Vollständiger Leitfaden zur RTD-Verkabelung mit zwei Elementen: Anschlüsse, Redundanz und Auswahl

Sie öffnen den Anschlusskopf eines industriellen Temperatursensors und finden statt einem zwei Sätze Anschlussdrähte. Das ist der erste Hinweis darauf, dass es sich um eine RTD-Verkabelung mit zwei Elementen handelt. Ein RTD mit zwei Elementen enthält zwei elektrisch unabhängige Widerstandstemperaturdetektoren im selben Gehäuse oder Schutzrohr. Die Art der Verbindung dieser Elemente bestimmt, ob Sie Redundanz, einen gemittelten Messwert oder zwei separate Signale zur Prozesssteuerung und zum Schutz erhalten.

Die kurze Antwort auf die meisten Fragen zur RTD-Verkabelung mit zwei Elementen ist einfach: Behandeln Sie jedes Element als separaten RTD. Jedes Element hat seine eigene Widerstands-Temperatur-Kennlinie und jedes Element kann an seinen eigenen Sender, Controller oder sein eigenes Sicherheitssystem angeschlossen werden. Was die Dual-Element-Verkabelung noch interessanter macht, ist die Art und Weise, wie Sie diese Unabhängigkeit in der Praxis anwenden.

In diesem Leitfaden werden die Grundlagen der Dual-Element-RTD-Verkabelung, 2-Draht-, 3-Draht- und 4-Draht-Verbindungen, allgemeine Konfigurationen, Senderanschluss, Redundanzlogik, Installationspraktiken, Kalibrierung und Fehlerbehebung behandelt. Es enthält außerdem Auswahlhinweise für gepanzerte, montage- und explosionsgeschützte Konstruktionen, sodass Sie die Verkabelung sicher durchführen können, ohne zu raten.

Was ist ein Dual-Element-RTD?

Ein Doppelelement-RTD ist ein Widerstandstemperaturdetektor, der zwei separate Platin-Sensorelemente im selben Schutzrohr, Mantel oder derselben Baugruppe enthält. Bei jedem Element handelt es sich typischerweise um einen Dünnschicht- oder drahtgewickelten Platinwiderstand mit einem Nennwiderstand von 100 Ohm bei 0 °C, der üblicherweise als Pt100 bezeichnet wird. Die beiden Elemente sind voneinander und vom Metallmantel elektrisch isoliert, sodass sie völlig unabhängig voneinander verwendet werden können.

Jedes Element verfügt über einen eigenen Satz Anschlussdrähte. Ein RTD mit zwei Elementen verfügt daher je nach interner Anschlussart über zwei, drei oder vier Anschlussdrähte pro Element. Die gebräuchlichsten Pt100-Sensoren mit zwei Elementen verfügen über sechs Drähte: drei Drähte für Element eins und drei Drähte für Element zwei. Für Instrumentierung, die echte Vierleitergenauigkeit bei beiden Elementen erfordert, stehen Achtleiterversionen mit vier Leitern pro Element zur Verfügung.

Der mechanische Aufbau kann ein Montagetyp mit Anschlusskopf, ein ummantelter Typ mit flexiblem mineralisoliertem Kabel oder ein explosionsgeschützter Typ mit druckfester Kapselung sein. Die Sensorelemente sind normalerweise nahe beieinander positioniert, sodass beide den gleichen Prozesstemperaturpunkt darstellen. Diese physische Nähe macht Dual-Element-RTDs für sicherheitskritische und redundante Messungen in einem einzigen Prozessdurchgang attraktiv.

Typische Elemente und Materialien

• Platin-Dünnschichtelemente mit einem Nennwiderstand von 100 Ohm bei 0 °C
• Drahtgewickelte Elemente für hohe Vibrations- oder Temperaturstabilität
• Nickel- oder Kupferelemente für spezielle Anwendungen, wobei Pt100 weiterhin vorherrschend bleibt
• Keramik- oder Glaskapselung zur Isolierung des Elements und zum Schutz vor Feuchtigkeit
• Hochreines Aluminiumoxid- oder Magnesiumoxidpulver in ummantelter Ausführung

Das Dual-Element-Design verändert die grundlegende Physik eines RTD nicht. Beide Elemente folgen immer noch der gleichen Widerstands-Temperatur-Kurve, die normalerweise durch die Norm IEC 60751 für Platin definiert wird. Wenn ein Element abweicht, ausfällt oder eine Kalibrierung benötigt, bleibt das andere Element für die Messung verfügbar, was den zentralen praktischen Vorteil darstellt.

Warum sollten Sie einen Zweielement-RTD einem Einzelelement-RTD vorziehen?

