RTD-Sensoren der M-Serie
- Technologie
- Platin-RTD-Sensoren
- Partner
- YAGEO Nexensos GmbH
Die M-Serie umfasst Platin-Widerstandssensorelemente mit Anschlussdrähten für den Einbau in Temperaturfühler, Hülsen und kompakte Baugruppen zur Temperaturmessung. Die Bauformen M1020, M213, M222, M308, M310 und M416 ermöglichen die Auswahl der benötigten Abmessungen, des Nennwiderstands und der Toleranzklasse. Die Platin-Widerstandskennlinie hat einen Temperaturkoeffizienten von 3850 ppm/K und unterstützt damit eine standardisierte Signalaufbereitung und die Austauschbarkeit der Sensoren. Je nach Modell sind die Nennwiderstände Pt100, Pt500 und Pt1000 in den Toleranzklassen F 0,1 bis F 0,3 verfügbar.
Geeignete Varianten decken im Dauerbetrieb einen Temperaturbereich von −70 °C bis +500 °C ab. Elemente der Klasse F 0,3 erlauben zudem einen kurzzeitigen Betrieb bis +550 °C. Die kompakten Bauformen eignen sich für Fühler mit begrenztem Durchmesser. Dazu zählt auch der schmale M308 für Einbaudurchmesser unter 1 mm. Die platinummantelten Nickel-Anschlussdrähte lassen sich bei der Fühlermontage schweißen, crimpen und hartlöten. Zu den Anwendungen zählen Pyrolysebacköfen, Haushaltsgeräte, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, medizinische Geräte, Laborgeräte, Serverkühlung, Batterieüberwachung und industrielle Prozessregelung.
Eigenschaften
- Kennlinie nach DIN EN IEC 60751 – Unterstützt standardisierte RTD-Mess- und Kalibrierverfahren.
- Temperaturkoeffizient von 3.850 ppm/K – Vereinfacht die Integration mit gängigen Schnittstellen für Platin-RTDs.
- Pt100-, Pt500- und Pt1000-Optionen – Bieten Flexibilität bei unterschiedlichen Kabellängen, Anregungsschaltungen und Eingangsstufen.
- Toleranzklassen F 0.1, F 0.15 und F 0.3 – Ermöglichen die Abstimmung der Genauigkeit auf den erforderlichen Betriebsbereich.
- Dauerbetrieb von -70 °C bis +500 °C – Ermöglicht mit geeigneten Varianten die Überwachung niedriger Temperaturen und Prozessmessungen bei hohen Temperaturen.
- Kurzzeitiger Betrieb bis +550 °C – Ermöglicht Varianten der Klasse F 0.3 den kurzzeitigen Einsatz bei diesen Temperaturen.
- Platinummantelte Nickel-Anschlussdrähte – Ermöglichen das Schweißen, Crimpen und Hartlöten beim Einbau in Fühlerbaugruppen.
- Verschiedene Elementgeometrien – Decken bei den angegebenen Modellen Einbaudurchmesser von unter 1 mm bis etwa 2,6 mm ab.
- Spezifizierte Vibrations- und Stoßfestigkeit – Ermöglicht bei korrekter Montage des Elements den Einsatz unter anspruchsvollen mechanischen Bedingungen.
- RoHS-konforme Varianten – Helfen, bei der Geräteentwicklung die Anforderungen zur Beschränkung bestimmter Stoffe einzuhalten.
