Platin-Kobalt-Widerstandssensor

Kryosensoren sind eine Art von RTD, die speziell für extrem niedrige (kryogene) Temperaturen entwickelt wurden. Unsere kryogenen Platin-Kobalt-Sensoren (Kryo-Sensoren) bieten eine zuverlässige und genaue Leistung bei Temperaturen unter 73K (-200°C), die sogar bis auf 1,5K (-271°C) sinken. Kryosensoren werden beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, in der medizinischen Industrie, in Flüssigwasserstofftanks und in supraleitenden Geräten eingesetzt.

Die Einführung des CERACOIL

Für diese Art der kryogenen Thermometrie hat sich Kamet für die Zusammenarbeit mit unserem langjährigen Partner Okazaki entschieden. Deren Platin-Kobalt-Sensor, CERACOIL, verbindet hervorragende kryogene Eigenschaften mit dem außergewöhnlichen Qualitätsstandard, für den Okazaki bekannt ist.

Okazaki war an der Herstellung von Sensoren für die Weltraumausrüstung der japanischen H-IIA/H-IIB-Raumschiffe beteiligt. Darüber hinaus ist Okazaki autorisiert und auf der European Preferred Part List (EPPL) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) eingetragen.

Das patentierte CERACOIL wurde von Okazaki entwickelt und beinhaltet eine Technologie, die für verschiedene Luft- und Raumfahrtanwendungen entwickelt wurde, bei denen Genauigkeit unter extremen Bedingungen unerlässlich ist. Die CERACOIL-Sensoren bieten daher außergewöhnliche Qualität und hochpräzise Messwerte für die meisten kryogenen Anwendungen.

Der Platin-Kobalt-Sensor CERACOIL ist in zwei Widerstandsklassen erhältlich: Pt100 und Pt1000.

Real product example of CERACOIL sensor

Physikalische Eigenschaften

Der kryogene Platin-Kobalt-Sensor von Okazaki bietet eine Reihe von wichtigen Vorteilen:

  • Die dicht gewickelten Platin-Widerstandsdrähte machen diese Sensoren geeignet für Umgebungen mit starken Vibrationen
  • Hervorragende Widerstandswertänderungen, auch unter 4K(-269°C).
  • Hervorragende Wiederholbarkeit
  • Temperaturmessung ist bei außergewöhnlich niedrigen Temperaturen möglich (bis zu 1,5K (-271°C))
Nennwiderstand PtCo 100Ω / 1000Ω at 0°C
Messtemperaturbereich 1.5 K to 373 K (-271°C to 990°C)
Toleranz  ±0.5 K at 4 K to 40 K / ±1 K at 273.15 K
Reproduzierbarkeit* ±20 mK (at 10 K) / ±10 mK (at 20 K) / ±33 mK (at 273.15 K)
Messstrom 1 mA
Abmessungen des Elements Ø1.4 x 12 mm
Länge (L) Pt100 25 mm / Pt1000 50 mm
Außendurchmesser (D) Pt100 2.0 mm / Pt1000 3.5 mm


*Die Reproduzierbarkeit ist der Betrag der Veränderung gegenüber dem Ausgangswert nach 1000 Wärmezyklen zwischen 77 K und 300 K (-195°C bis 26°C).

Technical drawing Platinum cobalt sensor

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PtCo 100Ω Temperatur-Widerstandstabelle

Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand
K W K W K W K W
1.5 7329 20.0 9506 120.0 44134 220.0 81094
2.0 7421 30.0 11246 130.0 47952 230.0 84680
3.0 7606 40.0 13853 140.0 51734 240.0 88252
4.0 7792 50.0 17109 150.0 55482 250.0 91811
5.0 7937 60.0 20759 160.0 59207 260.0 95356
6.0 8066 70.0 24611 170.0 62906 270.0 98890
7.0 8182 80.0 28535 180.0 66583 280.0 102411
8.0 8289 90.0 32477 190.0 70239 290.0 105921
9.0 8388 100.0 36394 200.0 73875 300.0 109419
10.0 8483 110.0 40280 210.0 77493

