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2026-10-07T04:33:24Z

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{{BR}}
= Sensorik und industrielle Signale – Temperatursensoren vergleichen =

{{BR}}
= Einleitung =

In diesem aiMOOC vergleichst Du '''Widerstandssensoren''', besonders den [[Pt100]], mit [[Thermoelement|Thermoelementen]]. Du verfolgst außerdem die vollständige industrielle [[Messkette]] vom Sensor über den [[Messumformer]] bis zum 4–20-mA-Signal, [[Analogeingang]], [[SPS]] und [[HMI]].

Der Kurs richtet sich an die '''Ausbildung''' in Elektrotechnik, Mechatronik und Automatisierungstechnik. Die Lerneinheiten sind kurz und an einem durchgängigen Ausbildungsfall aufgebaut.

'''Sicherheitsregel:''' Alle Steuerungs-, Mess- und Diagnoseaufgaben dieses Kurses sind Simulationen oder für ein berührungssicheres Schulungsmodell gedacht. Arbeiten an realen elektrischen Anlagen dürfen nur von entsprechend qualifizierten und beauftragten Personen unter Beachtung der betrieblichen Regeln durchgeführt werden. Ergebnisse aus Quiz, Memory oder anderen Lernaufgaben sind '''keine Arbeitsfreigabe'''.

[[Datei:Pt-100 temperature sensor.jpg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Ausbildungsfall: Virtueller Trocknungsofen O-17 ==

Du arbeitest virtuell an einem industriellen Trocknungsofen. Der normale Prozessbereich liegt zwischen 80 °C und 180 °C. Die Qualitätsregelung benötigt einen plausiblen und stabilen Temperaturwert. Die Messstelle ist über eine längere Leitung mit der Steuerung verbunden.

Die virtuelle Messkette lautet:

'''Temperatur → Sensor → Messumformer → 4–20 mA → Analogeingang → SPS → HMI → Diagnose bzw. Steuerentscheidung'''

Der Messumformer ist in der Simulation auf '''0 bis 200 °C = 4 bis 20 mA''' skaliert. Du sollst entscheiden, wann ein Pt100 sinnvoll ist, wann ein Thermoelement Vorteile hat und an welcher Stelle einer Messkette Fehler entstehen können.

[[Datei:Pt-100 thermometer mounted on a pipe.jpg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
= Lerneinheit 1: Was misst der Sensor – und was sieht die SPS? =

Ein [[Temperatursensor]] reagiert auf Temperatur. Die SPS erhält aber nicht zwangsläufig direkt den ursprünglichen Sensorwert.

{| class="wikitable"
! Stufe
! Beispiel
! Funktion
|-
| Prozess
| Temperatur
| Physikalische Messgröße
|-
| Sensor
| Pt100 oder Thermoelement
| Wandelt Temperatur in Widerstandsänderung oder Thermospannung um
|-
| Messumformer
| Temperaturtransmitter
| Bereitet das Sensorsignal auf und skaliert es
|-
| Übertragung
| 4–20 mA
| Transportiert einen normierten analogen Messwert
|-
| Steuerung
| Analogeingang und SPS
| Digitalisiert, skaliert und verarbeitet das Signal
|-
| Bedienung
| HMI
| Zeigt Temperatur, Trend und Diagnose an
|}

[[Datei:4-20mA Current loops.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=V-7RhnXMyqU |500|center}}

'''Merksatz:''' Ein Fehler am HMI bedeutet nicht automatisch, dass der Sensor defekt ist. Fehler können an jeder Stufe der Messkette entstehen.

{{BR}}
= Lerneinheit 2: Pt100 – Temperatur wird Widerstand =

Ein [[Widerstandsthermometer]] mit Pt100 nutzt Platin. Der Nennwiderstand beträgt '''100 Ω bei 0 °C'''. Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand. Die industrielle Kennlinie ist nach IEC 60751 festgelegt.

Als schnelle Näherung im mittleren Temperaturbereich kannst Du Dir merken: Bei 100 °C liegt ein Pt100 ungefähr bei '''138,5 Ω'''.

