Thermoelementsensoren sind Teil der Zusammensetzung von Temperaturfühlern, die in vielen professionellen Bereichen eingesetzt werden. Es handelt sich um eine Technologie, die sowohl einfach zu bedienen als auch wirtschaftlich ist. Es bietet außerdem eine kurze Reaktionszeit auf thermische Schwankungen. Die verschiedenen Arten von Thermoelementen decken mehr oder weniger große Temperaturbereiche mit unterschiedlicher Präzision ab. Durch die Wahl ihrer Verbindungsstelle und ihres Kaltstellenkompensationssystems sind sie in verschiedenen Umgebungen einsetzbar.
Um das Thermoelement zu identifizieren, das am besten für Ihren Anwendungsbereich und Ihr Budget geeignet ist, ist es wichtig, seine Funktionsweise zu verstehen und seine Typologien zu unterscheiden.
Was ist ein Thermoelement?
Das Thermoelement ist einer der beiden häufigsten Typen von Temperatursensoren.
- Das Thermoelement ermöglicht die Messung der Temperatur durch Berechnung einer Spannungsdifferenz zwischen zwei Punkten. Dabei handelt es sich um ein System, das auf einem thermoelektrischen Prinzip basiert.
- Die zweite Kategorie, der Thermistor-Temperatursensor, verwendet ein thermoresistives Prinzip. Es ist die Widerstandsänderung der Materialien, die zur Berechnung der Temperaturdifferenz verwendet wird. Bei den Materialien handelt es sich um Metalloxide, gepresst und verkapselt.
Funktionsweise des Thermoelements
Ein Thermoelement oder thermoelektrisches Paar besteht aus zwei Drähten aus unterschiedlich leitfähigen Metallen. Die Drähte werden durch zwei Arten von Lot verbunden: Hot Spot und Cold Spot. Auch Referenzstelle genannt. UEs entsteht eine elektrische Spannung, wenn sich die Temperatur der heißen Verbindungsstelle ändert. Anschließend messen wir den Unterschied im elektrischen Potential zwischen der heißen und der kalten Verbindung, um die Temperatur zu messen. Dies nennen wir den thermoelektrischen Seebeck-Effekt, benannt nach dem deutschen Physiker Thomas Johann Seebeck, der dieses Phänomen 1821 theoretisierte.
Mit einem Voltmeter lässt sichdie Spannung messen, die in den leitenden Metalldrähten als Funktion der Temperaturschwankung erzeugt wird. Wir berechnen die Potenzialdifferenz (elektromotorische Kraft) zwischen der Heißstelle und der Kaltstelle. Anschließend rechnet ein Temperatursender diese Daten in Grad Celsius um. Die Umrechnung der Spannung in die Temperatur erfolgt mithilfe einer Referenztabelle und hängt von den Metallarten ab, aus denen das Thermoelement besteht. Tatsächlich ist die thermoelektrische Empfindlichkeit jedes Metalls unterschiedlich. Basierend auf dieser Empfindlichkeit wurde jedem Material ein Seebeck-Koeffizient zugewiesen.
Aufrechterhaltung der Temperatur der Vergleichsstelle
Damit die Thermoelementsonde hochpräzise Informationen liefern kann, muss die Vergleichsstelle eine stabile oder messbare Temperatur aufweisen. Sie sollten wissen, dass diese Vergleichsstelle in Wirklichkeit im Allgemeinen aus zwei verschiedenen Schweißnähten besteht. Es gibt verschiedene Methoden zur Kompensation der Kaltstelle, die insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn die Umgebungstemperatur schwanken kann. Das Eiswasserbad ist eine einfache Methode, die es ermöglicht, die Schweißnaht auf 0°C zu halten. In der Praxis ist es im Labor weithin nützlich, in einer industriellen Umgebung kann die Implementierung jedoch komplex sein. Es ist auch möglich, ein zweites Messgerät zu verwenden, das eine Temperaturkontrolle des Referenzpunkts durchführt. Da die Messtabellen in der Regel von einer Vergleichsstellentemperatur von 0 °C ausgehen, muss anschließend eine Berechnung unter Berücksichtigung der gemessenen Temperatur durchgeführt werden.
