Thermoelement-Temperatursensor

Wie wählt man ein Thermoelement aus?

Thermoelemente sind sehr beliebte Temperatursensoren. Sie sind preiswert, austauschbar, robust und können einen weiten Temperaturbereich messen. 

Thermoelement-Messsonden bestehen im Wesentlichen aus zwei unterschiedlichen Metallen/Legierungen. Beim Fügen erzeugen sie ein schwaches Signal, wenn zwischen der heißen Verbindungsstelle (Messstelle) und der Vergleichs- oder Vergleichsstelle eine Temperaturdifferenz besteht. 

Das Signal hängt nur von der Temperaturdifferenz ab. Und daher kann eine Thermoelementsonde nicht richtig getestet werden, wenn beide Verbindungsstellen die gleiche Temperatur haben. 

Obwohl fast jede Art von Metall zur Herstellung eines Temperatursensors verwendet werden kann, werden einige Standardtypen verwendet, da sie vorhersagbare Ausgangsspannungen und große Temperaturgradienten haben.

Es ist wichtig, dass die Verdrahtung (Kaltstelle) zum Messgerät aus kompensierendem oder verlängerndem Material mit der gleichen Nennleistung wie das Thermoelement besteht. Die Verwendung von Kupferdrähten oder anderen Materialien führt zu EMV-Verlust und damit zu einem Fehler. 

Das Gesetz der Zwischenmetalle besagt, dass ein drittes Metall, das zwischen die beiden unterschiedlichen Metalle einer Thermoelementverbindung eingefügt wird, keine Wirkung hat, vorausgesetzt, beide Verbindungen haben die gleiche Temperatur. 

Dieses Gesetz ist auch beim Bau von Kreuzungen wichtig. Es ist akzeptabel, eine Verbindung durch Löten der beiden Metalle herzustellen, da das Löten die Temperaturmessung nicht beeinflusst. In der Praxis werden Thermoelementverbindungen durch Zusammenlöten der beiden Metalle hergestellt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Leistung der Temperaturmessung nicht durch den Schmelzpunkt des Lötmittels begrenzt wird.

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Was ist ein Thermoelement?

Sensoren sind als "nackte" Thermoelemente erhältlich, die kostengünstig sind und eine schnelle Reaktion bieten. Sie werden in Temperaturfühler oder mineralisolierte Metallrohre integriert. 

Es steht eine große Auswahl an Sensoren zur Verfügung, die für verschiedene Messanwendungen geeignet sind (Industrie, Wissenschaft, Lebensmitteltemperatur, medizinische Forschung usw.). Bei der Auswahl eines Thermoelements müssen der Sensortyp, die Isolierung und die Konstruktion des Temperaturfühlers berücksichtigt werden. All dies wirkt sich auf den messbaren Temperaturbereich, die Messgenauigkeit und die Zuverlässigkeit der Temperaturmessung aus.

Thermoelementkurve


Thermoelement Typ K (Chromel / Alumel)

Typ K ist das „allgemeine“ Thermoelement. Es ist kostengünstig und aufgrund seiner Beliebtheit in einer Vielzahl von Sonden erhältlich. 

Thermoelemente sind mit einem Temperaturbereich von -200 bis +1200 Grad Celsius erhältlich. 

Die Empfindlichkeit liegt bei etwa 41uV/°C. 

Verwenden Sie Typ K, es sei denn, Sie haben einen guten Grund, dies nicht zu tun.

Material + Chromel / - Alumel

Farbe + Gelb / - Rot

Thermoelement Typ J (Eisen / Konstantan)

Der eingeschränkte Messbereich (-40 bis +750°C) macht diesen Fühlertyp weniger beliebt als Typ K. 

Die Hauptanwendung für diesen Temperaturfühler ist mit älteren Geräten, die "moderne" Thermoelemente nicht akzeptieren können. J-Typen sollten nicht über 760 °C verwendet werden, da eine abrupte magnetische Umwandlung zu einer dauerhaften Dekalibrierung führt.

Material + Eisen / - Konstantan

Farbe Weiß / Rot

Thermoelement Typ N (Nicrosil / Nisil)

Aufgrund der hohen Stabilität und Oxidationsbeständigkeit eignet sich Typ N für Hochtemperaturmessungen ohne die Kosten von Platintypen (B, R, S). Als verbesserte „K“-Thermoelement-Messsonde konzipiert, erfreut sie sich immer größerer Beliebtheit.

Material + Nicrosil /

Nilfarbe + Orange / - Rot

Die Typen B, R und S sind alle "Edelmetall"-Thermoelemente und haben ähnliche Eigenschaften. 

