Pt100 Schaltung: Zweileiter, Dreileiter und Vierleiter erklärt

von | Temperaturfühler

Bei Temperaturfühlern mit Platin-Widerstandssensoren tauchen häufig die Begriffe 2-Leiter-Schaltung, 3-Leiter-Schaltung oder 4-Leiter-Schaltung auf. Aber was verbirgt sich hinter der Pt100 Schaltung?

Bei Temperaturfühlern mit Pt-Widerstandssensoren wird der gemessene Widerstandswert zur Ermittlung der Temperatur herangezogen. Für die exakte Bestimmung der Temperatur ist also wichtig, diesen Widerstand möglichst exakt zu messen.

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Eigenwiderstand des Kabels verfälscht Messung

Der Temperatursensor hat ein Anschlusskabel, das mehrere Meter lang sein kann. Das Kabel wiederum hat einen Eigenwiderstand. Dieser Eigenwiderstand verfälscht die Messung, denn er sorgt dafür, dass der Gesamtwiderstand höher ist als der Widerstand des Sensors allein.

Der Eigenwiderstand des Kabels ist der größte Nachteil beim einfachsten Aufbau, der 2-Leiter-Schaltung. Hier geht der Eigenwiderstand der Anschlussleitungen voll als Messfehler ein. Richtwert: ca. 0,4 K Messfehler pro Meter Anschlussleitung beim Pt100So kann der Messfehler bei +150°C im Extremfall (Pt100 Fühler Genauigkeitsklasse B mit 10 m Kabel, 2-Leiter-Anschluss) mehr als 5 K betragen! Allein das Kabel ist in diesem Extrembeispiel für 4 K Messfehler verantwortlich.

Widerstandsthermometer in 2-Leiter-Schaltung, Skizze

Skizze 1: Widerstandsthermometer (Pt100 oder Pt1000) in 2-Leiter-Schaltung

Beim Pt1000 hat das Kabel einen geringeren Einfluss

Ein Pt1000 in 2-Leiter-Schaltung liefert aufgrund des höheren Basiswiderstands einen deutlich geringeren Messfehler von nur ca. 0,04 K pro Meter Anschlussleitung. Der Messfehler bei +150 °C beträgt beim Pt1000 der Genauigkeitsklasse Klasse B mit 10 m Kabel nur ca. 1,5 K. Das Kabel ist hier nur für etwa 0,4 K verantwortlich.

Dreileiter- und Vierleiter-Schaltungen können den Eigenwiderstand des Kabels kompensieren

Eine relativ preiswerte Möglichkeit zur Kompensation des Messfehlers ist die 3-Leiter-Schaltung. Am Messelement wird ein zusätzlicher Leiter angeschlossen, über den das Messgerät den Eigenwiderstand der Leitung ermitteln und kompensieren kann.

Widerstandsthermometer in 3-Leiter-Schaltung, Skizze

Skizze 2: Widerstandsthermometer (Pt100 oder Pt1000) in 3-Leiter-Schaltung

Die aufwändigste Schaltung ist der 4-Leiter-Anschluss. Hier wird auf jeder Seite des Messelementes ein zusätzlicher Leiter angeschlossen. Über diese Schaltung können die Leitungswiderstände vollständig kompensiert werden, selbst wenn die Widerstände nicht symmetrisch sind. Die 4-Leiter-Schaltung ist bei höchsten Genauigkeitsanforderungen zwingend erforderlich und liefert die präzisesten Messergebnisse: Ein Pt100 Genauigkeitsklasse A mit 4-Leiter-Anschluss und 10 m Kabel produziert bei +150°C einen Messfehler von < 0,5 Kelvin!

Widerstandsthermometer in 4-Leiter-Schaltung, Skizze

Skizze 3: Widerstandsthermometer (Pt100 oder Pt1000) in 4-Leiter-Schaltung

Fazit zur Pt100 Schaltung: Vorsicht beim 2-Leiter-Anschluss!

2-Leiter-Schaltungen bei Pt100-Fühlern verursachen einen relativ großen Messfehler und sind nur bei sehr kurzen Kabellängen legitim. Bei Pt1000-Fühlern sind die 2-Leiter-Schaltungen aufgrund des höheren Basiswiderstands deutlich unkritischer. Wenn Du hochpräzise Messergebnisse benötigst, ist eine 4-Leiter-Schaltung sinnvoll. Alternativ kannst Du das Signal aber auch mit einem Messumformer in 4-20 mA oder 0-10 V wandeln, womit es auch über größere Kabellängen mit geringerer Abweichung übertragen werden kann. Berücksichtige bei hochpräzisen Messungen auch die Eigenerwärmung des Messwiderstands!

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