Technische Informationen

Einsatz von Thermoelementen
WIKA Datenblatt IN 00.23

In der industriellen elektrischen Temperaturmesstechnik
werden hauptsächlich zwei Gruppen von Sensoren
verwendet:■■ Widerstandsthermometer (RTD)■■ Thermoelemente (TC)
Beide Sensorarten haben ihre Vor- und Nachteile. So
liegen die Stärken der zumeist Pt100-Messwiderstände im
unteren bis mittleren Temperaturbereich (-200 ... +600 °C).
Thermoelemente hingegen haben (von wenigen Ausnahmen abgesehen) ihre Vorzüge bei höheren Temperaturen(bis 1700 °C).
Einige Thermopaare können noch weit höhere Temperaturen
erfassen (Wolfram-Rhenium, Gold-Platin oder PlatinPalladium). Diese sehr speziellen Thermoelemente werden indiesem Dokument nicht beschrieben.
Während in Europa zur Messung von niedrigen und mittleren
Temperaturen vorzugsweise Pt100-Sensoren verwendet
werden, ist in Nordamerika ein deutliches Übergewicht in
Richtung Thermoelement festzustellen. Dennoch ist eine
pauschale Gebietsaufteilung nicht möglich, da z. B. eine inEuropa gebaute Raffinerie mit an US-Standards orientierter
Temperaturmesstechnik bestückt wird, wenn die Anlage inden USA projektiert wurde. Das gleiche gilt natürlich auch indie andere Richtung.

Gerades Thermoelement mit Metall-Schutzrohr

Kabel-Thermoelement, Typ TC40
(Aufbau: Mantelmessleitung (MI-Leitung))

Ein weiteres Kriterium sich für ein Thermoelement zu
entscheiden, ist der kleinstmögliche Durchmesser eines
Mantel-Thermoelementes (siehe Kapitel „Mantel-Thermoelemente“). Die Durchmesser 0,25 mm, 0,5 mm oder 1 mm
führen zu erstaunlich kurzen Ansprechzeiten.
Im Allgemeinen reagieren Thermoelemente schneller als
Widerstandsthermometer!
Wird das Thermometer in ein Schutzrohr eingebaut, nähern
sich die Ansprechzeiten der beiden Sensorgruppen einanderan. Die Masse des Schutzrohres, Wärmeableitung und die
Isolationsstrecken zwischen Medium und Sensor relativieren
hier den Geschwindigkeitsvorteil des Thermoelementes.
Dieser ist zwar noch messbar, aber oft irrelevant, da man
sich z. B. bei Vollmaterial-Schutzrohren durchaus im zweistelligen Minutenbereich bewegen kann.

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Beispiele von Schutzrohren

Seite 1 von 13

Grundlagen
Ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten unterschiedlicher Metalle, die an einem Ende zu einem Thermopaar verbunden sind, wobei der Verbindungsknoten die
Messstelle bildet.
Thermopaar/Messstelle

Keramik-Isolierung
Thermodrähte

Bei Erwärmung der Messstelle misst man an den
Drahtenden (Kaltstelle) eine Spannung, die annähernd derTemperatur der Messstelle proportional ist.
(Thermoelektrischer Effekt = Seebeck Effekt)
Metall A

T1
Messstelle

Jedes Metall hat eine materialspezifische Elektronegativität.
(Elektronegativität = Tendenz der Atome eher Elektronen
aufzunehmen oder abzugeben)
Um möglichst hohe Thermospannungen zu erreichen,werden spezielle Materialpaarungen zur Bildung vonThermoelementen (= Thermopaar) verwendet, deren EinzelElektronegativitäten möglichst weit auseinander liegen.
Diesen Materialpaarungen sind natürlich Grenzen gesetzt zum Beispiel durch die maximale Einsatztemperatur desThermoelementes.
Folgende Normen definieren Thermoelemente
IEC 60584-1: Thermopaare: Grundwerte und Grenzabweichungen der Thermospannungen
IEC 60584-3: Thermopaare: Thermoleitungen und
Ausgleichsleitungen
ASTM E230:
Tabellen mit Standardspezifikation und elektro-motorische
Kraft (EMK) für standardisierte Thermoelemente.

