Erklärung Messart Widerstand R

Der elektrische Widerstand R (lat. resistere), ist in der Elektrotechnik ein Maß dafür, welche elektrische Spannung U erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke I durch einen elektrischen Leiter fließen zu lassen. Bei der Widerstandsmessung mit SIMATIC wird Konstantstrom I_Const z. B. 1,67 mA durch den Widerstand R geschickt und die Spannung U über den Widerstand gemessen.

R = U / I_Const

Bild 1: 2-, 3- oder 4-Leiteranschluss

Folgende typischen Messbereiche für ohmsche Widerstände werden von der SIMATIC in 2-, 3- oder 4-Leiteranschluss angeboten: Von 0 bis 150, … 300, … 600, … 3000, … 6000 Ohm, PTC (nur 2-Leiteranschluss).

Sollten Widerstände > 6000 Ohm gemessen werden, so muss dafür ein externer Messumformer (Transmitter) eingesetzt werden, vorzugsweise mit einer 4 – 20 mA Schnittstelle. Dieser Strom kann anschließend in einer analogen SIMATIC-Karte eingelesen werden.

In den industriellen Anwendungen dienen Messungen von ohmschen Widerständen dem

• Messen von Übergangswiderständen z. B. im Rahmen der Prüftechnik/Qualitätskontrolle
• Messen von Leitungswiderständen z. B. in der Kabelfertigung
• Messen von Isolationswiderständen z. B. in der elektrischen Überwachung von Schaltanlagen

Erklärung Thermistor

NTCs und PTCs sind Thermistoren (engl. THERMally sensitive resISTOR) und somit elektrische Widerstände, deren Werte sich mit der Temperatur reproduzierbar ändern.

Bild 2: Widerstandskennlinie eines Kalt- und eines Heißleiters in Abhängigkeit der Temperatur

Es gibt zwei Gruppen:

• Heißleiter, mit negativen Temperaturkoeffizienten (NTC), die im heißen Zustand besser elektrisch leiten als im kalten Zustand
• Kaltleiter, mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC), die im kalten Zustand besser elektrisch leiten als im heißen Zustand

Typischerweise werden Heißleiter zur Temperaturmessung eingesetzt, z. B. für die Temperaturkompensation elektronischer Schaltungen.

Der Einsatz von NTC-Thermistoren zur Temperaturüberwachung und Abschaltung von Motoren ist ungewöhnlich, technisch jedoch möglich. Wirtschaftlicher ist der Einsatz von PTCs zu diesem Zweck aufgrund der einfacheren Schaltungstechnik.

PTCs werden auf Grund ihrer stark nichtlinearen Kennlinie nur zur Grenzwertüberwachung einer Temperatur wie ein Schalter eingesetzt, da die Widerstandsänderung um den Schaltpunkt herum sehr groß gegenüber der Temperaturäderung ist. D. h. bei kleinsten Temperaturänderungen im Bereich der Nennabschalttemperatur steigt der Widerstand des PTC sehr steil an. Der Auslösewiderstand beträgt ≥ 1650 Ω und wird für die Umschaltung auf Warnung oder Störung verwendet.

Bild 3: Schaltpunkte eines PTCs in der SIMATIC

In den industriellen Anwendungen dienen PTC-Widerstände (Kaltleitertemperaturfühler)

• der Temperaturüberwachung und -Abschaltung von z. B. Motoren, Antrieben und Transformatoren, bei der SIMATIC durch Auswertung beider Bits im PAE (Bit 0 „Ansprechbereich“, Bit 2 „Warnbereich)

Erklärung Messart Thermowiderstand RTD (Widerstandsthermometer)

Widerstandsthermometer sind elektrische Bauelemente, welche die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes eines elektrischen Leiters zur Messung der Temperatur ausnutzen.

Pt100 und Pt1000-Sensoren zeichnen sich durch einen positiven Temperaturkoeffizienten und eine nahezu lineare Kennlinie aus.Sie eignen sich dadurch zur kontinuierlichen Messung und Anzeige der Temperaturen.Für zuverlässige Messungen wird vorzugsweise das korrosionsbeständige Platin Pt verwendet, da dieses besonders wenig Alterung (gute Langzeitstabilität) zeigt.

Bei der SIMATIC mit der Messart Thermowiderstand (RTD - Resistance Temperature Device) wird genauso wie bei der Widerstandsmessung oben der Widerstand des Thermistors gemessen und über die Kennlinie in die Temperatur umgerechnet.

Folgende typischen Thermowiderstände werden in der SIMATIC in 2-, 3- oder 4-Leiteranschluss angeboten: Pt 10, 50, 100, 200, 500, 1000; Ni 10, 100, 120, 200, 500, 1000; Cu 10, 50, 100; LG‑Ni1000

Als Nennbereich wird in der SIMATIC, z. B. für die Thermowiderstände Pt x0 ein Klimabereich von ‑120 bis 130 °C und ein Standardbereich von ‑200 bis 850 °C, angeboten.

Bild 4: Widerstandskennlinien für Pt100, Pt200, Pt500 und Pt1000 in Abhängigkeit der Temperatur

Hinweise:

• Die Anbindung von NTCs wird von der SIMATIC grundsätzlich nicht unterstützt
• Beim 2-Leiteranschluss hängt die Messgenauigkeit im hohen Maße vom Leitungswiderstand R = ρ * l / A der Messleitung ab, denn je länger die Messleitung ist, desto größer ist der Fehler
• Messungen mit 4- oder 3-Leiteranschluss kompensieren die Leitungswiderstände und erreichen damit eine deutlich höhere Genauigkeit als die Messung mit 2-Leiteranschluss
• Generell ist die Auflösung gegenüber Fehler/Genauigkeit getrennt voneinander zu betrachten, denn die Auflösung wird z. B. definiert durch die Auflösung des AD-Wandlers, während die Genauigkeit der Messung von der Güte des Sensors und der analogen Schaltung abhängt
• Der kleinere Klima-Messbereich ist gegenüber dem Standard-Messbereich vorzuziehen, wenn die zu messende Temperatur sich innerhalb des Klimabereichs befindet, da die Gebrauchsfehlergrenze in diesem Bereich in den meisten Fällen deutlich geringer sein kann
  

Weitere Informationen:

Handbuch für Analogwertverarbeitung in der SIMATIC, siehe Kap. 4.6 auf S. 72f

Handbuch SIMATIC ET 200SP Analogeingabemodul AI 4xRTD/TC 2-/3-/4-wire HF, S. 15, S. 52

Handbuch Katalog D 81.1: Niederspannungsmotoren SIMOTICS, GP, SD, XP, DP, S. 41ff (1/33)

Hinweis:

Die in diesem Artikel beschriebene Vorgehensweise bezieht sich auf den Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels (Stand: November 2022).

Viele Grüße

Eure Fachberatung Deutschland (JD)