[[Datei:Pt100 Kennlinie.png|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=Gx4YqtlAqhk |500|center}}

{{BR}}
== 2-, 3- und 4-Leiter-Technik ==

Bei der 2-Leiter-Schaltung addiert sich der Widerstand der Anschlussleitungen zum Messwert. Dadurch kann ein Temperaturfehler entstehen.

Die 3-Leiter-Schaltung kompensiert den Leitungseinfluss weitgehend, wenn die Leitungswiderstände hinreichend gleich sind. Die 4-Leiter-Schaltung minimiert den Einfluss der Leitungen besonders wirksam und wird verwendet, wenn hohe Messgenauigkeit gefordert ist.

[[Datei:3 wire PT100 Sensor.jpg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:RTD 3Wire.svg|500px|rahmenlos|center]]

'''Praxisentscheidung im Fall O-17:''' Für einen stabilen Messwert um 160 °C mit guter Wiederholbarkeit ist ein Pt100 mit geeigneter 3- oder 4-Leiter-Auswertung eine plausible Wahl. Die endgültige Auswahl hängt zusätzlich von Genauigkeit, Dynamik, Einbau, Vibration, Umgebung und Herstellerangaben ab.

{{BR}}
= Lerneinheit 3: Thermoelement – Temperaturdifferenz wird Spannung =

Ein [[Thermoelement]] besteht aus zwei unterschiedlichen Leitermaterialien. Durch den [[Seebeck-Effekt]] entsteht eine kleine Thermospannung, wenn entlang der Leitungen eine Temperaturdifferenz besteht.

Entscheidend ist deshalb nicht nur die heiße Messstelle. Auch die Temperatur an der Vergleichsstelle muss bekannt oder elektronisch kompensiert werden. Das nennt man '''Vergleichsstellenkompensation''' oder Cold Junction Compensation.

[[Datei:Thermocouples diagram.svg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Thermocouple K (2).jpg|500px|rahmenlos|center]]

Thermoelemente sind robust und können – abhängig vom Typ und Aufbau – für höhere Temperaturen eingesetzt werden als viele Widerstandsthermometer. Ihre Thermospannung ist klein; richtige Materialpaarung, Polarität, Leitungen und Vergleichsstellenkompensation sind deshalb wichtig.

{{BR}}
= Lerneinheit 4: Pt100 und Thermoelement direkt vergleichen =

{| class="wikitable"
! Merkmal
! Pt100
! Thermoelement
|-
| Primäres Sensorsignal
| Widerstand
| Thermospannung
|-
| Physikalisches Prinzip
| Temperaturabhängiger Platinwiderstand
| Seebeck-Effekt
|-
| Typische Stärke
| Gute Genauigkeit und Stabilität
| Robustheit und hohe mögliche Einsatztemperatur
|-
| Typische Herausforderung
| Leitungswiderstand
| Vergleichsstelle und richtige Materialpaarung
|-
| Leitungskonzept
| 2-, 3- oder 4-Leiter
| Thermo- bzw. Ausgleichsleitung passend zum Typ
|-
| Messumformer
| RTD-Eingang
| TC-Eingang mit Vergleichsstellenkompensation
|-
| Anwendung im Fall O-17
| Gute Wahl bei stabiler Qualitätsmessung
| Gute Alternative bei höherer Dynamik oder höherer Temperaturanforderung
|}

'''Wichtig:''' Es gibt keinen grundsätzlich „besten“ Temperatursensor. Die richtige Wahl entsteht aus der Anwendung.

{{BR}}
= Lerneinheit 5: 4–20 mA verstehen =

Das 4–20-mA-Signal ist ein industrielles Einheitssignal. In der Simulation gilt:

'''0 °C → 4 mA'''

'''200 °C → 20 mA'''

Die Umrechnung lautet:

'''I = 4 mA + 16 mA · T / 200 °C'''

und umgekehrt:

'''T = (I − 4 mA) / 16 mA · 200 °C'''

4 mA ist der untere Messbereichswert und wird als '''Live Zero''' genutzt. Ein Strom von 0 mA kann in einer einfachen Stromschleife auf einen Leitungsbruch oder eine unterbrochene Schleife hinweisen. In realen Anlagen können Messumformer zusätzlich definierte Diagnose- oder Fehlerströme verwenden; maßgeblich sind immer Gerätedokumentation und Anlagenkonzept.