Kaltstelle
Metall B

T2

Diese Spannung (EMK = elektro-motorische Kraft) entsteht
zum Einen durch die unterschiedliche Elektronendichte der
beiden (unterschiedlichen) metallischen Materialien derverwendeten Drähte, zum Anderen durch den Temperaturunterschied zwischen Messstelle und Kaltstelle.
Das bedeutet, ein Thermoelement misst nicht die absolute
Temperatur, sondern die Differenztemperatur zwischen der■■ T1: Messtelle (hot junction)

und der■■ T2: Kaltstelle (cold junction)

Da die Spannungsmessung meist in Umgebungstemperatur stattfindet wäre der angezeigte Spannungswert um den
Betrag der Spannung der Umgebungstemperatur zu niedrig.
Um den Wert für die absolute Messstellentemperatur zu
erhalten wird die sogenannte „Kaltstellenkompensation“
angewendet.
Dies wurde in der Vergangenheit (im Kalibrierlabor auchheute noch) mittels eines Eisbades erreicht, in welchem derAbgriff des Spannungsmessgerätes an der Kaltstelle desThermoelementes vorgenommen wurde.
In aktuellen Geräten mit Thermoelementeingang (z. B. Transmitter, Handmessgerät oder Schalttafel-Einbaugerät etc.) ist
eine elektronische Kaltstellenkompensation im Schaltkreis
des Gerätes eingebaut.

Seite 2 von 13

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Thermospannungen
Referenztemperatur: 0 °C
Temperatur
in °C

-200

Thermoelemente
Typ K

Typ J

Typ N

Typ E

-3,379-100-2,788

-80

20

40

60

80

100

150

200

250

300

350

370

400

-1,527-0,777

0,000

0,798

1,612

2,436

3,267

4,096

6,138

8,138

10,153

12,20914,293

15,133

16,397-1,961-0,995

0,000

1,019

2,059

3,116

4,187

5,269

8,010

10,77913,555

16,327

19,09020,194

21,848-2,255-1,475

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

1,065

2,420

1,612

0,235

0,232

2,189

4,985

3,358

0,502

0,501

4,302

9,789

6,704

1,029

1,041

7,597

17,181

12,013

1,874

1,923

11,136

24,964

17,819

2,786

2,896

12,97428,946

3,259

3,408

16,74837,005

4,233

4,471

-0,518

0,525

1,619

2,774

5,913

9,341

11,867

18,516

24,61014,846550

22,77630,216

18,672

600
650
700
750
760
800
850
870
900
950

1000
1050
1100
1150
1200
1250
1260
1300

20,64424,90527,02529,12931,21331,62833,27535,31336,121
37,32639,314
41,276
43,211
45,11946,99548,83850,64451,000

1350
1400
1450
1480
1500
1550

27,393
33,102
36,071
39,13242,28142,919-2,153-1,023

450
500

Typ B

-3,923

-120

-20

Typ R

-4,419

-140

0

Typ S

-4,865-160-40-5,603-5,261

-180

-60

Typ T

20,61322,566
24,527
26,491
26,88328,45530,416
31,19932,371
34,31936,25638,17940,087
41,976
43,84645,69446,060-1,152

1,192

3,685

6,319

13,421

21,036

26,55232,96541,05345,093
49,116
53,112
57,08057,97061,01764,922
66,47368,787-0,757

0,790

2,467

4,279

9,288

14,862

19,030

0,113

0,365

0,646

1,441

2,323

2,974

3,742
4,732
5,239
5,753
6,275
6,806
6,913
7,345
7,893
8,114
8,449
9,014
9,587

10,16810,757
11,351
11,951
12,554
12,675
13,15913,766
14,373
14,97815,341
15,582
16,182

0,111

0,363

0,647

1,469

2,401

3,099

3,933
5,021
5,583

1,792

6,743

2,431

6,041
7,340
7,461
7,950
8,571
8,823
9,205
9,850

10,506
11,173
11,85012,535
13,22813,926
14,066
14,62915,334
16,04016,746
17,16917,451
18,152

2,101
2,782
2,854
3,154
3,546
3,708
3,957
4,387
4,834
5,299
5,780
6,276
6,786
7,311
7,417
7,848
8,397
8,956
9,524
9,868

