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PT100-Temperatursensoren messen die Temperatur mit höherer Genauigkeit als alle anderen Arten von Temperatursensoren. Die Sensoren der Klassen A und B erfüllen die Toleranzen der Klassen A und B gemäß der Norm DIN EN 60751. Die meisten Anwender verwenden Sensoren der Klasse B, die bei 0 °C innerhalb einer Abweichung von ±0,3 °C bleiben. Sensoren der Klasse A werden dort eingesetzt, wo eine höhere Genauigkeit erforderlich ist, typischerweise mit einer Toleranz von ±0,15 °C. Die meisten regulierten Umgebungen arbeiten problemlos mit den Toleranzen der Klasse A. Für extrem präzise Anforderungen hingegen – beispielsweise bei der Steuerung von Reaktoren oder bei der Validierung von Umweltprüfständen – setzen Hersteller Sensoren mit noch engeren Toleranzen ein, wie etwa 1/3 DIN mit einer Toleranz von ±0,1 °C oder sogar 1/10 DIN mit Toleranzen bis hin zu ±0,03 °C. Diese unterschiedlichen Toleranzgrade ermöglichen es jedem Ingenieur, genau diejenige Sensor-Genauigkeit einzusetzen, die für den jeweiligen Prozess erforderlich ist. Es wird deutlich, dass jeder einzelne Arbeitsprozess voraussetzt, dass die Sensoren die Temperatur mit höchstmöglicher Genauigkeit messen können, da bereits eine Änderung um 0,1 °C zu extremen Schwankungen bei chemischen Reaktionen oder Materialumwandlungen führen kann. Zudem ermöglicht die Minimierung des Kalibrierungsbedarfs eines Regelungssystems Kosteneinsparungen, indem hochgenaue Sensoren nur dort eingesetzt werden, wo sie tatsächlich benötigt werden.
Langzeitdrift, Wiederholgenauigkeit und Stabilität im Vergleich zu NTCs und Thermoelementen
PT100-Sensoren haben sich im Vergleich zu Thermoelementen und NTC-Thermistoren als langfristig stabiler und wiederholgenauer erwiesen. PT100-Sensoren bieten eine Genauigkeit von ± 0,1 Grad Celsius im Temperaturbereich von 50 Grad Celsius bis 100 Grad Celsius, während Standard-Thermoelemente eine Genauigkeit von ± 1,5 Grad Celsius aufweisen können. Das bedeutet, dass die Genauigkeit von PT100-Sensoren etwa 93 Prozent besser ist als die von Standard-Thermoelementen. Da PT100-Sensoren nur eine minimale Drift aufweisen, verändern sie sich im Zeitverlauf kaum. Tatsächlich driften sie 40 Prozent weniger als Thermoelemente. Dies liegt daran, dass die Seebeck-Koeffizienten von Thermoelementen mit der Zeit an Zuverlässigkeit verlieren. NTCs hingegen sind sehr zuverlässig, bergen jedoch das Risiko, eine Schwelle zu überschreiten, die bei wiederholten Heiz- und Kühlzyklen zum Ausfall des NTC führen kann. Insgesamt ist die Fähigkeit eines PT100-Sensors, konsistente Messwerte zu liefern, in Branchen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Pharmaindustrie äußerst wertvoll, wo sie für Bauteile oder Komponenten eingesetzt werden, die mehrere Prüfungen bestehen müssen oder bei denen eine gleichbleibende Serienfertigung erforderlich ist.
Grundsätzlich überall dort, wo die Sicherheit des Produkts und die Einhaltung gesetzlicher Standards von genauen Messungen abhängen.
Konformitätsanforderungen für PT100-Genauigkeit in regulierten Branchen
Biologika und Pharmazeutika: EU-GMP-Anhang 1 und FDA 21 CFR Teil 11 – Rückverfolgbarkeit bis ±0,1 °C
In der Herstellung von Life-Sciences-Produkten ist es entscheidend, Temperaturmessungen präzise zu erfassen, da Produktverluste aufgrund von Messabweichungen erhebliche finanzielle Folgen haben können. Die FDA und die EU-GMP-Anlage 1 stellen Anforderungen an die Genauigkeit von ±0,1 °C während kritischer Prozesse wie Sterilisation, Gefriertrocknung und Bioreaktorbetrieb. PT100-Sensoren sind mehr als in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen. Der Toleranzstandard Klasse A liegt gemäß der Norm DIN EN 60751 bei etwa ±0,15 °C im Gefrierbereich. PT100-Sensoren sind den Alternativen MT und NTC überlegen, da der in ihrer Konstruktion verwendete Platin-Draht physikalisch und chemisch korrosionsbeständig ist. Klarere Daten bedeuten elektronische Chargenprotokolle und Einhaltung der ALCOA+-Richtlinien. Auditdaten zeigen, dass 92 % der temperaturbedingten Probleme auf Drift der Sensoren zurückzuführen waren. Eine sachgerechte Auswahl und Wartung von PT100-Sensoren behebt diese Probleme.
