Von Giovanni Colucci

Die Applikationsmöglichkeiten von Temperaturmessstellen sind nahezu unendlich. Daher lassen sich Thermometer nicht einfach per Katalog auswählen und bestellen. Entsprechend aufwendig ist die Spezifikation, besonders für Mitarbeiter, die sich nicht ständig mit dem komplexen Thema Temperaturmessung befassen. Die zehn häufigsten Auslegungsfehler hat die Firma Endress+Hauser in Kundenbefragungen ermittelt:

1. Messstelle passt nicht zur Messaufgabe;
2. Eintauchtiefe stimmt nicht;
3. Falsch gewählter Temperaturmessbereich;
4. Materialbeständigkeit bleibt unberücksichtigt;
5. Einflüsse von Medium und Prozessdruck werden ignoriert;
6. Mechanische Belastung bleibt bei der Sensorauswahl unberücksichtigt;
7. Prozessanschluss passt nicht;
8. Maximale Betriebstemperatur der Auswerte-Elektronik wird überschritten;
9. Fehlerhafte elektrische Installation;
10. Kalibrierzyklen werden nicht eingehalten.

Das Software-Tool „Konfigurator+ Temperatur“ hilft, diese Fehler zu vermeiden. Darüber hinaus eignet sich der integrierte Technologieteil zum Einarbeiten in die Temperaturmessverfahren Widerstandsthermometer und Thermoelemente. Das Experten-System wurde mit Unterstützung des sogenannten Kundenparlaments von Endress+Hauser konzipiert und ist Teil des kostenfreien Local-W@ M-Toolsets.

Die applikations-spezifische Auswahl geeigneter Thermometer ermöglicht die Software „Applicator Selection“. Nach Eingabe der Anwendungsparameter einer Temperaturmessstelle, wie Umgebungsbedingungen, Temperaturmessbereich, Schnittstellenspezifikationen, Zulassungen, Normen, Prozessanschluss und Werkstoffe, schlägt das Programm passende Thermometertypen und Komponenten vor. Dabei können die verschiedenen Messprinzipien miteinander verglichen werden: Über einen Info-Button lassen sich beispielsweise die Vor- und Nachteile von Widerstandsthermometern und Thermoelementen darstellen und zusätzliche Informationen über Genauigkeitsklassen und Schaltungsarten abrufen. Anschließend kann der ausgewählte Thermometertyp zur genauen Gerätekonfiguration direkt an das Tool „Konfigurator+ Temperatur“ übergeben werden, in dem das Detail-Engineering erfolgt und einen vollständigen Bestellcode generiert.

Basiswissen konzentriert

Der Konfigurator erklärt bei Bedarf anhand von Texten und Bildern den Aufbau von Thermometern und erläutert die Vorschriften und Normen wie ATEX (Atmosphere explosible), SIL (Safety Integrity Level), DIN, EN, ASME (American Society of Mechanical Engineers), EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group). Weiterhin enthält die Software die Grundwerte des Pt100-Thermoelements (100 Ω bei 0 °C) sowie diverser anderer Thermoelemente. Hinzu kommen Informationen über grundlegende Werkstoffeigenschaften. Wer noch mehr wissen möchte, entdeckt im „Learn-More-Bereich“ die Grundlagen zur Temperaturmesstechnik und weitere Informationen zur Auslegung von Temperaturmessstellen. Hier finden EMR-Techniker auch allgemeine Einbau-Hinweise von Temperatur-Sensoren, zum Beispiel über die notwendige Eintauchlänge in Rohren und die Dimensionen der Prozessanschlüsse.

Neben der Vermittlung von Basiswissen ist den Anwendern eine hohe Bedienfreundlichkeit wichtig: Grafikelemente geben bei jedem Schritt ein Feedback zur Auswahl. Durchdachte Ausschluss-Verfahren – Verriegelungen – schließen unsinnige Kombinationen von Sensor-Komponenten aus.

Zwei Kalkulationstools ergänzen die Software: Eines berechnet automatisch die Messunsicherheit über die Messkette, das heißt über die Kombination aus Sensor und Transmitter. Das andere Berechnungsprogramm ermittelt die maximale Temperatur am Thermometer-Anschlusskopf in Abhängigkeit von den angegebenen Umgebungs- und Abstrahltemperaturen des Prozesses (Rohrleitungen, Tank). Ampelsymbole signalisieren, ob eine im Thermometer-Anschlusskopf integrierte Auswerte-Elektronik (Transmitter) für die Messstelle noch zulässig ist. Alternativ dazu empfiehlt die Software, den Transmitter in ein separates, von der Messstelle abgesetztes Gehäuse zu installieren.

