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Datenblätter
Begriffserklärung zu Thermoelementen
Aufbau und Wirkung
Zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen / Metalllegierungen werden an den Enden miteinander verschweisst („heisses Ende”). Die Schweisstelle wird Messstelle genannt, während die freien Enden des Thermopaares als Vergleichsstelle bezeichnet werden. Durch Veränderung der Temperatur an der Messstelle (gegenüber der Vergleichsstelle) entsteht an der Vergleichsstelle (kaltes Ende) eine Spannung – die Thermospannung. Die freien Enden werden durch isolierte Drähte oder Leitungen mit dem Auswertegerät (z.B.elektronisches Messgerät) verbunden. DieThermospannung wird von den Werkstoffen der Thermopaarung und der Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Vergleichsstelle bestimmt. Die Temperatur an der Vergleichsstelle muss während der Temperaturmessung immer konstant sein. Wenn dies nicht garantiert werden kann, so muss die Vergleichsstelle mittels Thermo- oder Ausgleichsleitung in eine Zone konstanter Temperatur gebracht werden, das Thermopaar wird also bis zur Vergleichsstelle „verlängert”. Zur Bestimmung der Temperatur an der Messstelle muss die Vergleichsstellentemperatur bekannt sein. Es ist zu beachten, dass die Thermoleitung aus Thermomaterial hergestellt ist (z.B.NiCr-Ni), während die Ausgleichsleitung aus einem Ersatzmaterial bestehen kann, das aber bis zu einer Temperatur von 200°C thermoelektrisch äquivalent ist. Zu jedem Thermopaar darf nur die aus dem passendem Material bestehende Ausgleichs-/Thermoleitung verwendet werden.
Die Grundwerte der einzelnen Thermopaarungen sind in Grundwertreihen festgelegt und in den Normblättern DIN43710 sowie IEC584-1 aufgeführt. Die zulässigen Abweichungen (Grenzabweichungen) für Thermopaare nach IEC584-1 sind in der Norm IEC584-2 angegeben. An die Elemente werden durch diese Normblätter bestimmte
Anforderungen in Bezug auf Zusammensetzung, Reinheit und Verarbeitung gestellt. Die Anforderungen für die Verbindungsleitungen (zwischenThermopaar und Anzeigegerät) sind in den Vorschriften für isolierte Leitungen in Starkstromanlagen (VDE0250) festgeschrieben. Für die genormten Ausgleichsleitungen gelten die Vorschriften nach DIN43713 und 43714.
Allgemeine Anforderungen an Thermoelemente
- hoher Temperaturspannungs-Koeffizient
- linearer Spannungsverlauf
- zeitliche Konstanz der thermoelektrischen Eingeschaften
- mechanische und chemische Beständigkeit
- Korosionsbeständigkeit
- im breitem Temperaturbereich anwendbar
- günstiges dynamisches Verhalten
Vergleichsstelle
Nennt man das offene Ende eines Thermopaares oder deren Verlängerung in einem konstanten Temperaturbereich (in der Regel Anschluss an das Messinstrument).
Thermopaar
Wird aus zwei unterschiedlichen (z.B. NiCr und Ni), am einen Ende verschweissten Leiter gebildet. Gemäss ihrer Grundwertreihe werden sie mit einem Buchstaben (K, L, N...) als Typenreihe bezeichnet. Thermoelent-Fühler: besteht aus Thermopaar und Schutzrohr mit Armatur oder Schutzmantel.
Mantelthermoelent-Fühler
biegbare mineralisolierte Edelstahl- oder Inconel-Leitung, dessen Leiter an einem Ende zu einem Thermoelement
verschweisst sind.
Thermoelement-Isolierte Ausführung
Messstelle (Knoten) mit Isoliermaterial (Mg-Oxyd) gegen Mantel isoliert - nicht mit Deckel verschweisst.
Thermoelement-Nichtisolierte Ausführung
Messstellen (Knoten) mit Deckel verschweisst, dadurch entsteht eine galvanische Verbindung zwischen Element und Mantel. Diese Ausführung ist nur für schnelle Messungen (Ansprechzeit) empfehlenswert.
Thermoleitung
Thermoleitungen bestehen in der Regel aus massiven gegeneinander isolierten Drahtleitern aus den gleichen Werkstoffen wie das Thermopaar. Daher lässt sich aus einer Thermoleitung durch Verschweissen der beiden Drähte auf einfache und kostengünstige Art ein isoliertes Einfach-Thermopaar herstellen.
Ausgleichsleitung
Ausgleichsleitungen dienen als thermoelektrische Verlängerung vom Thermoelementen zum Messgerät. Die Ausgleichsleitungen werden aus Originalwerkstoffen (gleicher Material wie das zugehörige Thermoelement), oder aus Ersatzwerkstoffen (die aus Legierungen bestehen die gleiche thermoelektrische Eingeschaften wie das Thermoelement/Themoleitung aufweisen) hergestellt. Die Isolation kann PVC, Teflon, Silikon oder Gleisseide sein.