Die Entscheidung für die Installation eines RTD mit zwei Elementen wird in der Regel durch Redundanz, Platzmangel oder die Notwendigkeit, denselben Temperaturpunkt mit mehreren Steuerungs- und Überwachungssystemen zu verbinden, getroffen. Ein Einzelelement-RTD liefert ein Widerstandssignal und einen Fehlerpunkt. Ein Dual-Element-RTD liefert Ihnen zwei unabhängige Signale vom selben Prozessort, was einen erheblichen Betriebsvorteil darstellt.

Es besteht ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Dual-Element-RTDs nur für Hochsicherheitsindustrien wie die Energieerzeugung oder die Öl- und Gasindustrie geeignet sind. In der Praxis werden sie auch immer dann eingesetzt, wenn ein Verfahrenstechniker eine lokale Temperaturanzeige und ein entferntes DCS-Signal vom selben Punkt aus wünscht, ohne ein zweites Schutzrohr hinzuzufügen. Der geringe zusätzliche Sensorpreis ist oft niedriger als die Kosten für das Bohren einer weiteren Düse in ein Gefäß oder eine Rohrleitung.

Sie sollten auch bedenken, dass ein Dual-Element-RTD zwei separat installierte RTDs nicht vollständig ersetzen kann, wenn diese RTDs an unterschiedlichen physischen Positionen angebracht werden müssen. Wenn das Ziel darin besteht, denselben Punkt mit zwei Sensoren zu messen, ist das Doppelelement die einfachere Wahl. Wenn das Ziel darin besteht, die Temperatur an zwei verschiedenen Orten zu vergleichen, verwenden Sie zwei separate Einzel- oder Doppelelementsensoren.

Grundlagen der Dual-Element-RTD-Verkabelung: 2-Draht-, 3-Draht- und 4-Draht-Verbindungen

Jedes Element in einem Doppelelement-RTD kann auf die gleiche Weise wie ein Einzel-RTD verdrahtet werden. Die Verdrahtungsmethode bestimmt, wie genau der Messkreis den Leitungswiderstand kompensieren kann. Bei einem Dual-Element-Sensor verdoppelt sich die Anzahl der Anschlussdrähte entsprechend.

Bei einer 2-Draht-Verbindung werden zwei Drähte an das Element angeschlossen und der gemessene Widerstand umfasst den Widerstand der Anschlussdrähte. Diese Methode ist nur für kurze Kabelwege und geringe Genauigkeitsanforderungen akzeptabel, da sich der Leitungswiderstand mit der Umgebungstemperatur ändert und Messfehler verursacht. Ein RTD mit zwei Elementen und zwei Drähten pro Element verfügt über insgesamt vier externe Drähte.

Bei einer 3-Leiter-Verbindung werden drei Drähte an ein Ende des Elements und ein gemeinsamer Draht angeschlossen. Die Messschaltung misst den Widerstand einer Leitung und subtrahiert ihn vom Gesamtwiderstand. Dies ist der häufigste Kompromiss in der Industrie, da er eine gute Leitungskompensation ermöglicht, ohne dass ein spezielles Strom- und Spannungspaar erforderlich ist. Ein Pt100 mit zwei Elementen und drei Drähten pro Element verfügt über sechs externe Drähte.

Bei einer 4-Draht-Verbindung liefern zwei Drähte einen konstanten Strom und zwei separate Drähte messen die Spannung am Element. Dadurch werden Leitungswiderstandsfehler vollständig eliminiert, was sie zur genauesten Methode macht. Ein RTD mit zwei Elementen und vier Drähten pro Element verfügt über acht externe Drähte, was weniger verbreitet ist, aber für hochpräzise Messungen und Laboranwendungen erforderlich ist.

Die physischen Farben der Leitungen variieren je nach Hersteller. Eine gängige Konvention besteht jedoch darin, ein Farbpaar für Element eins und ein anderes Farbpaar für Element zwei zu verwenden. Vor der Terminierung unbedingt die Leitungsbelegung anhand des Sensordatenblattes bestätigen. Wenn Sie die Elemente verwechseln, erhalten Sie möglicherweise immer noch gültige Messwerte, verlieren jedoch die beabsichtigte Redundanzzuordnung.

Behandeln Sie Element eins aus Sicht der Verkabelung als RTD A und Element zwei als RTD B. Halten Sie die beiden Leitungssätze im Anschlusskopf und entlang der Kabelroute getrennt, um das Risiko versehentlicher Kurzschlüsse zu verringern und die zukünftige Fehlerbehebung zu vereinfachen.

Gängige RTD-Verdrahtungskonfigurationen mit zwei Elementen

Sobald Sie verstehen, dass es sich bei jedem Element um einen unabhängigen Widerstandsthermometer handelt, lassen sich die Verdrahtungskonfigurationen leicht organisieren. Die gebräuchlichsten industriellen Konfigurationen sind unabhängige Doppelmessung, redundante Messung zur Sicherheit und separate Prozess-/Anzeigesignale.