Die mit dem Tool erstellten Spezifikationen können inklusive aller Einbauhinweise, technischer Informationen, Zertifikate und Zulassungen archiviert werden. Bei Bedarf stehen diese Informationen auf Knopfdruck zur Verfügung, beispielsweise, um eine Bestellung auszulösen: Die Software schickt dann die gespeicherte Datei und den dazugehörigen Bestellcode per E-Mail an den Lieferanten. Da sich die Geräte einfach spezifizieren und bestellen lassen, kann die Lagerhaltung auf Ersatzteile für kritische Temperaturmessstellen reduziert werden.

Die Rückmeldungen aus der Praxis von Firmen wie Cognis Oleochemicals zeigen, dass der Konfigurator auch Mitarbeiter mit wenigen Fachkenntnissen in die Lage versetzt, Temperaturmessstellen schnell und sicher auszulegen. Selbst „alte Hasen“, die ihre Prozesse und Anforderungen kennen, profitieren von dem Auslegungswerkzeug. Bislang benötigte ein Fachmann rund 30 Minuten, um eine Messaufgabe zu spezifizieren. Mit der intelligenten Software lässt sich diese Aufgabe nun in einigen Minuten lösen.

Autor

Giovanni Colucci ist Produktmanager für Temperaturmesstechnik bei Endress+Hauser Messtechnik in Weil am Rhein.

Temperaturmessung: Zwei Technologien im Vergleich

Im Learn-More-Bereich stellt das Konfigurationstool allgemeine Informationen bereit, zum Beispiel die Einsatzbereiche der Thermoelemente und Widerstandsthermometer.

Endress+Hauser unterstützt die Messprinzipien Widerstandsthermometer und Thermoelemente. Unterschiedliche Temperaturbereiche, Zulassungen, Normen, Prozessanschlüsse, Werkstoffe und Schutzrohre sorgen dabei für unzählige Varianten. Beide Messprinzipien eignen sich grundsätzlich für den Einsatz in Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen und für Drücke bis 800 bar.

Der Einsatzbereich von Widerstandsthermometern oder RTDs (Resistance Temperature Detector) liegt zwischen –200 °C und etwa +800 °C. Kennzeichen dieses Sensortyps sind eine hohe Messgenauigkeit und Langzeitstabilität. Der am weitesten verbreitete Widerstandssensor ist der Pt100, der bei 0 °C einen Nennwiderstand von 100 Ω hat. Die Sensorelemente gibt es wiederum in verschiedenen Bauformen: Bei drahtgewickelten Keramiksensoren für Messbereiche von –200 bis +600 °C ist eine Spirale aus Platindraht in einer mit Keramikpulver gefüllten Kapillare eingebettet und wird über Platindrähte nach außen geführt.

Bei Dünnschicht-Sensoren (Einsatz zwischen –50 °C und +400 °C) wird eine Platinschicht mäanderförmig aufgedampft (gesputtert). Eine aufgeschmolzene Glasschicht schützt die Anschlussdrähte und die Platinschicht. RTD-Widerstandssensoren von Endress+Hauser erfüllen standardmäßig die Genauigkeitsklasse A nach IEC 60751 und sind für die 4-Leiter-Anschlusstechnik ausgelegt.

Bei den Kompaktthermometern Easytemp ermöglicht eine spezielle Technologie im Messbereich von –50 °C bis +200 °C und bis zu 30 bar Prozessdruck schnelle Messungen; selbst bei starken Vibrationen werden Ansprechzeiten unter einer Sekunde erreicht. Die Kompaktthermometer wandeln das Pt100-Eingangssignal direkt in ein proportionales Stromsignal (4 bis 20 mA) um und können vor Ort über PC-Schnittstellen parametriert werden. Komplett aus Edelstahl gefertigt, gibt es die Thermometer mit verschiedenen Prozessanschlüssen und Einbaulängen. Thermoelemente (TC: Thermocouple) bestehen aus zwei unterschiedlichen Metall-Fahnen, die an einem Ende miteinander verschweißt sind. An den offenen Enden der Metall-Plättchen wird eine elektrische Spannung (Thermospannung) erzeugt, wenn die Verbindungsstelle und die beiden freien Enden unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Die Thermospannung ist für verschiedene Material-Kombinationen charakteristisch und erlaubt über die thermoelektrische Spannungsreihe eine Temperaturmessung. Die Vorteile von Thermoelementen liegen in der kurzen Ansprechzeit und einer hohen Vibrationsfestigkeit. Zudem sind Thermoelemente im Vergleich zu den Widerstandsthermometern für deutlich höhere Temperaturen verwendbar: von –40 bis +1700 °C. Je nach Prozesstemperatur gibt es verschiedene Thermoelementtypen, etwa Typ K (NiCr-Ni) für –40 bis +1100 °C.