Überwachung der USDA-/FDA-Kühlkette und Validierung nach HACCP für Lebensmittelsicherheitssysteme
Im Kern der Lebensmittelverteilung und -verarbeitung steht die ständige, validierte Temperaturüberwachung, die von der USDA und der FDA vorgeschrieben wird. Der HACCP-Plan für Ihr Lebensmittelgeschäft umfasst die Temperaturüberwachung an kritischen Kontrollpunkten (CCP) während der Pasteurisation, Kühlung und Lagerung, wobei PT100-Temperatursensoren die geforderte Genauigkeit von ±0,3 °C erfüllen. PT100-Sensoren sind entscheidend für die Einhaltung folgender Vorschriften:
- FSMA-Regel zur hygienischen Beförderung (gekühlter Transport)
- USDA-Richtlinien für die Tiefkühllagerung (−18 °C ± 1 °C)
- FDA-LACF-Vorschriften (21 CFR 113) für die thermische Verarbeitung von Lebensmitteln.
PT100-Sensoren weisen ein einzigartiges Design auf, das Fehlalarme infolge einer schnellen thermischen Reaktion auf Kondensation verhindert. Bei Logistikprozessen im Unternullbereich sind PT100-Sensoren zuverlässiger als Thermoelemente, die bei Gefrier- und Auftauvorgängen eine Drift von mehr als 0,5 °C aufweisen. Eine solche Drift beeinträchtigt die Modellierung der Haltbarkeit sowie die Validierung der Keimkontrolle.
Anwendungsfälle für PT100-Sensoren in Labor-, Kalibrier- und Messtechnikumgebungen
Für Kalibrierlabore und Messtechnikzentren ist Präzision entscheidend, und PT100-Sensoren sowie deren Messgenauigkeit gelten als die besten Temperaturmesssensoren. Sie weisen gemäß den IEC-Normen nur eine Drift von 0,03 °C pro Jahr auf, was sie für die strengen Unsicherheitsberechnungen geeignet macht, die für die Einhaltung der ISO-Normen erforderlich sind. Im Vergleich zu anderen Arten von Temperaturmesssensoren wie Thermoelementen oder NTC-Thermistoren driftet die Messung mit Platin-Widerstandsthermometern über mehrere Jahre hinweg lediglich um ± 0,1 °C. Diese Art von Temperaturmesssensoren bietet die beste Stabilität, die derzeit verfügbar ist, und lässt sich letztlich über die nationalen Messtechnikinstitute auf die SI-Einheiten (Internationales Einheitensystem) zurückverfolgen – was jenen, die mit Messungen höchster Bedeutung arbeiten, ein hohes Maß an Sicherheit vermittelt.
ISO/IEC 17025 & PT100-Sensoren
Da PT100-Sensoren eine Toleranz von ±(0,15 °C + 0,002|t|) aufweisen, verlangt die Norm ISO/IEC 17025 von allen akkreditierten Laboratorien den Einsatz von PT100-Sensoren der Klasse A für ihre Referenzarbeiten. Weitere Anforderungen lauten wie folgt: 1) Festpunktkalibrierungen mit Dreipunkt-Wasserzellen, deren Unsicherheit kleiner als −0,0001 °C (c) ist; 2) dreistufige Vergleichsmethoden unter Verwendung primärer Standards; und 3) eine umfassende Unsicherheitsanalyse unter Berücksichtigung von Stabwärmeleitung, Hysterese und Brückenstabilität.
Beispielsweise muss eine Kalibrierung bei 0 °C in einem akkreditierten Labor durchgeführt werden und eine erweiterte Messunsicherheit (k = 2) von 0,05 °C erreichen. Dieses Genauigkeitsniveau ist erforderlich, um teure Zertifizierungsfehler bei pharmazeutischen Stabilitätskammern oder bei der Werkstoffprüfung im Luft- und Raumfahrtbereich zu vermeiden, da Prüfkampagnen durch Fehler von ±0,3 °C ungültig werden können.
Häufig gestellte Fragen
Warum sind PT100-Sensoren in bestimmten Branchen besser geeignet als Thermoelemente?
PT100-Sensoren sind thermischen Spannungsgebern (Thermoelementen) überlegen, da sie eine höhere Genauigkeit und Stabilität aufweisen und langfristig weniger zu Drift neigen.
Warum werden PT100-Sensoren in den pharmazeutischen und Lebensmittelsicherheitssektoren bevorzugt?
PT100-Sensoren werden in den pharmazeutischen und Lebensmittelsicherheitssektoren bevorzugt, weil sie genaue und stabile Messungen liefern und zudem mechanischen Belastungen sowie Feuchtigkeit physisch standhalten können.
Welche Beziehung besteht zwischen PT100-Sensoren und den ISO/IEC-17025-Standards?
PT100-Sensoren weisen eine geringe Drift und enge Toleranzen auf, wodurch sie sich hervorragend für Kalibrierungs- und Referenzarbeiten eignen, die im Rahmen der ISO/IEC-17025-Standards zur Sicherstellung der Messungsrückverfolgbarkeit erforderlich sind.
