ω mv, Ω mv, Ω Kanäle/Eingänge 1 Messkanal x x x x x 2 Messkanäle x ** x **** 2 Eingänge x x Ausgang 4 20 ma x x x x 0 10 V x PROFIBUS -PA x HART x x Genauigkeit Genauigkeitsklassen ±0,10% ±0,05% ±0,10% ±0,05% ±0,10% Schaltungsaufbau Galvanische Trennung 4000 VAC 3750 VAC 1500 VAC 1500 VAC 1500 VAC Spannungsversorgung 24 VDC x x x x * 230 VAC x * Zubehör Stromschleifengespeiste CDund ED-Anzeigen, Trenner, Speisetrenner/Trennverstärker ohne Hilfsenergie, Transmitter- Konfigurationskit x x x x x x = verfügbar, = nicht verfügbar, *PROFIBUS -Versorgung, ** Ablesen von 2 Kanälen über HART **** Ablesen von 2 Kanälen über PROFIBUS 11/

16 1 THEORIE Theorie Thermoelemente 1. Thermoelement Eine in der Industrie verbreitete Art der Temperaturmessung ist die Verwendung von Thermodrähten aus unterschiedlichen Werkstoffen, die in einem Punkt verbunden sind. Dieser Punkt, die Messstelle, wird dort angeordnet, wo die Temperatur gemessen werden soll. Das Thermoelement generiert eine Thermospannung (auch EMK genannt, ElektroMotorische Kraft), die abhängig von dem Temperaturunterschied zwischen der Messstelle, T mess, und der sogenannten Vergleichsstelle, T ref, ist. höchst mögliches Ausgangssignal und eine lange Standzeit erreicht werden. Die beiden Enden werden z. B. miteinander verschweißt oder verlötet. Die unten stehende Abb. 3 zeigt ein Thermoelement aus zwei verschiedenen eitern, die an den Enden zusammengelötet sind. Um ein Messgerät zur Messung der Thermospannung, EMK, anzuschließen, wurde einer der eiter durchtrennt. Thermoelemente messen den Temperaturunterschied. Daher ist es notwendig, die Vergleichsstellentemperatur zu kennen, um die Temperatur am heißen Ende bestimmen zu können. Tmess Tref EMK (T mess - T ref ) Es gibt verschiedene Materialkombinationen, die z. B. in der Norm IEC definiert sind. Die Norm definieren das Verhältnis zwischen Messstellentemperatur, T mess, in C und der Ausgangsspannung, EMK, in mv, nicht aber die Werkstoffzusammensetzung im Detail. In der Norm wird davon ausgegangen, dass die Vergleichsstellentemperatur, T ref, 0 C beträgt. Die IEC beschreibt acht Elementtypen, von denen Typ J, K und S am weitesten verbreitet sind. Bei neuen Anlagen wird empfohlen Typ N anstatt Typ K zu verwenden. Typ S wird bei höheren Temperaturen eingesetzt. Die maximale Einsatztemperatur hängt u.a. vom Durchmesser der eiter, der Umgebung und der erwarteten ebensdauer ab. Thermoelemente nach IEC decken den Temperaturbereich -270 C bis 1820 C ab. Darüber hinaus sind auch Thermoelemente für noch höhere Temperaturen bis zu 2315 C erhältlich, z. B. die Wolframrhenium- Elemente W5 %Re - W26 %Re. 2. Funktionsweise Abb. 1 Thermoelemente basieren auf der Tatsache, dass eiter am heißen Ende eine geringere Elektronendichte haben, siehe Abb. 2. Dies führt zu unterschiedlichen Potentialen am heißen und am kalten Ende. Dies geschieht in Abb. 3, indem die Vergleichsstelle (kaltes Ende) einer bekannten Temperatur, hier 0 C, ausgesetzt wird. Die gemessene EMK ist dann ein Maß der Temperatur am heißen Ende, d. h. an der Messstelle. Die Temperatur für die spezifische EMK kann in einer Grundwerttabelle für das betreffende Thermoelement abgelesen werden. Eine weitere Methode ist das Messen der Temperatur der Anschlussklemmen des Auswertegerätes T ref, der Vergleichsstellentemperatur an die das Thermoelement angeschlossen ist. Dies ermöglicht die Vergleichsstellenkompensation, die