10,09910,679Fortsetzung nächste Seite
WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Seite 3 von 13

Temperatur
in °C

1600

Thermoelemente
Typ K

Typ J

Typ N

Typ E

1650
1700

Typ T

Typ S

16,777

Typ R

18,849Typ B

11,263
11,85012,430Legende:Schwarz: IEC 60584-1 und ASTM E230
Blau:
nur IEC 60584-1
Rot:
nur ASTM E230

Thermospannungskurven■■ IEC 60584-1■■ ASTM E230

Die abgebildeten Kurven entsprechen den jeweiligen
Temperaturbereichen der IEC 60584-1 / ASTM E230. Außerhalb dieser Temperaturbereiche ist die zulässige Grenzabweichung nicht normiert.
Seite 4 von 13

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Einsatzgrenzen und Genauigkeiten von Thermoelementen(IEC 60584, ASTM E230)
Die folgende Tabelle beinhaltet die zulässigen Grenzabweichungen der IEC 60584-1 inkl. der Grenzabweichungen der im
nordamerikanischen Raum gebräuchlichen ASTM E230:
Grenzabweichungen der Thermopaare nach IEC 60584-1 / ASTM E230 (Referenztemperatur 0 °C)
Typ Thermopaar
K
N

NiCr-Ni (NiCr-NiAl)
NiCrSi-NiSiGrenzabweichungIEC 60584-1

KlasseTemperaturbereich-40 ... +1000 °C±1,5 °C oder 0,0040 ∙ | t | 1) 2)

2-40 ... +1200 °C±2,5 °C oder 0,0075 ∙ | t |1

0 ... +1260 °C

ASTM E230

Spezial

IEC 60584-1

1-40 ... +750 °C

2-40 ... +750 °C

ASTM E230

Spezial

IEC 60584-1

1-40 ... +800 °C

2-40 ... +900 °C

ASTM E230

Spezial0 ... +870 °C±1,0 °C oder ±0,4 %Standard

0 ... +870 °C±1,7 °C oder ±0,5 %Standard
J

Fe-CuNi

0 ... +1260 °C

0 ... +760 °C

Standard
E

T

NiCr-CuNi

Cu-CuNi

IEC 60584-1

ASTM E230

Pt13%Rh-Pt
Pt10%Rh-Pt

0 ... +760 °C

Pt30%Rh-Pt6%Rh±2,2 °C oder ±0,75 %±1,5 °C oder 0,0040 ∙ | t |±2,5 °C oder 0,0075 ∙ | t |±1,1 °C oder ±0,4 %±2,2 °C oder ±0,75 %±1,5 °C oder 0,0040 ∙ | t |±2,5 °C oder 0,0075 ∙ | t |1-40 ... +350 °C±0,5 °C oder 0,0040 ∙ | t |-40 ... +350 °C±1,0 °C oder 0,0075 ∙ | t |3-200 ...

Spezial+40 °C

0 ... +370 °C-200 …

±1,0 °C oder 0,015 ∙ | t |±0,5 °C oder ±0,4 %0 °C±1,0 °C oder ±1,5 %Standard

0 ... +370 °C±1,0 °C oder ±0,75 %IEC 60584-1

1

0 ... +1600 °C±1,0 °C oder ±[1 + 0,003 (t - 1100)] °C

2

0 ... +1600 °C±1,5 °C oder ±0,0025 ∙ | t |ASTM E230

Spezial0 ... +1480 °C±0,6 °C oder ±0,1 %IEC 60584-1

2+600 ... +1700 °C

3+600 ... +1700 °C±4,0 °C oder ±0,005 ∙ | t |Spezial--Standard+870 ... +1700 °C±0,5 %

Standard
B±1,1 °C oder ±0,4 %2Standard
R
S

Grenzabweichung

ASTM E230

0 ... +1480 °C±1,5 °C oder ±0,25 %±0,0025 ∙ | t |1) ItI ist der Zahlenwert der Temperatur in °C ohne Berücksichtigung des Vorzeichens2) Der größere Wert gilt

In Europa und Nordamerika gibt es unterschiedliche Schreibweisen von Thermoelementen Typ K:
Europa:NiCr-Ni oder NiCr-NiAl
Nordamerika: Ni-Cr / Ni-Al
Es gibt keinen materiellen Unterschied, die beiden Benennungen sind historisch bedingt.