{{BR}}
== Signalverlauf der virtuellen Anlage ==

{| class="wikitable"
! Zeitpunkt
! Prozesszustand
! Temperatur
! Stromsignal
! Erwartete HMI-Anzeige
|-
| t0
| Ofen kalt
| 20 °C
| 5,6 mA
| 20 °C
|-
| t1
| Aufheizen
| 60 °C
| 8,8 mA
| 60 °C
|-
| t2
| Aufheizen
| 100 °C
| 12,0 mA
| 100 °C
|-
| t3
| Prozess nähert sich Sollwert
| 140 °C
| 15,2 mA
| 140 °C
|-
| t4
| Qualitätsbereich
| 160 °C
| 16,8 mA
| 160 °C
|-
| t5
| Simulierter Schleifenbruch
| Prozesswert nicht sicher verfügbar
| 0,0 mA
| Störung statt Temperaturfreigabe
|}

'''Diagnosegedanke:''' Der Trend vor t5 ist plausibel. Der abrupte Sprung auf 0 mA passt nicht zu einer realistischen schlagartigen Abkühlung des Ofens. Deshalb prüfst Du zuerst die Messkette und Signalqualität.

{{BR}}
= Lerneinheit 6: Virtuelle Steuerung =

Die folgende Logik ist nur ein '''didaktisches Simulationsmodell'''. Sie ist keine Vorlage für eine reale sicherheitsgerichtete Steuerung.

{| class="wikitable"
! Virtuelle Bedingung
! Reaktion der Simulation
! Begründung
|-
| Temperaturwert plausibel und unter Sollwert
| Heizen anfordern
| Der Prozess soll den Sollwert erreichen
|-
| Temperaturwert plausibel und am Sollwert
| Heizen reduzieren oder ausschalten
| Überheizen wird vermieden
|-
| Messsignal unplausibel oder unterbrochen
| Heizen sperren und Diagnose melden
| Ohne vertrauenswürdigen Messwert darf die Simulation keine normale Regelentscheidung fortsetzen
|-
| HMI-Wert springt, Stromsignal bleibt ruhig
| Skalierung und Softwarepfad prüfen
| Ein Fehler kann hinter dem Analogeingang liegen
|-
| Stromsignal springt, Sensorsignal bleibt stabil
| Messumformer und Stromschleife prüfen
| Der Sensor selbst muss nicht Ursache sein
|}

Für reale Maschinen müssen Sicherheitsfunktionen, Abschaltungen, Risikobeurteilung und Freigaben von dafür qualifizierten Personen geplant, geprüft und dokumentiert werden.

{{BR}}
= Lerneinheit 7: Diagnose mit gestuften Hilfen =

{{BR}}
== Diagnosefall A: 13,6 mA am Analogeingang ==

Die Stromschleife liefert stabil 13,6 mA. Der Messbereich ist 0 bis 200 °C.

'''Auftrag:''' Bestimme den erwarteten Temperaturwert und entscheide, ob das Signal zunächst plausibel ist.

<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 1'''<div class="mw-collapsible-content">Ziehe zuerst den Live-Zero-Anteil von 4 mA ab.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 2'''<div class="mw-collapsible-content">9,6 mA entsprechen einem Anteil von 9,6 / 16 am Messbereich.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 3'''<div class="mw-collapsible-content">0,6 · 200 °C ergibt den gesuchten Wert.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Begründetes Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Erwartet werden 120 °C. Das Stromsignal liegt sauber innerhalb von 4 bis 20 mA und ist für sich betrachtet plausibel. Ob die Temperatur prozesstechnisch stimmt, muss zusätzlich mit Prozesswissen oder einem unabhängigen Referenzwert geprüft werden.</div></div>

{{BR}}
== Diagnosefall B: Pt100 ersetzt, Anzeige stark falsch ==

In der Simulation wurde ein Pt100 eingesetzt. Der Messumformer ist versehentlich weiterhin auf Thermoelement Typ K konfiguriert.