erforderlich ist, wenn die Vergleichsstellentemperatur von 0 C abweicht. Der fehlende mv-wert, der der Vergleichsstellentemperatur entspricht, wird im Gerät dem Messwert hinzugefügt (EMK für T ref gemäß dem entsprechenden Elementtyp). Mit dieser Methode der Vergleichsstellenkompensation (Cold Junction Compensation, CJC) kann der rechte Teil des Thermoelements in der Abb. 3 entfernt werden, und wir erhalten die einfache Anordnung in der nachfolgenden Abb. 4. Tmess EMK EMK 933 o C 70 o C Tref EMK (Tmess - Tref) T ref = 0 C zum Beispiel Behälter mit Eis Abb. 3 Bei zwei gleichen eitern wird entlang der eiter derselbe Potentialunterschied erreicht, und es gibt keine Thermospannung an den kalten Enden. Abb o C EMK Daher werden Thermoelemente aus zwei verschiedenen Werkstoffen hergestellt, die so kombiniert sind, dass ein Abb /2013

17 1 Theorie THEORIE 1 Da das Ausgangsignal des Thermoelements vom Temperaturunterschied zwischen Messstelle und Vergleichsstelle abhängt, besteht es aus den Beiträgen aller Teile des eiters, die einem Temperaturgradienten ausgesetzt sind. Dies bedeutet, dass ein Thermoelement, das die Temperatur in einem Ofen misst, den größten Signalbeitrag vom den Elementteil erhält, das im Durchgang durch die Ofenwand liegt, der Stelle mit dem größten Temperaturgradienten (z. B. 933 C auf 70 C). Ein Thermoelement muss stets bis auf die Anschlussklemmen des Messgerätes geführt werden, d. h. dass es nur mit geeigneter Thermo- oder Ausgleichsleitung verlängert werden darf. Andernfalls wird sein Ausgangssignal verfälscht. Aus Kostengründen erfolgt die Thermoelementverlängerung meist mit der preiswerteren Ausgleichsleitungen. Die Ausgleichsleitung besitzt in einem eingeschränkten Temperaturbereich dieselben thermoelektrischen Eigenschaften wie das entsprechende Thermoelement. Der Temperaturunterschied entlang dieser eitung erzeugt eine Thermospannung, die der vom Thermoelement generierten Spannung hinzuaddiert wird. Ausgleichsleitungen dürfen maximal bis zu einer Umgebungstemperatur von 200 C verwendet werden, da darüber hinaus die Genauigkeit drastisch abfällt. Bei höheren Umgebungstemperaturen besteht die einzige Möglichkeit darin, eine Thermoleitung mit temperaturbeständiger Isolation zu verwenden. Tmess Thermoschenkel 3. Auswahl des Thermoelements Ut Tref Kompensationskabel Für Thermoelemente verwendete Metalle müssen stabil sein und dürfen sich mit der Zeit nicht verändern. Die Werkstoffe müssen mit guter Reproduzierbarkeit herstellbar sein und hohen Temperaturen standhalten. Häufig werden spezielle Metalllegierungen und Edelmetalle verwendet. Das NiCr-Ni- Thermoelement Typ K ist weit verbreitet. Er ist relativ kostengünstig, erzeugt eine hohe Thermospannung und hält hohen Temperaturen stand (ca C). eider hat Typ K auch Nachteile: Bei schnellen Temperaturwechseln kann es zu einer Veränderung des Ausgangssignals durch Hysterese kommen. Bei hohen Temperaturen und geringem Sauerstoffgehalt in der umgebenden Atmosphäre oxydiert zwar das Chrom, nicht aber das Nickel im Thermoelement. Dadurch verringert sich die Thermospannung. Es entsteht die sogenannte Grünfäule, die das Element später zerstört. U* Uf *U = Ut+Uf Abb. 5 Das Thermoelement Typ K wird bei Neuinstallationen oft durch Typ N ersetzt, da Typ N in dieser Hinsicht bessere Eigenschaften besitzt. Die beiden Typen decken nahezu dieselben Temperaturbereiche ab. Sie sind in denselben Abmessungen erhältlich und weisen ein ähnliches Verhältnis zwischen Temperatur und Thermospannung auf. Bei den meisten Messgeräten kann einfach zwischen Typ K und Typ N umgeschaltet werden. Typ N ist etwas teurer als Typ K. In vielen Fällen ist bei einem Austausch in bestehenden Werksanlagen das Wechseln der Ausgleichsleitung das Teuerste. Weitere Informationen zu den verschiedenen Thermoelementtypen in unserem Produktangebot sind im Abschnitt Temperaturtabellen für Thermoelemente zu finden. 