Typen R, S und B
Nicht erhältlich als MI-Leitungsausführung in Klasse 1 nach IEC 60584 bzw. „Spezial“ nach ASTM E230

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Seite 5 von 13

Bei der Grenzabweichung von Thermopaaren ist eine Vergleichsstellentemperatur von
0 °C zugrunde gelegt. Bei Verwendung einer Ausgleichs- oder Thermoleitung muss eine
zusätzliche Messabweichung berücksichtigt werden.
10
9

Grenzabweichung in °C

8
7
6
5

Legende:Typ K Klasse 2
Typ K Klasse 1

4
3
2
1
0

0

200

400

Temperatur in °C

600

800

1.000

1.200

1.400

Beispiel:
Grenzabweichung der Genauigkeitsklassen 1 und 2 von Thermoelement Typ K

Seite 6 von 13

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Information zur Anwendung von Thermoelementen■■ Unedle Thermoelemente

Typ K+ Schenkel- Schenkel

NiCr

-

NiAl

Nickel-Chrom-

Nickel-Aluminium (magnetisch)

NiCr-NiAl-Thermoelemente sind geeignet für die Verwendungin oxidierender oder Schutzgasatmosphäre bis zu 1200 °C(ASTM E230: 1260 °C) bei größter Drahtdicke.
Thermoelemente vor schwefelhaltiger Atmosphäre schützen.
Da ihre Oxidationsanfälligkeit geringer ist als von Thermoelementen aus anderem Material, finden sie meist Verwendung
bei Temperaturen über ca. 550 °C.
Typ J+ Schenkel- Schenkel

Fe

-

CuNi

Eisen (magnetisch)-Kupfer-Nickel

Fe-CuNi-Thermoelemente sind geeignet für die Verwendungim Vakuum, in oxidierenden und reduzierenden Atmosphären
oder Schutzgasatmosphären. Sie werden für Temperaturmessungen bis zu 750 °C (ASTM E230: 760 °C) bei größter
Drahtdicke verwendet.
Typ N+ Schenkel

-

NiSi

Nickel-Chrom-Silizium-

Nickel-Silizium+ Schenkel- Schenkel

NiCr

-

CuNi

Nickel-Chrom-

Kupfer-Nickel

NiCr-CuNi-Thermoelemente sind geeignet für die Verwendung in oxidierender oder Schutzgasatmosphäre bis zu
900 °C (ASTM E230: 870 °C) bei größter Drahtdicke.
Thermoelemente vom Typ E entwickeln von allen üblicherweise verwendeten Thermoelementen die höchste Quellenspannung (EMF) pro °C.

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016- Schenkel

Cu

-

CuNi

Kupfer-Kupfer-Nickel■■ Edelmetall-Thermoelemente

Typ S+ Schenkel- Schenkel

Pt10%Rh-

Pt

Platin-10%Rhodium-

PlatinThermoelemente Typ S sind geeignet für den dauerhaften
Gebrauch in oxidierender oder Schutzgasatmosphäre bei
Temperaturen bis zu 1600 °C. Auf die Versprödung durch
Verunreinigung achten.

- Schenkel

NiCrSi+ Schenkel

Cu-CuNi-Thermoelemente sind geeignet für Temperaturen
unter 0 °C mit einer Temperaturhöchstgrenze von 350 °C(ASTM E230: 370 °C) und können in oxidierender, reduzierender oder Schutzgasatmosphäre verwendet werden. Sie
rosten nicht in feuchter Atmosphäre.