Unabhängige Doppelmessung

Element eins ist über einen Temperatursender mit dem Hauptsteuerungssystem verbunden. Element zwei wird an einen lokalen Anzeigesender oder ein Vibrationsüberwachungssystem angeschlossen. Dies ist die typische Wahl für Motorlager, Getriebe und Kompressoren, bei denen die gleiche Lagertemperatur sowohl das Schutzrelais als auch das Asset-Management-System erreichen muss.

Redundante Messung für Sicherheit

Beide Elemente sind an separate analoge Eingangskarten oder separate Sicherheits-SPS angeschlossen. Wenn Element eins ausfällt, liefert Element zwei weiterhin die Prozesstemperatur. Um echte Diversität zu erreichen, muss die redundante Verkabelung separate Anschlussklemmen, separate Kabel und idealerweise separate Netzteile umfassen.

Separates Prozess- und Anzeigesignal

Ein Element speist das DCS zur Prozesssteuerung, während das zweite Element ein Einbaumessgerät oder eine HMI-Anzeige speist. Dadurch werden Schleifenisolationskarten vermieden und das Wartungspersonal kann den Prozesswert überprüfen, ohne den Regelkreis zu berühren.

Serien- oder Differentialkonfigurationen

Weniger verbreitete Konfigurationen umfassen die Reihenschaltung zweier Elemente, um einen ungefähren Durchschnittswiderstand zu erhalten, oder die Verbindung in einer Brücke, um eine Temperaturdifferenz zu messen. Diese Methoden werden in modernen digitalen Systemen selten verwendet, da ein Sender den Durchschnitt oder die Differenz elektronisch genauer berechnen kann.

Beschriften Sie bei der Planung des Schaltplans jede Klemme deutlich. Verwenden Sie für jedes Element separate Kabelfarben und legen Sie eine gemeinsame Schirmerdung für das Kabel fest. Ein Widerstandsthermometer mit zwei Elementen und sechs Anschlüssen kann einschüchternd wirken, aber ein klarer Verdrahtungsplan eliminiert den größten Teil des Risikos.

Verkabelung eines Dual-Element-RTD mit einem Temperaturtransmitter

Die praktischste Frage bei der RTD-Verkabelung mit zwei Elementen ist die, wie die endgültige Verbindung zu einem Sender hergestellt wird. Viele Temperaturtransmitter verfügen über einen RTD-Eingang; ein Dual-Element-Sensor benötigt dann zwei Sender. Andere Sender verfügen über zwei RTD-Eingänge und können beide Elemente direkt akzeptieren.

Überprüfen Sie vor der Verkabelung die Eingangskonfiguration des Senders. Ein Standard-RTD-Transmitter mit einem Eingang verfügt über Anschlüsse wie 1, 2, 3 und 4 für einen Dreileiter-RTD. Wenn Sie einen Dual-Element-Sensor an zwei Einzeleingangstransmitter anschließen, verwendet jedes Element seinen eigenen Anschlusssatz. Wenn Sie einen Sender mit zwei Eingängen verwenden, weisen Sie einfach Element eins dem Eingang A und Element zwei dem Eingang B zu.

Die gebräuchlichste und wirtschaftlichste Feldanordnung besteht aus zwei am Kopf montierten Sendern, die im RTD-Anschlusskopf installiert sind. Dadurch bleibt das Analogsignal stark und lokal und Sie können zwei separate 4–20-mA-Schleifen zurück zum Kontrollraum betreiben. Die sechs Drähte des Dual-Element-RTD werden an den Senderanschlüssen oder einem Klemmenblock abgeschlossen, und jeder Sender erzeugt eine unabhängige Stromschleife.

Stellen Sie beim Umschalten zwischen zwei Elementen sicher, dass die Senderkonfiguration mit der Widerstandskurve und der Verkabelungsmethode des Sensors übereinstimmt. Wenn Sie beispielsweise einen Pt100-Eingang mit drei Leitern wählen, darf der Sender nur drei Leitungen von einem Element sehen. Führen Sie die Leitungen beider Elemente nicht zu einem Sendereingang zusammen.

Für die Sendermontage wird häufig ein robuster, mit zwei Elementen ummantelter Widerstandsthermometer mit Mineralisolierung bevorzugt, da sich das Kabel leicht biegen lässt und die Messspitze beide Elemente in der gleichen Position hält. Dieser Stil verkürzt auch die Reaktionszeit im Vergleich zu einem Baugruppentyp mit großer Bohrung.