4. Thermoelement-Sensoren Um die Temperatur zuverlässig und effizient zu erfassen muss ein Thermoelement in direktem Kontakt mit dem zu messenden Medium stehen und darüber hinaus weitere Anforderungen erfüllen: Das Thermoelement sollte eine möglichst lange Standzeit aufweisen. Der Sensor darf den Prozess oder seine Temperatur nicht beeinflussen. Die Messung sollte alle Anforderungen an die Genauigkeit erfüllen. Der Sensor sollte einfach zu montieren und zu warten sein. Es ist sehr schwierig, diese Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen, so dass es die Aufgabe des Technikers ist, hier einen guten Kompromiss zu wählen. Bei Industrieanwendungen werden die Thermoelemente durch Schutzrohre geschützt, die die Temperatur vom Prozess zum Thermoelement übertragen, jedoch schädliche Umgebungseinflüsse fernhalten. Am häufigsten kommen Metalle und Keramik als Schutzrohrwerkstoff zum Einsatz, doch können auch andere Werkstoffe verwendet werden, wenn die Messaufgabe es erfordert. Der Schutz kann aus mehreren Schichten bestehen. Ein auswechselbarer Messeinsatz von 6 mm Durchmesser wird häufig als innerer Teil verwendet. Ein äußeres Schutzrohr besteht z. B. aus Edelstahl. Das Schutzrohr ist so ausgelegt, dass es den Beanspruchungen standhält, denen der Temperaturfühler ausgesetzt ist, z. B. Temperatur, Druck, Strömung und Korrosion. Eine Sondervariante ist das mineralisolierte Mantelthermoelement (MI), das aus Thermoelement-Drähten besteht, die in einem dünnwandigen, hitzebeständigen Edelstahlmantel hermetisch dicht eingeschlossen sind. Die Drähte sind fest in Metalloxidpulver eingebettet, häufig Magnesiumoxid, und untereinander sowie gegenüber dem Mantel isoliert. Während des Herstellungsprozesses wird das Magnesiumoxidpulver stark verdichtet. Daher kann der Mantel gebogen werden, ohne dass die Drähte untereinander oder mit dem Mantel in Berührung kommen. 11/

18 1 SMART SENSE Theorie Frühwarnung bei Isolationsfehlern In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie die Isolation die Messungen mit RTDs und Thermoelementen unabhängig vom Hersteller beeinflusst und wie eine Frühwarnung über Messfehler wegen schlechter Isolation erreicht wird. Die Bauart von Sensoren mit Pt100 und Thermoelementen weist Merkmale auf, die zu ungenauen Messungen führen können. Dies gilt unabhängig von Marke und Modell. Eine dieser oft vernachlässigten Fehlerquellen ist die Isolation im Sensor, die eine deutliche Verschlechterung der Messung verursachen kann, wenn sie zu gering ist. Hitze, Verunreinigung, Vibration, physikalische, chemische oder radioaktive Einflüsse können die Isolation beeinträchtigen. In diesem Abschnitt wird erklärt, warum es notwendig ist, den Isolationswiderstand zu beobachten, und wie dies bewerkstelligt wird. Pt100 Das Pt100-Element ist ein Sensor mit geringem Widerstand. Ein geringer Isolationswiderstand beeinflusst die Messung. Abb.1 zeigt den elektrischen Schaltplan