Typ R

NiCrSi-NiSi-Thermoelemente sind geeignet für die Verwendung in oxidierender Atmosphäre, in Schutzgasatmosphäre oder trockener Reduktionsatmosphäre bis zu 1200 °C(ASTM E230: 1260 °C).
Sie müssen vor schwefelhaltiger Atmosphäre geschützt
werden. Sie sind sehr genau bei hohen Temperaturen. Die
Quellenspannung (EMF) und der Temperaturbereich sindnahezu gleich wie bei Typ K. Verwendet werden sie in Anwendungen, wo eine längere Lebensdauer und größere Stabilität
erforderlich sind.
Typ E

Typ T

+ Schenkel- Schenkel

Pt13%Rh-

Pt

Platin-13%Rhodium-

PlatinThermoelemente Typ R sind geeignet für den dauerhaften
Gebrauch in oxidierender oder Schutzgasatmosphäre bei
Temperaturen bis zu 1600 °C. Auf die Versprödung durch
Verunreinigung achten.
Typ B+ Schenkel- Schenkel

Pt30%Rh-

Pt6%RhPlatin-30%Rhodium-

Platin-6%Rhodium

Thermoelemente Typ B sind geeignet für den kontinuierlichen
Einsatz in oxidierenden oder Schutzgasatmosphären undfür eine kurzzeitige Verwendung in Vakuumumgebung bei
Temperaturen bis zu 1700 °C. Auf die Versprödung durch
Verunreinigung achten.
Thermoelemente Typ R, S und B werden normalerweise ineinseitig geschlossene keramische Schutzrohre verbaut.
Bei Verwendung eines metallischen Schutzrohres wirdein einseitig geschlossenes keramisches Innenrohr
benötigt. Edelmetall-Thermoelemente sind anfällig für
Verunreinigungen. Es ist daher empfehlenswert, diese
Thermoelemente mit keramischen Material zu umgeben.

Seite 7 von 13

Empfohlene obere Temperaturgrenze(Dauereinsatz)■■ Mantel-Thermoelemente (siehe auch Tabelle „Thermospannungen nach IEC 60584-1“)Thermoelement
Typ

Empfohlene obere Temperaturgrenze in °C

K

700

Bei Manteldurchmesser in mm
0,5

260

J

700

N

300

E

260

T

1,0

1,5

700

2,0

920

260

920

440

700

440

920

300

920

510

260

510

260

260

3,0

1070

520

1070

650

315

4,5

6,0

1100

8,0

1100

620

1100

720

1100

720

1100

730

1100

820

350

820

350

350

Mantelwerkstoff: Inconel 2.4816 (Inconel 600)
Angaben unter Berücksichtigung optimaler Laborbedingungen (an Luft, ohne schädliche Gase verunreinigt).
Weitere Werkstoffe sind erhältlich, haben jedoch andere Temperaturgrenzen zur Folge.

■■ Gerade Thermoelemente (siehe auch Tabelle „Thermospannungen nach IEC 60584-1“)Thermoelement
Typ

Empfohlene obere Temperaturgrenze in °C
Bei Drahtdurchmesser in mm
0,35

0,5

1,0

3,0

400

400

600

700

700

K
J

700

700

N

700

400

E

350

-

1300

1500

B

700

300

1300

1300

R

1000

600

200

1300

S

1000

800

400

200

T

800

-

-

1500

-

-

-

Angaben unter Berücksichtigung optimaler Laborbedingungen (an Luft, ohne schädliche Gase verunreinigt).

■■ Geschützte Thermoelemente (siehe auch Tabelle „Empfohlene obere Temperaturgrenze für geschützte

Thermoelemente” nach ASTM E230)

Thermoelement
Typ
T

J

E

K und NR und S
B

Obere Temperaturgrenze für verschiedene Drahtdicke (Awg) in °C

Messgerät Nr. 30 Messgerät Nr. 28 Messgerät Nr. 24 Messgerät Nr. 20 Messgerät Nr. 14 Messgerät Nr. 8
0,25 mm0,33 mm0,51 mm0,81 mm
1,63 mm
3,25 mm
[0,010 inch][0,013 inch][0,20 inch][0,032 inch][0,064 inch][0,128 inch]

150

320

370

760

200

370

430

870

200

370

430

870

1480

260

480

540

980

370

590

650

1090

760

870

1260

1700

Hinweis:Die angegebenen maximalen Einsatztemperaturen gelten für
das Thermoelement unter optimalen Umgebungsbedingungen. Die maximale Einsatztemperatur der Schutzrohre liegt
oft deutlich unter der des Thermoelementes!