Verfügbare Modellvariationen
Alle verfügbaren Varianten und ein Vergleich ihrer Spezifikationen
Technische Daten
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
Produkttyp | Platin-Dünnschicht-Widerstandssensorelemente mit Anschlussdrähten |
Messprinzip | Temperaturmessung über den elektrischen Widerstand von Platin |
Geltende Norm | DIN EN IEC 60751 |
Temperaturkoeffizient | 3850 ppm/K |
Verfügbare Nennwiderstände | Pt100, Pt500 und Pt1000, je nach Modell |
Toleranzklassen | F 0,1 (1/3 B), F 0,15 (A) und F 0,3 (B), je nach Modell |
Temperaturbereich der Klasse F 0,1 | 0 °C bis +150 °C |
Temperaturbereich der Klasse F 0,15 | -50 °C bis +300 °C |
Temperaturbereich der Klasse F 0,3 | -70 °C bis +500 °C |
Kurzzeitig zulässige Temperatur | Bis +550 °C für Varianten der Klasse F 0,3 |
Messstrom, Pt100 | 0,3 bis 1 mA |
Messstrom, Pt500 | 0,1 bis 0,7 mA |
Messstrom, Pt1000 | 0,1 bis 0,3 mA |
Anschlussdrahttyp | Platinummantelter Nickeldraht |
Anschlussverfahren | Schweißen, Crimpen und Hartlöten |
Länge der Anschlussdrähte | 7 mm oder 10 mm bei den aufgeführten Basisvarianten |
Eigenerwärmungskoeffizient | 0,2 bis 0,6 K/mW bei 0 °C, modellabhängig |
Isolationswiderstand bei 20 °C | Über 100 MΩ bei den angegebenen Basisvarianten |
Isolationswiderstand bei 500 °C | Über 2 MΩ bei den angegebenen Basisvarianten |
Vibrationsfestigkeit | Mindestens 40 g von 10 bis 2.000 Hz, abhängig vom Einbau |
Stoßfestigkeit | Mindestens 100 g bei einem Halbsinusimpuls von 8 ms, abhängig vom Einbau |
Typische Langzeitdrift von R₀ | 0,04 % nach 1.000 Stunden bei +500 °C für bewährte Basisvarianten |
Lagerfähigkeit | Mindestens 12 Monate in der Originalverpackung |
Verpackung | Kunststoffbeutel oder Blistergurt auf Rolle, modellabhängig |
Einhaltung von Umweltvorschriften | RoHS-konforme Varianten |
Basisvarianten im Vergleich
| Modell | Länge L | Breite W | Höhe H | Anschlussdrahtlänge LL | Eigenerwärmung bei 0 °C |
|---|---|---|---|---|---|
M213 | 1,7 ± 0,25 | 1,25 ± 0,15 | 0,8 ± 0,2 | 10 ± 1 | 0,6 K/mW |
M220 | 2,3 +0,2/−0,1 | 1,9 ± 0,2 | 0,9 +0,3/−0,2 | 10 ± 1 | 0,4 K/mW |
M416 | 3,9 +0,2/−0,1 | 1,5 ± 0,2 | 0,9 +0,3/−0,2 | 10 ± 1 | 0,4 K/mW |
M422 | 4,0 +0,2/−0,1 | 2,1 ± 0,2 | 0,9 +0,3/−0,2 | 10 ± 1 | 0,3 K/mW |
M1020 | 9,5 ± 0,15 | 1,9 ± 0,2 | 0,9 +0,3/−0,2 | 10 ± 1 | 0,2 K/mW |
Verfügbare Konfigurationen
| Modell | R₀ | Toleranzklasse | Betriebstemperaturbereich | Verpackung |
|---|---|---|---|---|
M213 | Pt100 | F 0.3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M213 | Pt100 | F 0.15 (A) | −50 bis +300 °C | Kunststoffbeutel |
M213 | Pt100 | F 0.1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Kunststoffbeutel |
M213 | Pt1000 | F 0.3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M220 | Pt100 | F 0.3 (B) | −70 bis +500 °C | Blistergurt auf Rolle |
M220 | Pt100 | F 0.15 (A) | −50 bis +300 °C | Blistergurt auf Rolle |
M220 | Pt100 | F 0.1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Kunststoffbeutel |
M220 | Pt100 | F 0.1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Blistergurt auf Rolle |
M416 | Pt100 | F 0.3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M416 | Pt100 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Blistergurt auf Rolle |
M416 | Pt100 | F 0,15 (A) | −50 bis +300 °C | Kunststoffbeutel |
M416 | Pt100 | F 0,15 (A) | −50 bis +300 °C | Blistergurt auf Rolle |
M416 | Pt100 | F 0,1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Kunststoffbeutel |
M422 | Pt100 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M422 | Pt500 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M1020 | Pt100 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M1020 | Pt100 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Blistergurt auf Rolle |