Diese Messgeräte sind die stabilsten aller Thermoelemente. Aufgrund ihrer geringen Empfindlichkeit (um 10uV/0C) werden sie jedoch normalerweise nur für Hochtemperaturmessungen (>600°C) verwendet. Diese Edelmetall-Temperatursensoren benötigen alle hochreine keramische Schutzhüllen für den Einsatz in industriellen Anwendungen.

Thermoelement Typ B (Platin / Rhodium)

Geeignet für Hochtemperaturmessungen bis 1800 ° C.

Thermoelement Typ R (Platin / Rhodium)

Dieser Thermoelement-Temperatursensor ist für Hochtemperaturmessungen bis 1600 °C geeignet, hat jedoch eine geringe Empfindlichkeit (10 uV/°C) und hohe Kosten.

Thermoelement Typ S (Platin / Rhodium)

Dieser Temperaturfühler eignet sich für Hochtemperaturmessungen bis 1600° C. Aufgrund seiner hohen Stabilität wird Typ S als Standard für den Schmelzpunkt von Gold (1064,43° C) verwendet.

Gebrauchsanweisung

Vorsichtsmaßnahmen und Überlegungen bei der Verwendung von Thermoelementen

Die meisten Probleme und Fehler bei Temperaturmessungen sind auf mangelndes Verständnis der Funktionsweise von Thermoelementen zurückzuführen. 

Diese Temperaturanzeiger können altern und die Genauigkeit kann entsprechend variieren, insbesondere nach längerer Einwirkung von Temperaturen an den Extremen ihres nützlichen Betriebsbereichs. Hier sind einige der häufigsten Probleme, die es zu berücksichtigen gilt.

Probleme beim Anschluss von Thermoelement-Messgeräten

Viele Messfehler werden durch unbeabsichtigte Übergänge verursacht. Jede Verbindung zweier unterschiedlicher Metalle führt zu einer Verbindung. Wenn Sie die Leitungslänge Ihres Messgeräts verlängern müssen, müssen Sie den Verlängerungskabeltyp verwenden (z. B. Typ K für Thermoelemente vom Typ K). 

Die Verwendung eines anderen Drahttyps stellt eine Thermoelement-Sensorverbindung dar. Die verwendeten Steckverbinder müssen aus dem richtigen Material sein und die richtige Polarität muss beachtet werden. Jeder Kurzschluss der Drähte im Klemmenkopf oder Stecker erzeugt eine weitere Verbindungsstelle und das Instrument liest diese Temperatur und nicht die Temperatur der heißen Verbindungsstelle.

Bleiresistenz

Um die Reaktionszeiten zu verbessern, werden Thermoelemente aus dünnem Draht hergestellt (bei Platintypen spielen auch die Kosten eine Rolle). Dies kann zu einem hohen Widerstand des Messsystems führen, was es anfällig für Rauschen machen kann und auch Fehler aufgrund der Eingangsimpedanz des Messgeräts verursachen kann. 

Ein typischer Temperatursensor mit freiliegender Sperrschicht mit 32 AWG (0,25 mm Durchmesser) Draht hat einen Widerstand von etwa 15 Ohm/Meter. Wenn Thermoelemente mit dünnen Drähten oder langen Kabeln benötigt werden, lohnt es sich, die Drähte kurz zu halten und dann zwischen Thermoelement und Messgerät ein Verlängerungskabel (das viel dicker ist, also einen geringeren Widerstand) zu verwenden.

Interferenz

Der Ausgang eines Thermoelements ist ein schwaches Signal und daher anfällig für elektrische Störungen. Wenn sich Ihr Sensor in einer lauten Umgebung befindet (z. B. in der Nähe eines Elektromotors), wird empfohlen, ein abgeschirmtes Verlängerungskabel zu verwenden. Wenn der Geräuschsensor vermutet wird, schalten Sie alle verdächtigen Geräte aus und prüfen Sie, ob sich der Messwert ändert.

An einem Thermoelement ist keine Wartungsfunktion möglich, es werden jedoch programmierte Kalibrierungsprüfungen empfohlen.

  • Thermoelemente driften bei der Kalibrierung, aber die Driftrate hängt von Zeit und Temperatur ab.
  • Überprüfen Sie bei einer bekannten Temperaturquelle den Ausgang des Thermoelements mit den C-Graden des Thermoelements aus dem Diagramm.
  • Thermoelemente oder ihre Verdrahtung können kurzschließen oder öffnen und Fehlersignale verursachen. Ein weiterer Fehlerzustand für Datenlogger oder Sender ist ein niedriger Isolationswiderstand zwischen den Leitern und Erde, wodurch die Thermoelementschleife geerdet wird.

Wenn das Thermoelement einen der 3 Fehlerzustände aufweist, muss es ersetzt werden.

Mehr Informationen zu Thermoelementen unten!

Temperaturbereich Umrechnungstabelle (T°/mV)