'''Auftrag:''' Lokalisiere die wahrscheinlichste Fehlerstelle.

<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 1'''<div class="mw-collapsible-content">Vergleiche das physikalische Sensorsignal mit dem erwarteten Eingang des Messumformers.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 2'''<div class="mw-collapsible-content">Ein Pt100 liefert einen Widerstandswert, ein Thermoelement eine kleine Spannung.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 3'''<div class="mw-collapsible-content">Prüfe die Parametrierung des Transmittereingangs.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Begründetes Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Die Messumformer-Konfiguration passt nicht zum Sensortyp. Ein korrekter Sensor kann deshalb trotzdem einen falschen Prozesswert erzeugen. Die Messkette muss als Ganzes betrachtet werden.</div></div>

{{BR}}
== Diagnosefall C: Thermoelement reagiert in falscher Richtung ==

Beim virtuellen Erwärmen steigt die reale Temperatur, die angezeigte Temperatur fällt jedoch deutlich.

'''Auftrag:''' Nenne eine naheliegende Ursache in der Thermoelement-Messkette.

<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 1'''<div class="mw-collapsible-content">Achte auf die Polarität.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 2'''<div class="mw-collapsible-content">Bei einem Thermoelement ist die Richtung der Thermospannung an die Materialpaarung gekoppelt.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Hilfe 3'''<div class="mw-collapsible-content">Vertauschte Thermoelementleitungen verändern das Vorzeichen des Nutzsignals.</div></div>
<div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Begründetes Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Eine vertauschte Polarität ist in diesem simulierten Fehlerfall die Ursache. In einer realen Diagnose müssten außerdem Vergleichsstelle, Leitungstyp, Klemmen, Messumformer und Prozesszustand geprüft werden.</div></div>

{{BR}}
= Aufgaben mit begründetem Feedback =

{{BR}}
== Basisaufgaben ==

# [[Pt100|Basis 1 – Kennwert]]: Erkläre, warum die Angabe „Pt100“ sofort einen Prüfpunkt bei 0 °C liefert. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Der Name verweist auf Platin und den Nennwiderstand von 100 Ω bei 0 °C. Das schafft einen klaren Referenzpunkt für Verständnis und Plausibilitätsprüfung.</div></div>
# [[Thermoelement|Basis 2 – Signalart]]: Ordne dem Thermoelement die Signalart Widerstand oder Spannung zu und begründe. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Richtig ist Thermospannung. Sie entsteht durch den Seebeck-Effekt aus der Kombination unterschiedlicher Leiter und einer Temperaturdifferenz.</div></div>
# [[Messkette|Basis 3 – Messkette]]: Erkläre, warum 4–20 mA nicht das ursprüngliche Signal jedes Temperatursensors ist. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Pt100 und Thermoelement liefern zunächst Widerstand bzw. Thermospannung. Erst ein Messumformer kann daraus ein 4–20-mA-Einheitssignal machen.</div></div>

{{BR}}
== Anwendungsaufgaben ==

# [[Einheitssignal|Anwendung 1 – Skalierung]]: Ein Messumformer arbeitet mit 0 bis 200 °C = 4 bis 20 mA. Bestimme die Temperatur bei 18,4 mA. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">18,4 mA entsprechen 180 °C. Nach Abzug von 4 mA bleiben 14,4 mA; das sind 90 Prozent der 16-mA-Spanne und damit 90 Prozent von 200 °C.</div></div>
# [[Widerstandsthermometer|Anwendung 2 – Leitungsfehler]]: Begründe, warum eine lange 2-Leiter-Verbindung bei Pt100 problematisch sein kann. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Der Leitungswiderstand wird mitgemessen und als scheinbar höherer Sensorwiderstand interpretiert. Dadurch kann die berechnete Temperatur zu hoch erscheinen.</div></div>
# [[Vergleichsstelle|Anwendung 3 – Thermoelement]]: Erkläre, warum ein Thermoelement eine Vergleichsstellenkompensation benötigt. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Die Thermospannung hängt von einer Temperaturdifferenz ab. Für die Bestimmung der Messstellentemperatur muss die Temperatur der Vergleichsstelle bekannt oder kompensiert sein.</div></div>