Seite 8 von 13

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

■■ Mantel-Thermoelemente (siehe auch Tabelle „Empfohlene obere Temperaturgrenze für Mantel-Thermoelemente”

nach ASTM E608/E608M)

Nominaler
Manteldurchmesser

Obere Temperaturgrenze für verschiedene Manteldurchmesser in °C

Thermoelement Typ

mm

inch

T

J

E

K und N

-

0,032

260

260

300

700

0,5

1,0

1,5

2,0
-

3,0

4,5

6,0

8,0

0,020

0,040

0,062
-

0,093

0,125

0,188

0,250

0,375

260

260

260

260

260

315

370

370

370

260

260

440

440

480

520

620

720

720

300

300

510

510

580

650

730

820

820

700

700

920

920

1000

1070

1150

1150

1150

Hinweis:Die angegebenen maximalen Einsatztemperaturen gelten für
das Thermoelement unter optimalen Umgebungsbedingungen. Die maximale Einsatztemperatur der Schutzrohre liegt
oft deutlich unter der des Thermoelementes!

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Seite 9 von 13

Potenzielle Messunsicherheiten
Wichtige Faktoren, die der Langzeitstabilität von
Thermoelementen entgegenwirken
Alterungserscheinungen/Vergiftungen■■ Oxidationsvorgänge führen bei nicht entsprechendgeschützten Thermoelementen („blanke“ Thermodrähte)zu Kennlinienverfälschungen■■ Eindiffundierende Fremdatome (Vergiftungen) führen zu
Veränderungen der Ursprungslegierungen und damit zu
Verfälschungen der Kennlinie.
■■ Der Einfluss von Wasserstoff führt zur Versprödung derThermoelemente.
„Unedle“ Thermoelemente altern und verändern dadurch ihre
Temperatur-Thermospannungskennlinie.
„Edle“ PtRh-Pt-Thermoelemente der Typen R und S zeigen
bis 1400 °C praktisch keine Alterung.
Sie sind aber sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen.
Silizium und Phosphor zerstören das Platin sehr schnell. In
Gegenwart von Platin kann bereits in schwach reduzierender
Atmosphäre Silizium aus den Isolierkeramiken freigesetzt
werden. Die Reduktion von SiO2 zu Si führt zu einer Verunreinigung des Pt-Schenkel des Thermoelementes und verursacht schon in Silizium-Anteilen von wenigen ppm Messfehler von 10 °C und mehr.
Bedingt durch das bessere Verhältnis von Gesamtmaterialvolumen zur vergiftungsempfindlichen Oberfläche steigt die
Langzeitstabilität der Edelmetall-Thermopaare mit zunehmendem Thermodraht-Durchmesser. Die Sensoren derTypen S, R und B stehen deshalb mit Thermodraht-Durchmesser Ø 0,35 mm oder Ø 0,5 mm (0,015" oder 0,020")
zur Verfügung. Aber: Thermodrähte mit Ø 0,5 mm (0,020")
besitzen die doppelte Querschnittsfläche wie Drähte mitØ 0,35 mm (0,015") – und sind damit auch doppelt so teuer.
Dies kann sich dennoch lohnen, da eine wesentlich längere
Standzeit die eventuell hohen Servicekosten (Stillstand derAnlage) egalisieren kann.
Der Ni-Schenkel des Typ K-Thermoelementes wird häufig
durch Schwefel, der z. B. in Rauchgasen vorkommt, geschädigt. Thermoelemente der Typen J und T altern gering, weil
zunächst der Reinmetallschenkel oxydiert.