M1020 | Pt100 | F 0,15 (A) | −50 bis +300 °C | Blistergurt auf Rolle |
M1020 | Pt100 | F 0,1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Kunststoffbeutel |
M1020 | Pt100 | F 0,1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Blistergurt auf Rolle |
M1020 | Pt1000 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Kunststoffbeutel |
M1020 | Pt1000 | F 0,3 (B) | −70 bis +500 °C | Blistergurt auf Rolle |
M1020 | Pt1000 | F 0,15 (A) | −50 bis +300 °C | Kunststoffbeutel |
M1020 | Pt1000 | F 0,15 (A) | −50 bis +300 °C | Blistergurt auf Rolle |
M1020 | Pt1000 | F 0,1 (1/3 B) | 0 bis +150 °C | Kunststoffbeutel |
FAQs
für RTD-Sensoren der M-Serie
Der M308 kommt infrage, wenn der Sensor in einen Fühler oder ein Rohr mit einem Innendurchmesser unter 1 mm passen muss. Er ist für beengte Einbauräume ausgelegt und hat 7 mm lange Anschlussdrähte. Bei den anderen Basisvarianten sind diese 10 mm lang. Zum Vergleich: Der M310 benötigt einen Einbaudurchmesser von mindestens etwa 1,6 mm, der M213 etwa 1,8 mm und der M222 etwa 2,6 mm. Damit eignet sich der M308 für Wearables, kompakte medizinische Geräte, die Batterieüberwachung und kleine thermische Baugruppen. Im fertigen Fühlerdesign müssen dennoch der mechanische Freiraum, die Isolierung und der Einfluss der Verkapselung auf die Ansprechzeit geprüft werden.
Bei der Auswahl der Toleranzklasse sind sowohl die erforderliche Genauigkeit als auch der gesamte Dauerbetriebstemperaturbereich zu berücksichtigen. Klasse F 0.1 gilt von 0 °C bis +150 °C, Klasse F 0.15 von -50 °C bis +300 °C und Klasse F 0.3 von -70 °C bis +500 °C. Eine engere Toleranzklasse lässt sich nicht ohne Weiteres auf den größeren Temperaturbereich der Klasse F 0.3 übertragen. Varianten der Klasse F 0.3 können auch kurzzeitig bei Temperaturen bis +550 °C eingesetzt werden. Diese Temperatur gehört jedoch nicht zum Dauerbetriebsbereich dieser Klasse. Die Klasse sollte daher anhand aller kritischen Messpunkte festgelegt werden und nicht allein anhand der nominalen Systemtemperatur.
Pt100 eignet sich für bewährte industrielle Messtechnik und Schnittstellen, die auf einen Sensor mit 100 Ω bei 0 °C ausgelegt sind. Pt1000 liefert eine größere Widerstandsänderung pro Grad und kann den relativen Einfluss des Leitungswiderstands verringern. Das ist bei kompakter Elektronik und Messschaltungen mit geringeren Strömen von Vorteil. Pt500 bietet eine Zwischenlösung und ist innerhalb der M222-Familie erhältlich. Die zulässigen Messstrombereiche betragen 0,3 bis 1 mA für Pt100, 0,1 bis 0,7 mA für Pt500 und 0,1 bis 0,3 mA für Pt1000. Bei der endgültigen Auswahl sollten der Eingangsbereich der analogen Eingangsstufe, die Anschlusskonfiguration, der Kabelwiderstand, elektrische Störungen und der zulässige Eigenerwärmungsfehler berücksichtigt werden.
Die Eigenerwärmung lässt sich begrenzen, indem die elektrische Leistung im RTD begrenzt und eine ausreichende thermische Kopplung an das Messmedium sichergestellt wird. Die angegebenen Messströme sind als Betriebsgrenzen zu verstehen, nicht als grundsätzlich anzustrebende Auslegungswerte. Das gilt besonders bei ruhender Luft oder schlecht wärmeleitenden Verkapselungsmaterialien. Ein Pt1000 setzt bei 0 °C und einem Messstrom von 0,3 mA etwa 0,09 mW in Wärme um. Bei Eigenerwärmungskoeffizienten von 0,2 bis 0,6 K/mW entspricht dies einem geschätzten Temperaturanstieg von etwa 0,018 bis 0,054 K. Ein geringerer Strom oder eine gepulste Anregung kann diesen Fehlerbeitrag reduzieren, sofern die Eingangsschaltung eine ausreichende Auflösung bietet. Die Validierung sollte nach dem Einbau des Elements erfolgen, da die fertige Baugruppe die Bedingungen für die Wärmeübertragung verändert.