Ummantelter RTD mit zwei Elementen für redundante Verkabelung Dieses kompakte, mineralisolierte RTD bietet zwei Sensorelemente in einer flexiblen Hülle und unterstützt eine redundante Verkabelung ohne zusätzliche Schutzrohre. Seine schnelle Reaktion eignet sich für die Montage des Senders und verbessert die Verfügbarkeit thermischer Messungen. Produkt anzeigen →

Redundanzverkabelung für hochverfügbare Prozesse

Die redundante RTD-Verkabelung mit zwei Elementen ist eine bewährte Möglichkeit, die Verfügbarkeit thermischer Messungen zu verbessern, ohne ein zweites Schutzrohr hinzuzufügen. Bei sicherheitsgerichteten Funktionen kann das zweite Element als separate Schutzebene verwendet werden, allerdings nur, wenn auch die Verkabelung redundant ist.

Beginnen Sie mit dem Sensoranschlusskopf. Verwenden Sie zwei separate Anschlussreihen, eine für Element eins und eine für Element zwei, und möglichst mit einer geerdeten Abschirmungsbarriere dazwischen. Führen Sie die Leitungen jedes Elements in separaten Kabeln zum Rangierschrank. Vermeiden Sie es, beide Elemente über dasselbe mehradrige Kabel zu verlegen, da ein Kabelbrand oder eine physische Beschädigung dazu führen könnte, dass beide Signale gleichzeitig verloren gehen.

Ordnen Sie im Schrank Element eins dem Basisprozessleitsystem und Element zwei dem Sicherheitssystem zu. Diese Trennung sorgt für funktionale Vielfalt. Einige Anlagen verbinden außerdem Element eins mit einem redundanten SPS-Eingang und Element zwei mit einem separaten Schwingungswächter zur überwachten Logik.

1. Überprüfen Sie vor der Installation mit einem Ohmmeter, ob der Sensor über zwei unabhängige Elemente verfügt.
2. Verdrahten Sie jedes Element mit der gleichen Polaritätskonvention für alle Geräte.
3. Stellen Sie das Fail-Safe-Verhalten des Senders für Leerlauf- und Kurzschlussbedingungen ein.
4. Fügen Sie im Steuerungssystem einen Diagnosealarm hinzu, wenn die beiden Messwerte um mehr als einen festgelegten Schwellenwert abweichen.
5. Dokumentieren Sie die Redundanzlogik mit einem Ursache-Wirkungs-Diagramm.

Da beide Elemente die gleiche Messspitze haben, messen sie normalerweise fast die gleiche Temperatur. Ein Abweichungsalarm von 2 °C bis 5 °C ist typisch für einen funktionsfähigen Zweielement-RTD. Wenn die Abweichung zunimmt, signalisiert dies eine Sensordrift, das Eindringen von Feuchtigkeit oder eine Beschädigung des Leitungskabels, bevor eines der Elemente vollständig ausfällt.

Bei Hot-Standby-Anwendungen sollte das DCS oder die Sicherheitslogik kontinuierlich beide Eingänge überwachen und automatisch auf das fehlerfreie Element umschalten, wenn das aktive Element ausfällt. Die Schaltlogik muss während der Inbetriebnahme und nach jeder größeren Geräteüberholung mindestens einmal getestet werden.

Dual-Element-RTD im Vergleich zu zwei separaten RTDs

Manchmal fragen Ingenieure, ob es besser ist, einen Doppelelement-RTD oder zwei einzelne RTDs in separaten Schutzrohren zu installieren. Die Antwort hängt von der Verfügbarkeit des Prozesses, der Reaktionszeit, den Kosten und der erforderlichen Unabhängigkeit ab.

Wenn Sie zwei separate Schutzrohre installieren können, erhalten Sie ein höheres Maß an physikalischer Vielfalt, da ein einzelner mechanischer Schlag nicht beide Sensoren gleichzeitig beschädigen kann. Dies ist manchmal bei anspruchsvollen Serviceanwendungen erforderlich oder wenn vorausschauende Wartungsprogramme Sensoren online austauschen müssen.

Wenn der Prozess nur eine Düse oder ein Schutzrohr zulässt, ist der Doppelelement-RTD die praktische Antwort. Es ist auch eine ausgezeichnete Wahl für Nachrüstungen, da Sie einen einzelnen Elementsensor austauschen können, ohne den Prozessanschluss zu ändern.

Einige Benutzer fragen sich, ob ein Dual-Element-RTD weniger genau ist als ein Einzelelement-RTD, weil die beiden Elemente möglicherweise nicht genau identisch sind. In der Praxis ordnen Qualitätshersteller beide Elemente der gleichen Toleranzklasse zu. Die Norm IEC 60751 erlaubt eine maximale Abweichung für Klasse A und Klasse B, und gute Dual-Element-Sensoren halten beide Elemente innerhalb dieses Bandes.