wird dieser Effekt noch beschleunigt, da sich keine vollständigen Oxidhäute auf der Oberfläche des Thermoelementes
ausbilden können, die einer weiteren Oxidation des Chroms
entgegenwirken.
Das Thermoelement wird auf Dauer durch diesen Vorgang
zerstört. Der Name Grünfäule kommt von der grünlichen
schimmernden Färbung an der Bruchstelle des Drahtes.
Das Thermoelement Typ N (NiCrSi-NiSi) ist bedingt durchseinen Siliziumgehalt in dieser Beziehung im Vorteil. Hierbildet sich unter gleichen Bedingungen eine schützende
Oxidschicht auf seiner Oberfläche aus.
K-Effekt
Der NiCr-Schenkel eines Typ K-Thermoelementes
besitzt bezüglich der Ausrichtung im Kristallgitter unterhalb ca. 400 °C eine geordnete Ausrichtung. Wird das
Thermoelement weiter erhitzt, so findet im Temperaturbereich zwischen ca. 400 °C und 600 °C ein Übergang in einenungeordneten Zustand statt. Oberhalb von 600 °C stellt sich
wieder ein geordnetes Kristallgitter ein.
Bei einem zu schnellen Abkühlen dieser Thermoelemente(schneller als ca. 100 °C pro Stunde) kommt es während
der Abkühlung im Bereich von ca. 600 °C bis ca. 400 °C
wieder zum unerwünschten ungeordneten Kristallgitter. In
der Kennlinie von Typ K ist aber ein durchgängig geordneter
Ausrichtungszustand vorausgesetzt und mit Werten hinterlegt. Ein Thermospannungsfehler von bis zu ca. 0,8 mV(ca. 5 °C) in diesem Bereich ist die Folge.
Der K-Effekt ist reversibel und wird durch Glühen oberhalb
700 °C mit anschließender entsprechend langsamer Abkühlung größtenteils wieder abgebaut.
Dünne Mantel-Thermoelemente reagieren hier besonders
empfindlich. Schon eine Abkühlung an ruhender Luft kann
Abweichungen von 1 °C zur Folge haben.
Beim Typ N-Thermoelement (NiCrSi-NiSi) hat man diesen
Nahordnungseffekt durch Legieren beider Schenkel mit
Silizium verringern können.

Generell nehmen die Alterungserscheinungen mit steigenden Temperaturen zu.
Grünfäule
Bei Typ K-Thermoelementen können beim Einsatz in Temperaturen von ca. 800 °C bis 1050 °C erhebliche Veränderungen der Thermospannung auftreten. Die Ursache hierfür
ist eine Chromverarmung bzw. Oxidation des Chroms im
NiCr-Schenkel (+ Schenkel). Voraussetzung hierfür ist eine
geringe Konzentration Sauerstoff oder Wasserdampf in derdirekten Umgebung des Thermoelementes. Der NickelSchenkel ist hiervon nicht betroffen. Die Folge dieses Effekts
ist eine Drift des Messwertes durch sinkende Thermospannung. Bei Sauerstoffmangel (reduzierende Atmosphäre)

Seite 10 von 13

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Standard-Bauformen von Thermoelementen
Mantel-Thermoelemente
Mantel-Thermoelemente bestehen aus einem metallischen
Außenmantel, in dem die Innenleiter in eine hochverdichtete Keramikmasse isoliert eingebettet sind (mineralisolierte
Leitung oder auch MI-Leitung genannt).
Mantel-Thermoelemente sind biegbar und dürfen bis zu
einem minimalen Radius des 5-fachen Manteldurchmessers
gebogen werden. Aufgrund dieser Biegbarkeit sind MantelThermoelemente auch an schwer zugänglichen Stellen
einsetzbar.
Die extreme Vibrationsfestigkeit spricht ebenso für die
Verwendung von Mantel-Thermoelementen.

Gerade Thermoelemente mit Metall- oder KeramikSchutzrohr

Verfügbare Manteldurchmesser■■ 0,5 mm■■ 1,0 mm■■ 1,5 mm■■ 3,0 mm■■ 4,5 mm

Verschiedene Bauformen, Typ TC80

Mantelwerkstoffe■■ Ni-Legierung 2.4816 (Inconel 600)
- bis 1200 °C (Luft)- Standardwerkstoff für Anwendungen mit Beanspruchungauf Korrosion bei hohen Temperaturen, beständig gegeninduzierte Spannungsriss- und Lochfraßkorrosion inchloridhaltigen Medien- kein Angriff durch Ammoniak in wässrigen Lösungen bei
allen Temperaturen und Konzentrationen- sehr beständig gegen Halogene, Chlor, Chlorwasserstoff

Innenaufbau der Thermoelemente gerade Ausführung
Unedles Thermopaar
Typen K, N, J