{{BR}}
== Transferaufgaben ==

# [[Sensorauswahl|Transfer 1 – Hochtemperaturprozess]]: Eine neue virtuelle Anlage arbeitet dauerhaft deutlich oberhalb des üblichen Einsatzbereichs eines Pt100. Begründe, welche Sensorfamilie Du zuerst prüfen würdest. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Ein geeignetes Thermoelement ist häufig der erste Kandidat für sehr hohe Temperaturen. Die konkrete Typwahl muss jedoch anhand von Temperaturbereich, Atmosphäre, Genauigkeit, Schutzrohr und Herstellerdaten erfolgen.</div></div>
# [[Diagnose|Transfer 2 – widersprüchliche Werte]]: HMI zeigt 150 °C, ein unabhängiges Referenzmodell zeigt 120 °C, der Strom beträgt stabil 16 mA. Entwickle eine Prüfreihenfolge. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Bei 0 bis 200 °C entsprechen 16 mA genau 150 °C. Deshalb sind Stromsignal und HMI-Skalierung zueinander plausibel. Der Fehler liegt dann eher vor dem Stromsignal oder in der Parametrierung des Messumformers als im HMI.</div></div>
# [[Automatisierungstechnik|Transfer 3 – sichere Reaktion]]: Begründe, warum eine Steuerung bei unplausiblem Temperatursignal nicht einfach mit dem letzten gültigen Wert unbegrenzt weiterregeln sollte. <div class="mw-collapsible mw-collapsed">'''Feedback'''<div class="mw-collapsible-content">Der reale Prozess kann sich weiter verändern, während der gespeicherte Wert unverändert bleibt. Eine sichere reale Reaktion muss deshalb anhand der Risikobeurteilung festgelegt werden; im Trainingsmodell wird die Heizanforderung gesperrt und eine Störung angezeigt.</div></div>

{{BR}}
= Sichere praktische Lernumgebung =

Für praktische Übungen eignet sich ein '''berührungssicheres Schulungsmodell''' mit vorbereiteten Steckverbindungen, Temperatur- oder Widerstandssimulator, Thermoelementsimulator, Messumformer und Anzeige. Alle Geräte werden nach Herstellerangaben und im vorgesehenen Ausbildungsaufbau verwendet.

Die Übungen dieses Kurses verlangen '''kein Öffnen realer Schaltschränke, kein Arbeiten an Netzspannung und keine Manipulation laufender Produktionsanlagen'''. Wenn reale Elektroarbeiten Bestandteil einer Ausbildung sind, gelten die betrieblichen Qualifikations-, Aufsichts-, Freigabe- und Prüfregeln.

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

Die folgenden Aktivitäten dienen ausschließlich dem Lernen und der Selbstkontrolle. '''Ein gutes Ergebnis erteilt keine Freigabe für reale Elektroarbeiten.'''