PtCo 1000Ω Temperatur-Widerstandstabelle

Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand Absolute Temperatur Widerstand
K W K W K W K W
1.5 73290 20.0 95059 120.0 441337 220.0 810942
2.0 74210 30.0 112460 130.0 479515 230.0 846803
3.0 76060 40.0 138527 140.0 517338 240.0 882522
4.0 77920 50.0 171.0889 150.0 554820 250.0 918106
5.0 79370 60.0 207587 160.0 592068 260.0 953562
6.0 80660 70.0 246107 170.0 629065 270.0 988895
7.0 81820 80.0 285346 180.0 665831 280.0 1024109
8.0 82890 90.0 324766 190.0 702386 290.0 1059206
9.0 83880 100.0 363939 200.0 738747 300.0 1094191
10.0 84830 110.0 402804 210.0 774927

Eine Anmerkung zu Siliziumdioden

Manchmal werden Siliziumdioden für die Temperaturmessung in kryogenen Anwendungen verwendet. Diese Sensoren haben zwar einige Vorteile in Bezug auf Austauschbarkeit und Preis, aber auch deutliche Nachteile. Im Vergleich zu Platin-Kobalt-Sensoren sind Siliziumdioden:

  • deutlich ungenauer
  • werden bei Temperaturen unter 40K (-233°C) stark von Magnetfeldern beeinflusst
  • neigen aufgrund ihrer relativ hohen Verlustleistung zur Selbsterhitzung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in Fällen, in denen eine hohe Genauigkeit erforderlich ist, wie z. B. bei Komponenten in kritischen Systemen, die Kosten eines Sensorausfalls als höher angesehen werden können als die Kosten für die Investition in einen hochwertigen kryogenen Sensor wie den CERACOIL.

Industrielle Anwendungen von kryogenen Sensoren

Kryosensoren spielen in verschiedenen Anwendungen eine entscheidende Rolle für die Sicherheit, z. B. in der medizinischen und pharmazeutischen Industrie, in Fusionsreaktoren und Magnetschwebebahnen. Nachfolgend sehen wir uns einige weitere Anwendungen genauer an.

Teilchenbeschleuniger

Kryosensoren sind eine entscheidende Komponente in Superkollidern (Teilchenbeschleunigern), in denen die Supraleitung zu einer Schlüsseltechnologie geworden ist. Die Kryotechnik wird hauptsächlich zur Kühlung der supraleitenden Komponenten von Teilchenbeschleunigern eingesetzt. Diese kryogenen Systeme arbeiten bei Temperaturen von 4,2 K (-268°C) im superkritischen Zustand bis hinunter zu 2 K (-271°C) im superfluiden Zustand.

Supraleitende Teilchenbeschleuniger sind ein Industriezweig, der mit den in Europa, Asien und Amerika geplanten neuen Leitern weiter expandieren wird. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, dass die kryogenen Sensoren weiter entwickelt und verbessert werden, um diesen künftigen Anforderungen gerecht zu werden.

Kryogene Speicherung von Gasen

Die kryogene Speicherung (z. B. von flüssigem Wasserstoff) wird als Mittel zur effizienten Speicherung großer Gasmengen eingesetzt. Durch Abkühlung des Gases auf kryogene Temperaturen wird es flüssig. Wasserstoff zum Beispiel ist in flüssiger Form 851 Mal kompakter. Die kryogene Lagerung und der Transport von Gasen können jedoch gefährlich sein, und die Temperaturkontrolle ist eine entscheidende Sicherheitsmaßnahme, um die Einhaltung der erforderlichen niedrigen Temperaturen zu gewährleisten. Tieftemperatursensoren, die im Gasspeicher angebracht sind, spielen bei diesem Kontroll- und Überwachungsprozess eine wichtige Rolle.

Satelliten und Weltraumteleskope

(Forschungs-)Satelliten und Weltraumteleskope werden zunehmend mit Kryotechnik in Form von Kryokühlern ausgestattet, um ihren optimalen Betrieb zu gewährleisten. Daher sind kryogene Sensoren ein wichtiger Teil der Zusatzinstrumente in diesen Strukturen geworden.