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Platin als metallischer Werkstoff

Anwendungsbeispiele in der Temperaturmesstechnik

Bedingt durch sein edles Verhalten und die damit verbundene Stabilität der physikalischen Eigenschaften wird Platin in zwei wichtigen Bereichen der Temperaturmesstechnik eingesetzt: Thermoelemente und Widerstandsthermometer.

Thermoelemente

Abb.1
Eintauchthermoelement für die Stahlherstellung
© Heraeus

Drei technisch bedeutende Thermoelemente basieren auf physikalisch reinem Platin und Platin-Rhodium-Legierungen. Gegenüber Thermoelementen aus Nichtedelmetallen haben diese den Vorteil, dass sie bis zu hohen Temperaturen unter oxidierenden Bedingungen eingesetzt werden können.

Typ S (Bezeichnung nach ANSI1)) besteht aus Platin mit PtRh10 und kann für Langzeitmessungen bis 1.600 °C eingesetzt werden. Kurzzeitmessungen können sogar bis zum Schmelzpunkt des Platins (1.769 °C) durchgeführt werden, was bei der Ermittlung der Temperatur von Metallschmelzen mittels Eintauchthermoelemente zum Tragen kommt.

Thermoelemente des Typs R bestehen aus Platin und PtRh13. Diese haben einen vergleichbaren Einsatzbereich zu den Elementen des Typs S, weisen jedoch eine etwas größere Empfindlichkeit (Thermospannung pro °C) auf.

Für den Langzeiteinsatz bei Temperaturen bis 1.800 °C bieten sich Thermoelemente des Typs B an, die aus PtRh6 und PtRh30 bestehen. Dieser Typ hat jedoch den Nachteil einer geringeren Empfindlichkeit als die der anderen Typen, was seine Verwendung unter ca. 600 °C praktisch ausschließt.

Widerstandsthermometer

Abb.2
Platin-Sensor
© Heraeus

Für das Widerstandsthermometer hat sich Platin als geeignetstes Metall bewiesen. Für hochgenaue Messungen werden Thermometer aus gewickeltem, physikalisch reinem Platin-Draht oder -Band angewendet, die in Keramik oder Glas eingekapselt sind. Diese haben üblicherweise einen Nennwiderstand von 100 Ω bei 0 °C (Pt100). Insbesondere für Anwendungen, bei denen hohe Stückzahlen eingesetzt werden und das Preis-/Leistungsverhältnis eine ausschlaggebende Rolle spielt, eignen sich Dünnschicht-Temperatursensoren, die häufig einen höheren Nennwiderstand von 500 Ω oder 1.000 Ω (Pt500, Pt1000) haben. Die Dünnschichtsensoren haben ein Substrat aus z.B. Al2O3 mit einer photolithographisch strukturierten Platin-Dünnschicht. Über die Mäanderform der strukturierten Platin-Schicht wird der Nennwiderstand eingestellt. Für den Niedertemperaturbereich bis etwa 170 °C kann der Sensor in der SMT2) direkt auf die Leiterplatte montiert werden. Für höhere Einsatztemperaturen bis ca. 850 °C werden die Sensoren üblicherweise in Keramik eingekapselt.

1)ANSI: American National Standards Institute
2)SMT: Surface-Mount Technology
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