eines Pt100-Sensors mit 2-eiteranschluss und Temperaturtransmitter. Der Isolationswiderstand zwischen den Sensorleitungen ist durch R ISO1 dargestellt. R ISO2 I Err2 R Pt100 Transmitter ohne galvanische Trennung Im +24V I m -I Err2 I Err2 R Bürde Dieser Strom fließt nicht durch R Pt100 Thermoelemente Eine geringe Isolation in Thermoelementen führt zu anderen Fehlern. Die EMK eines Thermoelements ist nicht besonders empfindlich gegenüber fehlerhafter Isolation. Das Problem ist eher, dass eine schlechte Isolation eine neue Messstelle im Bereich der schlechten Isolation erzeugt. iegt dieser Punkt in der Nähe der tatsächlichen Messstelle, ist der Fehler zu vernachlässigen. Abbildung 3 zeigt ein an einen Temperaturtransmitter angeschlossenes Thermoelement. Wenn sich die fehlerhafte Isolation R ISO an einer Stelle befindet, an der die Temperatur T2 von der Temperatur der Messstelle T1 abweicht, ist es möglich, dass ein deutlicher Fehler auftritt. Die gemessene Temperatur entspricht einem Wert zwischen T1 und T2. Ein Isolationsfehler in den Thermoelement-Sensoren kann ebenfalls zum Ausfall der Sensorbrucherkennung führen, da der Überwachungsstrom immer noch durch R ISO fließen kann (siehe Abb. 3). 0V Abb. 2 Im Transmitter RPt100 IPt100 RISO1 IErr1 R T2 Transmitter Abb. 1 T1 RISO Der Messstrom Im soll durch das Pt100 Element fließen, jedoch fließt normalerweise ein zu vernachlässigender Bruchteil I Err1 durch den hohen Isolationswiderstand R ISO1. Wird die Isolierung verringert, fließt ein größerer Bruchteil des Stroms durch den Isolationswiderstand. Hieraus ergibt sich, dass die gemessene Spannung über den kombinierten Widerstand von Pt100 und den Isolationswiderstand geringer ist als bei ausreichend hohem Isolationswiderstand. Das Ergebnis ist ein zu gering gemessener Temperaturwert. Dies gilt unabhängig davon, ob der Transmitter isoliert ist oder nicht. Wenn der Transmitter keine galvanische Trennung zwischen Eingang und Ausgang hat, kann ein geringer Isolationswiderstand zwischen Sensor und Erdung R ISO2 einen bedeutenden Teil I Err2 des Messstroms führen. Dieser so genannte Erdschlussstrom führt dazu, dass eine zu geringe Temperatur angegeben wird. Bei einem isolierten Transmitter geschieht dies nicht, da die Isolierung die Schleife unterbricht, in der der Erdschlussstrom fließt (siehe Abb. 2). R RISO Isolationsüberwachung mit SmartSense Abb. 3 Die meisten Transmitter von KROHNE sind mikroprozessorbasiert und führen einige Messungen und Kontrollen durch, die über die Standardmessungen hinausgehen. Eine dieser Kontrollen ist die Überwachung des Isolationswiderstands des Sensors und der Sensorleiter. Diese Funktion wird SmartSense genannt und ist für Pt100- und Thermoelement-Sensoren verfügbar. Um die Überwachung zu bewerkstelligen, muss der Sensor mit einem zusätzlichen eiter ausgestattet sein. Wenn der Isolationswiderstand zu gering ist, wechselt das Ausgangssignal zu einem festgelegten Wert /2013