Wenn der Abstand zwischen Messpunkt und Messgerät groß ist, kann es notwendig sein, eine Verlängerung hinzuzufügen. Das Material dieses Kabels muss identisch mit dem Thermoelementtyp kalibriert sein, um Fehlmessungen zu vermeiden. Eine Lösung besteht darin, direkt das gleiche Material zu verwenden, was teuer sein kann, dann handelt es sich um ein Verlängerungskabel. Es ist auch möglich, ein Kompensationskabel zu verwenden, das aus anderen Metallen als denen des Thermoelements besteht.
Typen standardisierter Thermoelemente
Das Design von Thermoelementsensoren besteht aus allen Arten von Metallen. Hauptsächlich werden jedoch 8 Arten von Thermoelementen verwendet. Dies sind die Arten von Thermoelementen, die von der europäischen Norm IEC 60584 abgedeckt werden.1. Diese Norm listet Thermoelemente auf, indem sie sie mit einem Buchstaben und einem Namen bezeichnen, bei dem das positive Element an erster Stelle steht.
Die am häufigsten verwendeten Thermoelementtypen
- Typ K (Chromel (Nickel-Chrom-Legierung) / Alumel (Nickel-Aluminium-Legierung)) ist das in der Industrie am häufigsten verwendete Thermoelement. Es deckt einen großen Temperaturmessbereich von -200 bis 1200 °C ab. Der Preis ist günstig und die Empfindlichkeit liegt bei etwa 41 uV/°C.
- Das Thermoelement Typ J (Eisen/Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung)) ist in einer reduzierenden Umgebung nützlich. Es misst die Temperatur in einem Bereich von -40 bis 750 °C. Es sollte nicht über 760 °C verwendet werden, da dies zu einer magnetischen Transformation und damit zu einer dauerhaften Dekalibrierung führen kann. Aufgrund des Eisenanteils ist es empfindlich gegenüber Oxidation und wird häufig mit einer Edelstahlummantelung angeboten.
- Der Typ T (Kupfer/Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung)) wird hauptsächlich im Labor in einem Bereich von -185 bis 300°C eingesetzt. Es ist bei Tieftemperaturmessungen und Kryotechnik sehr stabil.
- Typ E (Chromel (Nickel-Chrom-Legierung) / Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung)) ist für Temperaturmessungen zwischen -40 und 800 °C geeignet. Es wird für den Einsatz in Vakuum, Inertgas, mäßig oxidierender oder reduzierender Umgebung empfohlen.
Typen von Thermoelementen, die für hohe Temperaturen reserviert sind
- Der Typ N (Nicrosil (Nickel-Chrom-Silizium-Legierung) / Nisil (Nickel-Silizium-Legierung)) zeichnet sich durch hohe Stabilität und Oxidationsbeständigkeit aus. Es dient der kurzfristigen Messung hoher Temperaturen bis über 1280 °C. Es hat den Vorteil, dass es zu einem günstigeren Preis erhältlich ist als andere Arten von Thermoelementen für hohe Temperaturen, B, R oder S, die Platin enthalten.
- Die Typen S (Platin rhodiniert 10 % / Platin) und R (Platin rhodiniert 13 % / Platin) haben ähnliche Eigenschaften. Sie dienen zur Messung hoher Temperaturen, also über 1000 °C und bis 1600 °C. Aufgrund seiner hohen Stabilität wird Typ S als Standard für den Schmelzpunkt von Gold (1064,43 °C) verwendet.
- Das Thermoelement Typ B (30 % mit Platin rhodiniert / 6 % mit Platin rhodiniert) ist für Temperaturmessungen bis zu 1.600 °C kontinuierlich und 1.800 °C Spitze ausgelegt.
Die Wahl eines Temperaturfühlers ist nicht auf die Art des Thermoelements beschränkt, auch die anderen Elemente, aus denen er besteht, müssen Ihren Anforderungen am besten entsprechen. Thermometer-Berater.fr steht Ihnen gerne zur Verfügung, um Sie bezüglich des von Ihnen benötigten Sondentyps zu beraten. Außerdem entwerfen wir gemeinsam mit Ihnen die maßgeschneiderte Sonde, die am besten zu Ihrer Anwendung passt.
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