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Welchen Nennwiderstand hat ein Pt100 bei 0 °C?'''
(100 Ohm)
(!10 Ohm)
(!1000 Ohm)
(!0 Ohm)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche elektrische Größe ändert sich beim Pt100 direkt mit der Temperatur?'''
(Widerstand)
(!Frequenz)
(!Druck)
(!Lichtstärke)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welcher Effekt ist die Grundlage eines Thermoelements?'''
(Seebeck-Effekt)
(!Hall-Effekt)
(!Piezoeffekt)
(!Photoeffekt)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was ist bei einem Thermoelement zusätzlich zur Messstelle wichtig?'''
(Vergleichsstelle)
(!Schwimmer)
(!Drehgeber)
(!Drosselklappe)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Pt100-Schaltung vermindert Leitungseinflüsse gegenüber einer einfachen 2-Leiter-Schaltung?'''
(3-Leiter-Schaltung)
(!Einleiter-Schaltung)
(!Nullleiter-Schaltung)
(!Serienschaltung ohne Auswertung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wofür steht bei einem 4–20-mA-Messbereich der Wert 4 mA normalerweise?'''
(Unteren Messbereichswert)
(!Maximalen Messbereichswert)
(!Digitale Eins)
(!Thermoelementpolarität)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aufgabe hat ein Temperaturmessumformer?'''
(Sensorsignal aufbereiten und in ein nutzbares Ausgangssignal umsetzen)
(!Temperatur mechanisch erzeugen)
(!Leitungswiderstand beliebig erhöhen)
(!SPS-Programm automatisch zertifizieren)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Temperatur entspricht bei 0 bis 200 °C und 4 bis 20 mA einem Strom von 12 mA?'''
(100 °C)
(!50 °C)
(!150 °C)
(!200 °C)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was ist bei einem abrupten Sprung einer einfachen 4–20-mA-Schleife auf 0 mA eine plausible erste Diagnose?'''
(Unterbrechung der Messschleife prüfen)
(!Ofen ist sicher sofort auf 0 °C)
(!Pt100 hat immer exakt 0 Ohm)
(!Thermoelement hat automatisch Typ gewechselt)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was ist bei der Wahl zwischen Pt100 und Thermoelement am wichtigsten?'''
(Anforderungen der konkreten Anwendung)
(!Immer den billigsten Sensor wählen)
(!Immer den Sensor mit den meisten Leitungen wählen)
(!Immer ein Thermoelement verwenden)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Pt100 || Platinwiderstand
|-
| Thermoelement || Seebeck-Effekt
|-
| Messumformer || Signalaufbereitung
|-
| Stromschleife || Einheitssignal
|-
| Vergleichsstelle || Temperaturkompensation
|-
| Analogeingang || Digitalisierung
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Thema
|-
| '''Pt100'''
| Widerstandsänderung
|-
| '''Thermoelement'''
| Thermospannung
|-
| '''Messumformer'''
| Signalaufbereitung
|-
| '''Analogeingang'''
| Signalerfassung
|-
| '''HMI'''
| Prozessanzeige