19 1 Theorie SMART SENSE 1 Pt100 Bei Pt100 kann die Empfindlichkeitsgrenze für fehlerhafte Isolation zwischen 50 kω und 500 kω (1000 kω) eingestellt werden. Der Fehler aufgrund des Isolationswerts R ISO muss zu anderen Messfehlern addiert werden. Bei 400 C / 752 F beträgt der zusätzliche Fehler 0,4 C / 0,7 F für eine Isolation von 500 kω und 3,1 C / 5,6 F für eine Isolation von 50 kω (siehe Abb. 4). R Pt100 Thermoelemente E Smart Sense A Abb. 4 Bei Thermoelementen kann die Empfindlichkeitsgrenze für Isolationsfehler zwischen 20 kω (50 kω) und 200 kω (1000 kω) eingestellt werden. Der zusätzliche Fehler ist abhängig von der Beziehung zwischen dem eiterwiderstand R und dem Isolationswiderstand R ISO (siehe Abb. 3). Der Fehler ist ebenfalls abhängig vom Temperaturunterschied zwischen der Messstelle und dem Ort der schwachen Isolation. Unter folgenden Umständen: Messtemperatur 1000 C / 1832 F, Umgebungstemperatur 25 C / 77 F und eiterwiderstand 50 Ω, ergibt sich ein Fehler von 1 %, wenn der Isolationswiderstand im Umgebungstemperaturbereich 5 kω beträgt. Dies entspricht 10 C für Typ K. Sensorlösung R ISO R ISO SmartSense eiter KROHNE Transmitter mit SmartSense-Funktion Die SmartSense-Funktion in den Transmittern ist auf Pt100 mit 3-eiteranschluss und Thermoelement anwendbar. Für die korrekte Verwendung der SmartSense- Funktion muss der Fühler über einen zusätzlichen eiter verfügen. Dieser eiter muss eine separate Anschlussklemme haben und ganz durch den Fühler bis zum Sensorelement verlaufen (siehe Abb. 5). Hinweis! Aufgrund der normalerweise schwachen Isolation bei mineralisolierten Thermoelementen bei hohen Temperaturen ist es nicht sinnvoll, den Hochtemperaturbereich zu überwachen (über C / F je nach Anwendung). Stattdessen ist es wichtig, die Anschlüsse und Kabel vom Sensor zum Transmitter zu überwachen. Es wird nicht empfohlen, den Mantel des Sensors oder eine Kabelschirmung als Überwachungsleiter zu verwenden. Eine Aufgabe des Mantels ist, die Messungen interferenzfrei zu halten. Wenn der Mantel an die SmartSense- Anschlussklemme angeschlossen wird, kann dies zu fehlerhaften Messungen führen. Dies gilt ebenfalls für die Abschirmung von Kabelsensoren (siehe Abb. 6). Metallgehäuse Schlussfolgerung Kabelabschirmung + - SmartSense Abb. 6 Vollständige Kontrolle über Sensor und Anschluss Ein zu geringer Isolationswiderstand bei Temperatursensoren kann unabhängig von Marke und Modell zu fehlerhaften Messungen führen. SmartSense bietet die Möglichkeit, Pt100- (3-eiteranschluss) und Thermoelement- Sensoren mit geringem Isolationswiderstand zu ersetzen. SmartSense überwacht nicht nur den Sensor, sondern auch die eiter von den Anschlussklemmen des Sensors zu den Anschlussklemmen des Transmitters. Die gibt Ihnen vollständige Kontrolle über den Zustand der Messkette von der Messstelle bis zum Transmitter. Ursachen für fehlerhafte Isolierungen: Verunreinigung Physische Einflüsse (Verschleiß, Blockierung) Chemische Einflüsse (Korrosion) Vibration Radioaktive Strahlung Feuchtigkeit SmartSense Abb. 5 Beispiele für Fehler: Pt100 bei 400 C, Isolierung R ISO 500 kω 0,4 C 100 kω 1,6 C 50 kω 3,1 C 10 kω 15,0 C Bei mineralisolierten Pt100-Sensoren und Thermoelementen wird ein nicht angeschlossener eiter verwendet. Thermoelement Typ K bei 1000 C R = 50 Ω, T UMG = 25 C 50 kω 1 C 20 kω 3 C 5 kω 10 C 11/

20 1 WERKSTOFFE FÜR TEMPERATURFÜHER Theorie Schutzrohre für Temperaturfühler Standardmäßig bestehen die Rohre aus Edelstahl vom Typ (316) oder (316Ti). Bezüglich Anwendungen mit besonderen Anforderungen besitzt KROHNE umfangreiche Erfahrung in der Bereitstellung von Schutzrohren aus verschiedenen Werkstoffen. Einige werden im Folgenden vorgestellt. Normale Temperaturen, Korrosionsmedium Korrosion ist von zahlreichen Faktoren abhängig. Medium, Temperatur, Durchfluss, mechanische Einflüsse und viele weitere Faktoren sind in ihrer