Die Widerstände R3 und R4 bilden eine Bezugsspannung als Arbeitspunkt für die Schaltung. Der PT100 bildet mit R2 den veränderlichen Spannungsteiler.

Über den Operationsverstärker wird die Differenzspannung aus beiden Zweigen hochohmig abgenommen. Der Referenzzweig bildet eine temperaturunabhängige Spannung, wenn man von gleichen Bauelementen ausgeht. Das Problem liegt in den Zuleitungen für den PT100, da die Zuleitungsdrähte ein ähnliches Verhalten wie der PT100 selbst haben.

Ihre Temperatur muss also möglichst konstant bleiben, damit der dadurch verursachte Fehler gering bleibt.

Durch die Erzeugung eines konstanten Stroms durch den PT100 und einen hochohmigen Abgriff der abfallenden Spannung lässt sich der Einfluss der Messleitungen weitestgehend eliminieren.

Eine Widerstandsänderung der Zuleitung ändert lediglich die Spannung über dem Stromzweig.. Da die Messspannung über dem PT100 mit einem hochohmigen Operationsverstärker abgenommen wird, beeinflusst der (sich ändernde) Widerstand der Messleitungen das Ergebnis nicht. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltung ist, dass die Ausgangsspannung der Temperatur direkt proportional ist.

Der Heißleiter
Bei Heißleitern handelt es sich ebenfalls um temperaturabhängige Widerstände. Sie sind auch unter der Bezeichnung NTC-Widerstand bekannt und bestehen

aus Metalloxidverbindungen. NTCs wurden gezielt auf eine große Temperaturempfindlichkeit ausgelegt. Ihr Hauptnachteil ist die starke Nichtlinearität. Typische Daten für NTC-Widerstände sind::
Temperaturbereich: -50 °C bis 300 °C
Widerstandsbereich: 8 MOhm bis 80 Ohm über den Temperaturbereich mit mehreren Typen

Der Verlauf des Widerstandswerts wird für den Temperaturbereich von 25° bis 85° durch die Gleichung
1 1
R1 = R2 * exp (B (___ - ____))
T1 T2
beschrieben. Dabei ist R1 der Widerstand bei der Temperatur T1, R2 der bei T2. Die Konstante B ist eine Materialkonstante des Bauelements und bewegt sich bei 3 bis 5 Kelvin.
Für den schaltungstechnischen Einsatz gelten die gleichen Bedingungen wie beim PT100. Durch die wesentlich größeren Widerstandsbereiche fällt der Widerstand der Messleitung allerdings nicht ganz so sehr ins Gewicht. Die Nutzung der Brückenschaltung
ergibt einen günstigen Kennlinienverlauf um den Bezugspunkt von 25 °C. Durch die Nichtlinearität wird der Funktionsverlauf zu höheren Werten zunehmend flacher.

Der pn-Übergang als Sensor
Der pn-Übergang der Basis-Emitter-Strecke eines Siliziumtransistors besitzt imTemperaturbereich von 0 bis 100 °C ein ausreichend lineares Verhalten der Flussspannung. Wird dieser pn-Übergang mit einem konstanten Strom beaufschlagt, ändert sich die Spannung über ihm um etwa -2 mV/K.

Eine entsprechende Schaltung nach nutzt diese Eigenschaft aus und verstärkt die Spannung um den Faktor 5, sodass die Ausgangsspannung für 0 bis 100 °C sich im Bereich von 0 bis 1 V bewegt.

Der Standard selbst schreibt eine Sensordiagonale von 21,63 mm vor.

Messtechnik mit dem ATmega Buch, 284 Seiten, Hardcover, CD-ROM ISBN 978-3-7723-5927-9 Versandkostenfrei* direkt beim Verlag bestellen 49,95 €