Auswahl der richtigen RTD-Konstruktion mit zwei Elementen

Dual-Element-RTDs sind in verschiedenen physikalischen Ausführungen erhältlich. Die richtige Wahl hängt vom Prozessdruck, der Temperatur, den Vibrationen, dem chemischen Angriff und den Installationsanforderungen ab. Sie können häufig eine Konfiguration mit zwei Elementen in einem standardmäßig montierten RTD, einem ummantelten RTD, einem explosionsgeschützten RTD oder einer Mehrpunktausführung anfordern.

Der montierte RTD ist die gebräuchlichste Konstruktion für allgemeine Doppelelementverkabelungen. Es verwendet einen Gewinde- oder Flanschanschluss, einen federbelasteten Einsatz und einen Anschlusskopf aus Gusseisen oder Aluminium. Damit haben Sie ausreichend Platz für zwei Dreileiterelemente und zwei Kopfsender.

Für vibrationsempfindliche Bereiche ist ein ummantelter Widerstandsthermometer mit kompaktem Anschlusskopf sicherer, da er einen kleineren Hebelarm hat und mechanischen Belastungen standhält. Ummantelte Doppelelementelemente reagieren außerdem schneller, was sie nützlich macht, wenn ein thermisches Durchgehen schnell erkannt werden muss.

In explosionsgefährdeten Bereichen muss der Doppelelement-RTD in einem explosionsgeschützten Gehäuse oder durch eine Eigensicherheitsbarriere installiert werden. Die Verkabelungsregeln orientieren sich an der Klassifizierung des örtlichen Bereichs und nicht nur an der IP-Schutzart des Sensors. Überprüfen Sie immer das Produktzertifikat und die Kabeleinführungszulassung.

Wenn der RTD mit zwei Elementen für eine redundante Sicherheitsfunktion verwendet wird, fordern Sie eine Stecker- und Klemmenanordnung an, die eine versehentliche Querverdrahtung zwischen Elementen verhindert. Einige Hersteller bieten hierfür kodierte Steckverbinder oder farbige Reihenklemmen an.

Montage-RTD zur Prozessüberwachung Ein vielseitiger Sensor zur direkten Messung der Flüssigkeits-, Gas- und Oberflächentemperatur, der sich problemlos in Anzeige- und Aufzeichnungsinstrumente integrieren lässt. Sein robustes Design eignet sich für die Prozesssteuerung und zuverlässige Echtzeit-Datenerfassung. Produkt anzeigen →

Best Practices für Installation und Beendigung

Eine gute RTD-Verkabelung mit zwei Elementen beginnt mit einer guten mechanischen Installation. Der Sensor sollte vollständig in das Schutzrohr oder die Prozessbohrung eingeführt werden und der Anschlusskopf sollte so ausgerichtet sein, dass die Kabeleinführungen nach unten zeigen, um das Eindringen von Wasser zu reduzieren. Das Montagedrehmoment sollte sich nach dem Gewindetyp richten. Ein zu festes Anziehen einer NPT- oder M20-Verbindung kann den Sensor verformen und die Elemente verschieben.

Vermeiden Sie beim Abschließen der Anschlusskabel, diese kürzer als nötig zu kürzen. Wenn später eine Änderung der Verkabelung erforderlich ist, können Sie dank ausreichender freier Länge einen erneuten Anschluss vornehmen. Verwenden Sie Aderendhülsen für Litzendrähte und lassen Sie keine losen Litzen zurück, die einen Kurzschluss mit dem Kopfgehäuse verursachen könnten.

Halten Sie den Abstand zwischen RTD-Signalkabeln und Stromkabeln ein. Der empfohlene Mindestabstand von Wechselstromleitungen beträgt 12 Zoll, wobei die Kreuzung im rechten Winkel erfolgen sollte, wenn dies unvermeidbar ist. Dies reduziert induziertes Rauschen, das bei einer 3-Draht-Verbindung zu unregelmäßigen Messwerten führen kann.

Bei einem Zweielement-RTD in einem Schutzrohr befinden sich die beiden Elemente normalerweise in der gleichen Tiefe. Wenn Sie zwei unterschiedliche Temperaturpunkte in einem Reaktor benötigen, wählen Sie ein Mehrpunktdesign anstelle eines Standard-Doppelelements, da ein Standard-Doppelelement nicht zwei verschiedene Orte messen kann.

Führen Sie nach der Verkabelung eine einfache Durchgangsprüfung zwischen jedem Element und seinem Sender durch. Verwenden Sie ein Megger nur, wenn der Sender nicht angeschlossen ist, und legen Sie niemals mehr als die Nennisolationsprüfspannung an die RTD-Elemente an.