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Platin || Welches Metall bildet das Messelement eines typischen Pt100?
|-
| Seebeck || Welcher Effekt erklärt die Thermospannung eines Thermoelements?
|-
| Widerstand || Welche elektrische Größe ist das Primärsignal eines Pt100?
|-
| Messumformer || Welches Gerät bereitet ein Sensorsignal für die industrielle Übertragung auf?
|-
| Vergleichsstelle || Welche Stelle muss bei einer Thermoelementmessung temperaturmäßig berücksichtigt werden?
|-
| Leitungsbruch || Welche Fehlerart kann bei einer einfachen Stromschleife zu null Milliampere führen?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Sensorik+und+industrielle+Signale+Temperatursensoren+vergleichen </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Ein Pt100 besitzt bei 0 °C einen Nennwiderstand von { 100 Ohm }.
Beim Pt100 steigt mit der Temperatur der elektrische { Widerstand }.
Ein Thermoelement nutzt den { Seebeck-Effekt }.
Für die korrekte Thermoelementmessung ist die { Vergleichsstelle } wichtig.
Ein Temperaturtransmitter gehört zur industriellen { Messkette }.
Das Einheitssignal beginnt im betrachteten Strombereich bei { 4 mA }.
Der obere Messbereichswert wird im betrachteten Strombereich durch { 20 mA } dargestellt.
Eine 3-Leiter-Schaltung reduziert beim Pt100 den Einfluss des { Leitungswiderstands }.
Der Analogeingang übergibt den digitalisierten Messwert an die { SPS }.
Ein Quizresultat ersetzt niemals eine betriebliche { Arbeitsfreigabe }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Sensorporträt]]: Erstelle eine einseitige Vergleichskarte für Pt100 und Thermoelement mit Signalart, Stärke und typischer Fehlerquelle.
# [[Messkette]]: Zeichne den Weg vom Temperatursensor bis zur HMI-Anzeige des virtuellen Ofens O-17.
# [[Signalumrechnung]]: Berechne für 40 °C, 80 °C, 120 °C und 160 °C die zugehörigen 4–20-mA-Werte bei einem Bereich von 0 bis 200 °C.
# [[Medienanalyse]]: Wähle zwei der eingebetteten Commons-Bilder aus und erkläre jeweils, welches technische Detail für die Ausbildung sichtbar wird.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Diagnoseplan]]: Entwickle für die virtuelle Anlage eine Prüfreihenfolge für den Fall „HMI-Wert ist zu hoch“, ohne reale elektrische Arbeiten auszuführen.
# [[Trenddiagramm]]: Entwirf einen plausiblen Temperatur- und Stromsignalverlauf für Aufheizen, Halten, Abkühlen und einen simulierten Leitungsbruch.
# [[Sensorauswahl]]: Entscheide für einen Prozess von 20 bis 180 °C mit hoher Genauigkeitsanforderung zwischen Pt100 und Thermoelement und begründe Deine Entscheidung.
# [[Schulungsmodell]]: Plane ein berührungssicheres Ausbildungsmodell mit Sensor-Simulator, Messumformer, Analogeingang und HMI. Beschreibe nur Funktionen und Schnittstellen, keine Arbeiten an realen Netzspannungsanlagen.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Fehlerbaum]]: Erstelle einen Fehlerbaum für die Aussage „HMI zeigt falsche Temperatur“ und unterscheide Sensor-, Leitungs-, Messumformer-, Analog- und Softwarefehler.
# [[Messunsicherheit]]: Diskutiere, wie Leitungswiderstand, Sensorabweichung, Messumformer und Analogeingang gemeinsam die Messqualität beeinflussen.
# [[Transferfall Hochtemperatur]]: Entwickle für eine virtuelle Ofenanlage mit deutlich höherer Temperatur eine begründete Sensorstrategie und benenne Daten, die Du vor der Auswahl noch aus Herstellerunterlagen benötigst.
# [[Interview Automatisierung]]: Befrage eine qualifizierte Fachperson aus Instandhaltung oder Automatisierung zu typischen Fehlerbildern von Temperaturmessketten und vergleiche die Antworten mit dem Kursmodell.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Messkettenanalyse]]: Eine Temperaturanzeige driftet langsam nach oben, obwohl der Prozess stabil ist. Entwickle mindestens drei mögliche Ursachen an unterschiedlichen Stellen der Messkette und ordne passende virtuelle Prüfungen zu.
# [[Sensorentscheidung]]: Vergleiche zwei Prozesse – präzise Temperaturregelung bei moderaten Temperaturen und robuste Messung bei sehr hoher Temperatur – und begründe unterschiedliche Sensorentscheidungen.
# [[Signalinterpretation]]: Ein Analogeingang misst 7,2 mA bei einem Bereich von 0 bis 200 °C. Berechne den Prozesswert und erkläre, welche zusätzliche Information nötig ist, bevor Du den Prozess als fehlerfrei bewertest.
# [[Diagnosetransfer]]: Ein Sensorwert ist am Messumformer plausibel, aber am HMI falsch. Leite daraus ab, welche Teile der Messkette besonders geprüft werden müssen.
# [[Sicherheitsbewertung]]: Begründe, warum eine bestandene Lernkontrolle keine Berechtigung für Arbeiten an einer realen elektrischen Anlage erzeugt.
# [[Anlagenoptimierung]]: Schlage für den virtuellen Ofen eine Verbesserung der Diagnosefähigkeit vor und begründe, wie sie Fehler schneller lokalisierbar macht.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du zeigen, dass Du eine Temperaturmesskette nicht nur benennen, sondern '''analysieren, auswählen und diagnostizieren''' kannst.

# [[Sensortechnik]]: Pt100 und Thermoelement fachlich vergleichen und die Auswahl an Anforderungen begründen.
# [[Messkette]]: Sensor, Messumformer, Einheitssignal, Analogeingang, SPS und HMI funktional zuordnen.
# [[Signalumrechnung]]: 4–20-mA-Werte sicher auf einen gegebenen Messbereich skalieren und zurückrechnen.
# [[Diagnosekompetenz]]: Fehlerbilder systematisch mehreren Stufen der Messkette zuordnen.
# [[Transfer]]: Eine begründete Sensor- und Messkettenentscheidung für einen neuen virtuellen Anlagenfall entwickeln.
# [[Arbeitssicherheit]]: Simulation, berührungssicheres Schulungsmodell und reale Elektroarbeit klar unterscheiden und betriebliche Qualifikation sowie Freigabe beachten.