Gesamtheit zu berücksichtigen, um die richtige Auswahl zu treffen. Edelstahl (AISI 316) weist die beste Korrosions beständigkeit in der Klasse der austenitischen rostfreien Stähle auf und ist bis 900 C einsetzbar. Gute Korrosionsbeständigkeit gegen Schwefelwasserstoff. Schutzrohr aus massivem PTFE (zum Beispiel Teflon ) kann einer aggressiven Umgebung standhalten, z. B. Schwefelsäure. ängere Ansprechzeit aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeit. Eingeschränkter Temperaturbereich. PTFE-beschichtetes Schutzrohr aus Edelstahl. Schnellere Ansprechzeit als Schutzrohr aus massivem PTFE. Erfordert Vorsicht bei der Montage und Wartung, da die PTFE-Schicht nicht zerkratzt werden darf. Tantal, sehr teuer, ist aber korrosionsbeständig und verfügt über gute Wärmeleitfähigkeit. Gute mechanische Festigkeit im Vergleich zu PTFE-beschichteten Fühlern. Einsatz normalerweise bei Temperaturen nicht über 250 C. Hastelloy und Titan, reagiert schneller als Schutzrohre aus massivem PTFE, ist jedoch weniger korrosionsbeständig. Titan ist geeignet für Temperaturen bis C, die Hastelloy -Ausführung für mehr als doppelt so hohe Werte. Etwas kostengünstiger als Tantal. lierter Stahl, St 35.8, max. 600 C. Hohe Temperaturen, Schutzrohre aus Metall Inconel 600, max C in oxidierender Umgebung. Max. 850 C in schwefelhaltiger Umgebung. Gut einsetzbar in chlorhaltiger Umgebung und in Salpetersäure HNO 3. Chromstahl (446 SS). Ferritischer rostfreier Chromstahl für hohe Temperaturen. Enthält kein Nickel, wodurch gute Korrosionsbeständigkeit in sulfathaltigen Gasen und Salzen gegeben ist. Gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation in der uft. Geeignet für Temperaturen bis zu 1100 C. Chromstahl (446 SS). Max C in uft. Begrenzte Haltbarkeit in stickstoffhaltiger Atmosphäre mit geringem Sauerstoffgehalt. Eine Alternative für solche Anwendungen ist (314 SS), max C. Hitzebeständiger austenitischer Stahl (253MA) mit hoher Beständigkeit gegenüber Oxidation in uft und hoher Formbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Dank hohem Nickelgehalt gut geeignet für oxidierende Atmosphäre, jedoch nicht für reduzierende Atmosphäre oder Atmosphäre mit elementarem Schwefel. Gute Eigenschaften für Umgebungen, in denen das Medium das Schutzrohrmaterial starkem mechanischen Abrieb aussetzt. Thermalloys CMA in Schmelzen aus Aluminium, Kupfer, Blei und Zink über 450 C. Bestehend aus einem Metallrohr mit Keramikisolierung. Kanthal AF, max C und Super Kanthal max C. Wird in Öfen für Heizelemente verwendet. Kann mit einem dickeren Oxid isoliert werden, um die Beständigkeit bei hohen Temperaturen weiter zu verbessern. Dies erfolgt durch Erhitzen des Rohrs über 1100 C in einer oxidierenden Umgebung. Kanthal A-1, max C Kanthal APM, max C, höhere Hitzebeständigkeit als Kanthal A-1 Hohe Temperaturen, Schutzrohre aus Keramik C799 ist ein weit verbreiteter Werkstoff mit einem Aluminiumoxidgehalt von über 99,7 %. Er wird häufig für Thermoelement-Sensoren mit Thermoelementen vom Typ S, R und B verwendet, da er nur geringe Mengen der Substanzen enthält, die die Eigenschaften der Thermoelemente negativ beeinflussen. Die maximale Temperatur ist abhängig von der Anwendung, kann aber bis zu C erreichen. C610 wird vorwiegend für Thermoelemente vom Typ K und N verwendet. Die max. Temperatur beträgt 1150 C. Da C610 weniger Aluminiumoxid und mehr Alkali enthält, weist es bei hohen Temperaturen