Pt100 Schaltung: Zweileiter, Dreileiter und Vierleiter erklärt

Um einen Platin-Messwiderstand (z.B. Pt100, Pt1000) an einen Transmitter oder ein Messgerät anzuschließen, müssen wir ihn verdrahten. Dazu gibt es drei verschiedene Möglichkeiten: die 2-Leiter-Schaltung, die 3-Leiter-Schaltung und die 4-Leiter-Schaltung. Wie unterscheiden sich die Anschlussarten und welche Vor- und Nachteile haben sie? Hier klären wir Sie auf – in drei Minuten wissen Sie’s.

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Problem: Leitungswiderstand verfälscht Messung

Temperaturfühler haben oft ein mehrere Meter langes Anschlusskabel. Dieses Kabel hat einen sogenannten Leitungswiderstand, der mit der Länge zunimmt. Bei Widerstandsthermometern (z.B. Pt100, Pt1000) sind wir aber darauf angewiesen, den Widerstand an der Messstelle so exakt wie möglich zu erfahren. Der Leitungswiderstand verfälscht unsere Messung. Wir erhalten ein ungenaues Messergebnis. Bei langen Anschlusskabeln ist dieser Effekt so stark, dass die Genauigkeit des Messelementes völlig irrelevant wird.

2-Leiter-Schaltung

Pt100 in 2-Leiter-Schaltung

Bei einem Pt100 in Zweileiter-Schaltung schlägt dieses Problem besonders deutlich zu Buche. Hier müssen Sie als Richtwert mit ca. 0,4 Kelvin Messfehler pro Meter Leitungslänge rechnen.

Nehmen wir einmal eine Temperatur von 150 °C an der Messstelle an. Wir verwenden einen Pt100 Klasse B mit 10 m Anschlussleitung. Der Leitungswiderstand allein erzeugt in diesem Szenario 4 Kelvin Messfehler! Da hilft auch keine höhere Genauigkeitsklasse – der Großteil der Abweichung entsteht durch das Anschlusskabel.

Für Otto Normalverbraucher verständlich formuliert: statt 150 °C liefert der Temperaturfühler in diesem Beispiel 154 °C als Messergebnis.

Pt1000 in 2-Leiter-Schaltung

Ein Pt1000 in Zweileiter-Schaltung ist da schon sehr viel präziser. Sein gegenüber dem Pt100 10-facher Basiswiderstand minimiert den Einfluss des Leitungswiderstands auf das Ergebnis. Der Richtwert liegt bei ca. 0,04 Kelvin Messfehler pro Meter Leitungslänge.

Zurück zur Messstelle mit 150 °C. Diesmal verwenden wir einen Pt1000 Klasse B mit 10 m Anschlussleitung. In diesem Fall erzeugt das Kabel nur 0,4 Kelvin Messfehler. Sie sehen: das ist schon sehr viel besser!

Für Otto Normalverbraucher verständlich formuliert: bei 150 °C an der Messstelle liefert der Fühler 150,4 °C als Messergebnis.

Skizze Pt100 in Zweileiter-Schaltung

3-Leiter-Schaltung

Eine relativ preiswerte Möglichkeit zur Kompensation des Messfehlers ist die Dreileiter-Schaltung. Dabei wird ein dritter Leiter an Messwiderstand und Messgerät angeschlossen. Mit Hilfe dieses zusätzlichen Leiters wird ein zweiter Messkreis nur für die Ermittlung des Leitungswiderstands der Anschlussleitung erstellt. So kann das Messgerät den Eigenwiderstand der Leitung ermitteln und kompensieren. Der dritte Leiter muss dabei natürlich unbedingt die gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen wie die anderen zwei Leiter!

Skizze Pt100 in Dreileiter-Schaltung

4-Leiter-Schaltung

Wenn Sie es perfekt machen wollen, greifen Sie zur Vierleitertechnik. Bei höchsten Ansprüchen an die Genauigkeit führt kein Weg an ihr vorbei. Auf beiden Seiten des Messelements wird je ein zusätzlicher Leiter angeschlossen und mit dem Messgerät verbunden. So entstehen zwei zusätzliche Messkreise, die nur für die Ermittlung des Leitungswiderstands zum Einsatz kommen. So können Sie auch asymmetrische Leitungswiderstände voll kompensieren. Der Pt100-4-Leiter ist unterm Strich die aufwändigste und teuerste Variante.

Dafür erreichen Sie mit ihm auch bei langen Anschlussleitungen eine hervorragende Genauigkeit. Im Falle eines Pt100 Klasse A, 4-Leiter-Anschluss, 10 m Leitungslänge sprechen wir bei 150 °C von weniger als 0,5 K Gesamtabweichung! Sie sehen: das ist schon ziemlich genau.

Skizze Pt100 in Vierleiter-Schaltung

Alternative: Messumformer

Anstatt einer Mehrleiter-Schaltung können Sie auch einen Messumformer einsetzen. Am besten in unmittelbarer Nähe der Messstelle. Wenn Sie das Signal des Pt100 (oder Pt1000) in ein 4-20 mA oder 0-10 V Signal wandeln, können Sie es anschließend relativ unproblematisch über größere Kabellängen übertragen. Mehr über Temperatur-Messumformer lesen Sie hier.

Unsere Empfehlung zur Pt100 und Pt1000 Schaltung

Wir empfehlen Ihnen, die Zweileitertechnik nur bei kurzen Leitungslängen mit einem Pt100 zu verwenden. Mit einem Pt1000 in Zweileiter-Schaltung fahren Sie auch bei längeren Leitungen schon ganz gut. Wenn Sie wirklich präzise Ergebnisse benötigen, empfehlen wir grundsätzlich den Einsatz einer Dreileiter- oder Vierleiter-Schaltung.

Alternativ können Sie auch einen Messumformer einsetzen. Der sollte allerdings schön kompakt sein, sodass Sie ihn möglichst nah an der Messstelle mit dem Fühler verbinden können.

Ihr Ansprechpartner

Jörg Gibietz
Geschäftsführer
Italcoppie Deutschland
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