Ein Lernnachweis dokumentiert Kompetenzentwicklung. Er ersetzt '''keine elektrotechnische Beauftragung, Schaltberechtigung, Arbeitsfreigabe oder Gefährdungsbeurteilung'''.

<br>
<br>

{{BR}}
= Fachliche Quellen und Medienrechte =

Die fachlichen Kernaussagen wurden mit öffentlich zugänglichen Fachquellen abgeglichen. Für konkrete Geräte und reale Anlagen sind immer die aktuellen Herstellerunterlagen und betrieblichen Vorgaben maßgeblich.

# [https://de.wikipedia.org/wiki/Widerstandsthermometer Wikipedia – Widerstandsthermometer]: Pt100-Kennlinie, Nennwert und Grundlagen.
# [https://de.wikipedia.org/wiki/Thermoelement Wikipedia – Thermoelement]: Seebeck-Effekt, Vergleichsstelle und Thermoelementtypen.
# [https://www.de.endress.com/de/messgeraete-fuer-die-prozesstechnik/temperaturmesstechnik-thermometer-transmitter Endress+Hauser – Temperaturmesstechnik]: Industrielle RTD- und Thermoelement-Grundlagen.
# [https://blog.wika.com/de/know-how/pt100-in-2-3-oder-4-leiter-schaltung/ WIKA – Pt100 in 2-, 3- oder 4-Leiter-Schaltung]: Einfluss des Leitungswiderstands und Kompensationsprinzip.
# [https://www.ni.com/en/shop/data-acquisition/fundamentals--system-design--and-setup-for-the-4-to-20-ma-curren.html NI – 4–20 mA Current Loop Fundamentals]: Live Zero, Stromschleife und industrielle Signalübertragung.

Die eingebetteten Commons-Medien wurden auf ihren Dateibeschreibungsseiten geprüft. Die jeweils dort angegebene Lizenz ist maßgeblich.

{| class="wikitable"
! Medium
! Rechtehinweis
! Commons-Dateiseite
|-
| Pt-100 temperature sensor.jpg
| CC BY-SA 4.0
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pt-100_temperature_sensor.jpg Datei]
|-
| Pt-100 thermometer mounted on a pipe.jpg
| CC BY-SA 4.0
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pt-100_thermometer_mounted_on_a_pipe.jpg Datei]
|-
| Pt100 Kennlinie.png
| CC BY-SA 4.0
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pt100_Kennlinie.png Datei]
|-
| 3 wire PT100 Sensor.jpg
| CC BY-SA 4.0
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:3_wire_PT100_Sensor.jpg Datei]
|-
| RTD 3Wire.svg
| CC BY-SA 4.0
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RTD_3Wire.svg Datei]
|-
| Thermocouples diagram.svg
| CC0
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermocouples_diagram.svg Datei]
|-
| Thermocouple K (2).jpg
| Public Domain
| [https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermocouple_K_(2).jpg Datei]
|-
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= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Temperatursensor </iframe>

Weitere passende freie Wissensartikel sind [[Widerstandsthermometer]], [[Platin-Messwiderstand]], [[Thermoelement]], [[Seebeck-Effekt]], [[Messumformer]] und [[Automatisierungstechnik]].

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= Verknüpfte Lernbereiche =

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'''[[Sensorik und industrielle Signale – Temperatursensoren vergleichen]]'''
# [[Temperatursensor]]
# [[Widerstandsthermometer]]
# [[Pt100]]
# [[Thermoelement]]
# [[Seebeck-Effekt]]
# [[Messumformer]]
# [[Einheitssignal]]
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# [[SPS]]
# [[Diagnose]]
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[[Kategorie:Elektrotechnik]]
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= aiMOOC-Projekte =
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Sensorik und industrielle Signale – Temperatursensoren vergleichen - Versionsgeschichte

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