Kalibrierung und Prüfung von Dual-Element-RTDs

Dual-Element-RTDs müssen an beiden Elementen getestet werden, nicht nur an einem. Viele Anlagen machen den Fehler, Element eins zu kalibrieren und davon auszugehen, dass Element zwei identisch ist. Obwohl sich beide Elemente das gleiche Gehäuse teilen, können sie aufgrund von Temperaturschwankungen, Vibrationen und Feuchtigkeitseinwirkung unterschiedlich altern.

Der zuverlässigste Test ist eine Präzisionswiderstandsmessung bei einer Referenztemperatur, beispielsweise einem Eisbad oder einem Trockenblockkalibrator. Vergleichen Sie den gemessenen Widerstand mit der IEC 60751-Tabelle. Bei einem Pt100-Element sollte 0 °C etwa 100,00 Ohm und 100 °C etwa 138,51 Ohm anzeigen.

Bei der Durchführung einer 3-Draht-Kalibrierung sollte der Kalibrator die gleiche Leitungsanordnung wie der installierte Sender verwenden. Einige tragbare Kalibratoren kompensieren den Leitungswiderstand automatisch, Sie müssen ihnen jedoch mitteilen, welche Kabelkonfiguration Sie verwenden.

1. Trennen Sie beide Elemente vor dem Test von den Sendern.
2. Messen Sie den Widerstand zwischen jedem Leitungspaar, um sicherzustellen, dass das Element nicht offen ist.
3. Überprüfen Sie den Isolationswiderstand zwischen jedem Element und der Ummantelung mit einem 100-V-DC-Megger.
4. Tauchen Sie die Messspitze in ein Kalibrierbad und warten Sie, bis sich das thermische Gleichgewicht eingestellt hat.
5. Notieren Sie den Widerstand von Element eins und Element zwei an jedem Einstellpunkt.
6. Akzeptieren Sie den Sensor, wenn beide Elemente die geforderte Toleranzklasse erfüllen.

Führen Sie bei kritischen Sicherheitsanwendungen außerdem einen Schleifentest durch jeden Sender und die Eingangskarte des Steuerungssystems durch. Dadurch wird überprüft, ob die Verkabelung vom Sensor zum Display durchgängig ist und der Fail-Safe-Zustand funktioniert, wenn das Element getrennt ist.

Wenn die beiden Elemente bei Raumtemperatur korrekt angezeigt werden, bei hohen Temperaturen jedoch Abweichungen auftreten, überprüfen Sie die Ummantelung auf mechanische Belastung oder Feuchtigkeit. Eine durch Feuchtigkeit verunreinigte Mineralisolierung kann einen Nebenschlusswiderstand verursachen, der bei hohen Temperaturen als niedriger Messwert erscheint.

Wartung und Fehlerbehebung bei der Dual-Element-RTD-Verkabelung

Wenn eine RTD-Verdrahtungsschleife mit zwei Elementen einen ungültigen Messwert anzeigt, besteht der schnellste Ansatz darin, das fehlerhafte Element und den Fehlertyp zu identifizieren. Ein offener Stromkreis führt normalerweise dazu, dass der Sender abhängig von seiner Fail-Safe-Einstellung den Skalenwert erhöht oder verringert. Ein Kurzschluss kann zu einem niedrigen Widerstandswert führen, der häufig in der Nähe des Kabelwiderstands liegt.

Beginnen Sie mit der Messung beider Elemente am Verbindungskopf. Ein intaktes Pt100-Element sollte einen Widerstandswert aufweisen, der der Umgebungstemperatur entspricht. Wenn ein Element eine Unterbrechung anzeigt, liegt der Fehler im Inneren des Sensors oder an seiner internen Leitungsverbindung. Wenn beide Elemente offen sind, liegt das Problem eher an der gemeinsamen Kabelverschraubung oder nach einer schweren mechanischen Beschädigung.

Überprüfen Sie die Farbcodierung jeder Leitung, bevor Sie sich auf eine Messung verlassen. Einige Dual-Element-Sensoren verwenden für beide Elemente die gleichen Kabelfarben, wodurch es leicht zu einer falschen Zuordnung des Paares kommt. Wenn der Sender einen Messwert anzeigt, der genau dem Widerstand eines einzelnen Elements entspricht, haben Sie möglicherweise nur ein Element angeschlossen und das andere offen gelassen.

Ein häufiger Verdrahtungsfehler bei 6-Draht-Widerstandsthermometern mit zwei Elementen besteht darin, die drei Leitungen von Element eins an einen 3-Draht-Messumformer anzuschließen, während der Sendereingang für ein einzelnes Element konfiguriert ist, jedoch mit der gemeinsamen Leitung von Element zwei. Dadurch entsteht ein hoher Widerstandswert, da der Stromkreis beide Elemente in Reihe durchläuft.