Die Basiselemente der M-Serie verfügen über platinummantelte Nickel-Anschlussdrähte, die zum Schweißen, Crimpen und Hartlöten vorgesehen sind. Bei der Auswahl des Fügeverfahrens sind das Fühlermaterial, der Temperaturzyklus, der elektrische Widerstand und die Anforderungen an das Produktionsvolumen zu berücksichtigen. Schweißen ermöglicht eine kompakte metallische Verbindung. Crimpen vermeidet dagegen die thermische Belastung des Sensorbereichs durch einen Hartlötzyklus. Hartlöten kann sich für Fühlerkonstruktionen eignen, die eine metallurgische Verbindung erfordern, setzt jedoch einen kontrollierten Wärmeeintrag und geeignete Prozessmaterialien voraus. In jedem Fall müssen der Sensorkörper und der Drahtaustritt vor mechanischer Belastung geschützt werden. Die fertige Verbindung sollte auf Kontaktwiderstand, Zugfestigkeit und Isolationsfähigkeit geprüft werden.
Die Ansprechzeit hängt stark vom gewählten Modell, dem Prüfmedium, der Strömungsgeschwindigkeit und der endgültigen Einbausituation ab. In Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,3 m/s erreicht der M308 t0.5 nach 0,03 Sekunden und t0.9 nach 0,09 Sekunden. Die entsprechenden Werte in Luft bei 3 m/s betragen 1,4 und 3,5 Sekunden. In Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,4 m/s liegen die angegebenen Werte für den M310 bei 0,04 und 0,12 Sekunden, für den M222 bei 0,05 und 0,15 Sekunden und für den M416 bei 0,06 und 0,18 Sekunden. In Luft ist die Ansprechzeit länger, da die konvektive Wärmeübertragung geringer ist. Fühlerwände, Vergussmassen, Hülsen und thermische Kontaktwiderstände verlängern in der Regel die Ansprechzeit der fertigen Baugruppe.
Die Elemente sind für Vibrationsbelastungen von mindestens 40 g im Bereich von 10 bis 2.000 Hz und Stoßbelastungen von mindestens 100 g bei einem Halbsinusimpuls von 8 ms spezifiziert. Beide Angaben hängen jedoch vom Einbau ab. Diese Werte ersetzen weder eine Zugentlastung noch die Abstützung der Anschlussdrähte oder eine kontrollierte Verkapselung des Sensorkörpers. Bewährte Basisvarianten zeigen nach 1.000 Stunden bei +500 °C eine typische R₀-Drift von 0,04 %. Bei einer Platinkennlinie mit 3.850 ppm/K entspricht dies nahe 0 °C ungefähr 0,10 °C. Wiederholte Temperaturzyklen und mechanische Spannungen durch die Montage können weitere Fehler verursachen. Qualifikationsprüfungen sollten daher mit der tatsächlichen Fühlerkonstruktion, der vorgesehenen Einbaulage und dem zu erwartenden Vibrationsspektrum durchgeführt werden.
Bei Standard-Katalogelementen darf nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass eine vollständige Automotive-Qualifikation oder ein vollständiges Paket an Freigabeunterlagen vorliegt. Die Platinkennlinie, die Vibrationsfestigkeit und der Betriebstemperaturbereich können für Automotive-Sensoranwendungen geeignet sein. Zu den Projektanforderungen können jedoch auch IMDS-Einträge, PPAP-Dokumentation, Maßnahmen zur Rückverfolgbarkeit und eine anwendungsspezifische Validierung gehören. Vor der Freigabe der ausgewählten Bestellnummer für das Design muss bestätigt werden, dass diese Anforderungen erfüllt sind. Auch das vorgesehene Fügeverfahren, das Verkapselungsmaterial, das Temperaturwechselprofil und die Maßnahmen zur Beherrschung von Ausfallarten sollten auf Baugruppenebene geprüft werden. Eine frühzeitige Klärung verhindert, dass ein elektrisch geeigneter RTD ausgewählt wird, der die Dokumentationsanforderungen des Projekts oder den Produktionsfreigabeprozess nicht erfüllen kann.