eine etwas geringere Isolierung als C799 auf. Seine Festigkeit entspricht in etwa der Hälfte der Festigkeit von C799, während Härte und Wärmeleitfähigkeit etwas geringer sind. Im Vergleich zu C799 ist C610 jedoch wesentlich billiger. C610 kann nicht für Thermoelemente vom Typ S, R und B verwendet werden. Siliziumnitrid, ausgezeichnet für Metallschmelzen, insbesondere Aluminium. Die Standzeit wird in Jahren und nicht in Wochen angegeben. Hinweis: Die Verantwortung für die Auswahl des richtigen Werkstoffs für den jeweiligen Prozess liegt allein beim Anlagenbetreiber /2013

21 1 Theorie AUFBAU DER FÜHER 1 Aufbau der Standardfühler von KROHNE Industriestandard Abb. 1 Auf Grundlage mehrerer internationaler Normen verwendet KROHNE für die Schutzrohre als Standard die Abmessungen 9x1, 11x2, 12x2,5 mm für / 316Ti und die Abmessungen 10x1, 12x2 mm für / 316. Die Art der Anwendung und der gewählte Werkstoff sind entscheidend für die zu verwendenden Abmessungen. Der uftspalt zwischen dem Schutzrohr und dem Messeinsatz beträgt normalerweise 0,5 1 mm. Je nach physikalischen Eigenschaften des uftspalts kann sich die Ansprechzeit ändern. Kürzere Ansprechzeiten durch spezielle KROHNE Bauart KROHNE bietet eine spezielle Bauart mit einer Endhülse zwischen dem Schutzrohr und dem Messeinsatz an (siehe Abb. 2). Durch diese Bauart wird die Reaktionszeit erheblich verkürzt, insbesondere in Flüssigkeiten, wo sich die Ansprechzeit um die Hälfte verringert. Die Endhülse ist nur für gerade Schutzrohre mit Durchmesser 10 und 12 mm aus / 316 geeignet. 1. Schutzrohr 9x1 mm, 11x2 mm oder 12x2,5 mm 2. uftspalt 3. Messeinsatz Spezielle KROHNE Bauart Abb. 2 Geringerer Eintauchfehler bei der KROHNE Bauart Kurze Einsatzlängen können zu falschen Messergebnissen durch die Wärmeableitung im Schutzrohr führen. Im KROHNE abor durchgeführte Tests zeigen einen geringeren Temperaturfehler bei KROHNE Fühlern mit Endhülse im Vergleich zu Schutzrohren mit uftspalt. Im Folgenden sind typische Eintauchfehler in 70 C warmem, zirkulierendem Wasser aufgeführt. Getestet wurden jeweils Schutzrohre gleicher änge. Einsatzlänge KROHNE Bauart Andere Fühler 25 mm -1,1 C -3,3 C 50 mm -0,4 C -1,1 C 75 mm -0,1 C -0,5 C 100 mm 0,0 C -0,2 C 125 mm 0,0 C -0,1 C 150 mm 0,0 C 0,0 C Vollständige Kompatibilität Die Bauart der Fühler von KROHNE mit kürzeren Ansprechzeiten und geringerem Eintauchfehler ist mit bestehenden Standards auf dem Markt kompatibel. Ein Messeinsatz nach DIN-Norm von einem anderen Hersteller kann einfach in ein von KROHNE hergestelltes Schutzrohr eingesetzt werden. Allerdings sind KROHNE Messeinsätze für bestmögliche Ansprechzeiten ausgelegt. Es wird daher empfohlen, sowohl für den Messeinsatz als auch für das Schutzrohr Originalteile von KROHNE zu verwenden. 1. Schutzrohr 10x1 mm oder 12x1 mm aus Edelstahl. 2. Endhülse aus Edelstahl 3. Messeinsatz Verbesserte Vibrationsbeständigkeit dank festem Messeinsatz Bei starker Vibration reicht die Federbelastung nicht aus, um den Messeinsatz zu fixieren, so dass dieser gegen die Innenwand des Schutzrohrs stoßen kann, wodurch Brüche an den Sensorleitern entstehen können. Die Vibrationsbeständigkeit wird durch die KROHNE Bauart mit Endhülse deutlich verbessert. Der Messeinsatz wird fixiert und somit zuverlässig verhindert, dass er gegen die Innenwand des Schutzrohrs schlagen kann. Die Standzeit des Sensors wird verlängert und die Messgenauigkeit erhöht. 11/