Bei der regelmäßigen Wartung sollten alle Schraubklemmen festgezogen werden, da sie sich durch Wärmeausdehnung mit der Zeit lösen können. Überprüfen Sie auch die Dichtung des Verbindungskopfes. Feuchtigkeit ist die Hauptursache für Isolationsfehler in RTD-Klemmen und kann sich unterschiedlich stark auf beide Elemente auswirken.

Bewahren Sie zur Unterstützung bei der Fehlerbehebung im Geräteordner eine einfache Diagnosetabelle mit erwarteten Widerstandswerten bei üblichen Temperaturen auf. Dadurch können Techniker schnell entscheiden, ob sie den Sensor austauschen oder die Verkabelung übernehmen möchten.

Anwendungsfälle und Auswahlkriterien für Dual-Element-RTD

Dual-Element-Widerstandsthermometer kommen in fast allen Bereichen zum Einsatz, in denen eine zuverlässige Temperaturmessung erforderlich ist. Die häufigsten Anwendungen sind Motor- und Generatorlager, Pumpendichtungen, Kompressorauslassleitungen, Wärmetauscher, Kraftwerksspeisewasser und chemische Reaktorhauttemperaturen.

In einem Motorlager geht das erste Element an das Schutzrelais, das den Motor bei hoher Temperatur auslöst, und das zweite Element geht an eine kontinuierliche Temperaturüberwachung. Dadurch wird vermieden, dass ein einzelnes defektes Relais den Motor unerwartet außer Betrieb setzt. Der Sensor ist normalerweise ein ummantelter Doppelelement-RTD mit kleinem Durchmesser, der in ein Bohrloch im Lagergehäuse eingesetzt wird.

In einem Wärmetauscher wird häufig ein Doppelelement-RTD in der Auslassdüse installiert. Ein Element speist den Regelkreis, der den Kühlwasserfluss regelt; Das zweite Element speist ein Energieüberwachungssystem oder eine Sicherheitsverriegelung. Der gleiche Ansatz funktioniert bei Öfen und Lamellenkühlern.

In explosionsgefährdeten Bereichen wie Öl- und Gasanlagen ist ein explosionsgeschützter Doppelelement-RTD erforderlich, wenn sich der Sender oder die Terminals innerhalb der klassifizierten Zone befinden. Das druckfeste Gehäuse verhindert, dass ein interner elektrischer Fehler die umgebende Atmosphäre entzündet. Da der Sensor aus zwei Elementen besteht, kann eines zur Prozesssteuerung und das andere für eine unabhängig zertifizierte Sicherheitsabschaltfunktion verwendet werden.

Für Chemieanlagen mit korrosiven Medien liefert ein korrosionsbeständiger Doppelelement-RTD mit PTFE-ausgekleidetem Schutzrohr zwei Signale und schützt gleichzeitig die Platinelemente vor Säureangriffen. Es gelten die gleichen Verdrahtungsprinzipien, jedoch müssen das Schutzrohrmaterial und die Einbaulänge korrekt angegeben werden.

Explosionsgeschützter RTD for Hazardous Areas Dieser Sensor wurde für explosionsgefährdete Umgebungen mit Kohlenwasserstoffen entwickelt und misst bis zu 1300 °C sicher und präzise. Geeignet für Raffinerien und Chemieanlagen, die eine sichere Temperaturüberwachung unter volatilen Bedingungen benötigen. Produkt anzeigen →

Geben Sie bei der Spezifikation eines Zweielement-RTD den genauen Temperaturbereich, die Prozessanschlussgröße, die Einstecktiefe, das Schutzrohrmaterial, den elektrischen Anschlusstyp und die Elementtoleranzklasse an. Eine gut geschriebene Spezifikation spart Installationszeit und reduziert Inbetriebnahmefehler.

Visueller Überblick: Wo Dual-Element-RTDs verwendet werden

Um besser zu verstehen, wie Dual-Element-RTDs bei der Wartung von Industrieanlagen eingesetzt werden, ist es hilfreich, sich die typische Anwendungsverteilung anzusehen. Die folgende Tabelle ist eine veranschaulichende Aufschlüsselung, die auf der Erfahrung im Außendienst und der gängigen Instrumentenbaupraxis basiert.

Es zeigt den Anteil von RTD-Installationen mit zwei Elementen nach Hauptfunktion: Redundanz, separate Anzeige/Steuerung, Temperaturmittelung und Kalibrierungsreferenz. Diese Verteilung hilft Anlageningenieuren bei der Entscheidung, welche Verdrahtungskonfiguration es am meisten wert ist, sie zuerst zu beherrschen.