Edelmetall-Thermopaar
Typen S, R, B

Isolierröhrchen

3168477.01■■ 8,0 mm

3168469.01■■ 6,0 mm

Isolierstab■■ CrNi-Stahl 316- bis 850 °C (Luft)- gute Beständigkeit gegen aggressive Medien sowie
gegen Dampf- und Verbrennungsgase in chemischen
Medien■■ Andere Werkstoffe auf Anfrage

Messstellenaufbau
Messstelle isoliert(ungrounded)
Thermopaar

Messstelle

Messstelle nicht isoliert(grounded)

Thermopaar

MantelMessstelle

MantelMessstelle(verschweißtes Thermopaar)
Edelmetall-Thermopaar Typen S, R, B

Thermodraht: Ø 0,35 mm oder Ø 0,5 mm
Isolation:
Isolierstab, Keramik C 799 / Aluminiumoxid
Unedles Thermopaar Typen K, N, J

Rohmaterial MI-Leitung
WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Thermodraht: Ø 1 mm oder Ø 3 mm
Isolation:
Isolierröhrchen, Keramik C 610 / Mullit

Seite 11 von 13

Anschlussleitungen für Thermoelemente
Zur Überbrückung der Distanz zwischen Thermoelement
und Auswerteeinheit müssen bei Thermoelementen spezielle
Anschlusskabel verwendet werden.
Man unterscheidet hier zwischen Thermoleitungen (dasAdermaterial entspricht den Original-Werkstoffen desThermoelementes) und sogenannten Ausgleichsleitungen.
Bei Ausgleichsleitungen entspricht das Adermaterial, in
einem eingeschränkten Temperaturbereich, den thermoelektrischen Eigenschaften des Original-Thermoelementes. Diese
Temperaturgrenzen sind in IEC 60584-3 oder ASTM E230
aufgeführt. Dort stehen auch Informationen zu den Genauigkeitsklassen der Leitungen zur Verfügung.

Anschlussleitung

Die Verwendung dieser speziellen Adermaterialen ist notwendig, um „parasitäre Thermoelemente“ an den Verbindungsstellen Thermoelement – Anschlussleitung zu vermeiden.
■■ Thermoleitung

Die Innenleiter der Thermoleitung sind gefertigt aus den
Originalwerkstoffen des Thermoelementes (aus Kostengründen nicht für edle Thermoelemente verfügbar).
Die Leitungen sind erhältlich in den Genauigkeitsklassen 1
und 2.
■■ Ausgleichsleitung

Die Innenleiter der Ausgleichsleitung sind gefertigt aus
Werkstoffen die den thermoelektrischen Eigenschaften desOriginal-Thermoelementes entsprechen. Dies gilt in einem inder IEC 60584 / ASTM E230 definierten Temperaturbereich
an der Übergangsstelle Kabel ↔ Thermoelement, sowie überden gesamten Verlauf des Kabels.
Verfügbar nur in Genauigkeitsklasse 2.
Bei Thermoelementen Typ B ist die Verwendung vonInnenleitern aus Kupfer erlaubt.
Erwarteter Fehler (Beispiel): 40 μV / 3,5 °C
Das gilt innerhalb eines Temperaturbereichs von 0 ... 100 °C
an der Verbindung von Thermoelement und Ausgleichsleitung. Bei diesem Beispiel beträgt die Temperatur der
Messstelle 1400 °C.
Hinweis:Die potentiellen Fehler von Thermoelement und Anschlussleitung addieren sich!

Seite 12 von 13

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Farbcode von Thermoleitungen und Ausgleichsleitungen
ASTM E230
Thermoleitung

ASTM E230
Ausgleichsleitung

BS 1843

DIN 43714

ISC1610-198

NF C42-323

IEC 60584-3

IEC 60584-3
Eigensicherheit

N
J
K
E
T
R
S
B

09/2016 DE© 2013 WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, alle Rechte vorbehalten.
Die in diesem Dokument beschriebenen Geräte entsprechen in ihren technischen Daten dem derzeitigen Stand der Technik.
Änderungen und den Austausch von Werkstoffen behalten wir uns vor.

WIKA Datenblatt IN 00.23 ∙ 09/2016

Seite 13 von 13

WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG
Alexander-Wiegand-Straße 30
63911 Klingenberg/GermanyTel.
+49 9372 132-0
Fax+49 9372 132-406
info@wika.de
www.wika.de