Das Diagramm deckt vier große Funktionen ab. Redundante Messungen dominieren, da Sicherheitssysteme zunehmend zwei unabhängige Sensoren an einer Stelle erfordern. Es folgt eine separate Anzeige/Steuerung. Bei großen luftgekühlten Wärmetauschern ist die Temperaturmittelung häufiger anzutreffen. Kalibrierungsreferenzen sind eine Nische, aber eine wertvolle Verwendung.

Da die Daten nicht an eine einzelne Branche gebunden sind, sollten sie als Planungsreferenz und nicht als zertifizierte Statistiktabelle behandelt werden. Der wichtige Punkt ist, dass die beiden Elemente eines RTD nicht immer rein redundant verdrahtet sind.

Schauen wir uns nun das horizontale Balkendiagramm an.

Die Tabelle zeigt, dass redundante Sicherheitsverkabelung die größte Kategorie darstellt, aber nicht der einzige Grund für die Verwendung eines Dual-Element-Sensors ist. Die zweitgrößte Kategorie, Steuerung plus lokale Anzeige, kommt besonders häufig bei rotierenden Maschinen vor, wo ein Bediener die Temperatur lokal ablesen möchte, während das DCS weiterhin den Prozess steuert.

Die gemittelte Lektüre macht etwa 15 Prozent der Installationen aus. In diesen Fällen werden zwei Elemente nicht unabhängig voneinander verwendet; Sie werden in einem Sender summiert oder gemittelt, um die Durchschnittstemperatur entlang einer Oberfläche darzustellen. Dies reduziert die Kosten für die Installation mehrerer Einzelelementsensoren in einem großen Heizgerät.

Der Anteil der Kalibrierungsreferenz ist mit etwa 10 Prozent gering, aber wichtig. Ein Element bleibt einer Referenzverbindung vorbehalten, während das zweite Element für die normale Messung verwendet wird. Dadurch können Techniker das Arbeitselement überprüfen, ohne den Prozess zu öffnen.

Aus Sicht der Verkabelung macht die Tabelle deutlich, dass Sie nicht davon ausgehen sollten, dass jeder RTD mit zwei Elementen für Sicherheitsredundanz gedacht ist. Klären Sie zunächst die beabsichtigte Funktion, da die Steuerungs- und Anzeigeverkabelung oft eine kürzere Kabelstrecke und geringere Kosten toleriert, während redundante Sicherheitsverkabelung eine vollständige Trennung erfordert.

Die Verteilung lässt auch darauf schließen, dass in etwa 70 bis 80 Prozent der Dual-Element-Installationen Dreileiterverbindungen zum Einsatz kommen dürften, da sie sowohl für Redundanz- als auch für Steuerungsanwendungen geeignet sind. Vierleiterverbindungen sind in Kalibrierreferenzinstallationen und hochpräzisen Wärmetauschersteuerungen üblich.

Wenn Sie ein neues System entwerfen, schreiben Sie zunächst eine einfache Funktionsmatrix für Element eins und Element zwei. Diese Übung zeigt schnell, ob Sie redundante Sender, einen einzelnen Sender mit zwei Eingängen oder einen speziellen Mittelwertbildner benötigen.

Schließlich zeigt das Diagramm nicht den physischen Bautyp. In einer Anlage können 60 Prozent ummantelte Dual-Element-RTDs an rotierenden Geräten, 25 Prozent zusammengebaute Typen in allgemeinen Prozessrohren und 15 Prozent explosionsgeschützte Typen in klassifizierten Bereichen eingesetzt werden.

Die genauen Prozentsätze in Ihrer Anlage variieren, aber das Prinzip bleibt dasselbe: Definieren Sie die Rolle jedes Elements, bevor Sie am Kabel ziehen, und dokumentieren Sie diese Rolle auf dem Schleifenblatt.

Häufig gestellte Fragen zur Dual-Element-RTD-Verkabelung

Wohin als Nächstes: Mehr Ressourcen und direkter Support

Wenn Sie sich immer noch zwischen einem Einzelelement- und einem Doppelelement-RTD entscheiden müssen oder Hilfe bei einem bestimmten Schleifendesign benötigen, beginnen Sie mit einer kurzen technischen Beratung. Eine detaillierte Sensorspezifikation stellt sicher, dass beide Elemente genau so aufeinander abgestimmt, isoliert und abgeschlossen sind, wie es Ihr System erfordert.

Für ein umfassenderes Verständnis der Auswahl von Temperatursensoren lesen Sie unseren Branchenleitfaden zu Thermoelementtypen und -auswahl. Obwohl der Schwerpunkt auf Thermoelementen liegt, sind die Installations- und Verdrahtungsanleitungen neben RTD-Kenntnissen hilfreich.

Lesen Sie die Auswahlhilfe für Thermoelemente