Ein Thermoelement ist ein Temperatursensor, der auf dem sogenannten Seebeck-Effekt basiert. Er besteht aus zwei unterschiedlichen Metallen oder Metalllegierungen, die an einer Messstelle miteinander verbunden sind. Entsteht zwischen der Messstelle und der Referenzstelle ein Temperaturunterschied, wird eine elektrische Spannung erzeugt, die proportional zur Temperaturdifferenz ist.
Aufgrund ihrer Robustheit, ihres großen Messbereichs und ihrer schnellen Reaktionszeiten gehören Thermoelemente zu den am häufigsten eingesetzten Temperatursensoren in Industrie, Forschung, Prüftechnik und Prozessautomation.
Wie funktioniert ein Thermoelement?
Ein Thermoelement erzeugt eine sehr kleine Thermospannung im Millivolt-Bereich (mV), sobald zwischen den beiden Verbindungsstellen der unterschiedlichen Metalle eine Temperaturdifferenz besteht.
Der zugrunde liegende physikalische Effekt wird als Seebeck-Effekt bezeichnet. Die erzeugte Spannung wird gemessen und mithilfe normierter Kennlinien in einen Temperaturwert umgerechnet.
Da Thermoelemente immer eine Temperaturdifferenz messen, ist eine sogenannte Vergleichs- oder Referenzmessstelle erforderlich. Moderne Messsysteme verfügen hierzu über eine integrierte Kaltstellenkompensation, welche die Referenztemperatur automatisch berücksichtigt.
Vorteile von Thermoelementen
Thermoelemente bieten zahlreiche Vorteile:
- Großer Temperaturmessbereich
- Schnelle Reaktionszeiten
- Robuste Bauweise
- Hohe Vibrationsfestigkeit
- Geeignet für extreme Umgebungsbedingungen
- Geringer Platzbedarf
- Kostengünstige Temperaturmessung
- Einsatz bei sehr hohen Temperaturen möglich
Dadurch eignen sie sich besonders für industrielle Prozesse, Prüfanlagen, Öfen, Motoren, Energietechnik und Laboranwendungen.
Thermoelemente in Delphin Messsystemen
Die Messdatenerfassungssysteme von Delphin Technology unterstützen die direkte Erfassung unterschiedlichster Thermoelement-Typen über die integrierten Analogeingänge. Zusätzliche Messumformer sind hierfür in vielen Anwendungen nicht erforderlich. Die notwendige Vergleichsmessstelle beziehungsweise Kaltstellenkompensation ist bereits im Gerät integriert, wodurch eine präzise Temperaturmessung ermöglicht wird. Darüber hinaus können Temperaturdaten direkt aufgezeichnet, visualisiert und analysiert werden.
Durch die universelle Messdatenerfassung lassen sich Thermoelemente mit weiteren Messgrößen wie Druck, Strom, Spannung, Schwingung oder Durchfluss kombinieren und gemeinsam auswerten.
Thermoelement-Typen
Je nach Temperaturbereich, Genauigkeitsanforderungen und Einsatzbedingungen kommen unterschiedliche Thermoelement-Typen zum Einsatz. Die verschiedenen Typen unterscheiden sich durch die verwendeten Metalle beziehungsweise Metalllegierungen sowie ihre jeweiligen Kennlinien.
Typ J (Fe-CuNi)
Material: Eisen – Konstantan (CuNi)
Eigenschaften:
- Hohe Empfindlichkeit
- Geeignet für normale Industrieanwendungen
- Gute Messgenauigkeit im mittleren Temperaturbereich
- Nicht optimal für oxidative Umgebungen bei hohen Temperaturen
Typische Anwendungen:
- Maschinenbau
- Heiztechnik
- Laboranwendungen
Typ N (NiCrSi-NiSi)
Material: Nicrosil – Nisil
Eigenschaften:
- Hohe Langzeitstabilität
- Gute Oxidationsbeständigkeit
- Geringe Alterungseffekte
- Alternative zum Typ K bei hohen Anforderungen
Typische Anwendungen:
- Kraftwerkstechnik
- Prozessindustrie
- Hochtemperaturprozesse
Typ E (NiCr-CuNi)
Material: Nickel-Chrom – Konstantan
Eigenschaften:
- Sehr hohe Thermospannung
- Hohe Empfindlichkeit
- Gute Genauigkeit auch bei niedrigeren Temperaturen
Typische Anwendungen:
- Labor- und Prüftechnik
- Präzisionsmessungen
Typ T (Cu-CuNi)
Material: Kupfer – Konstantan
Eigenschaften:
- Sehr gute Genauigkeit bei niedrigen Temperaturen
- Hohe Stabilität
- Besonders für Tieftemperaturmessungen geeignet
Typische Anwendungen:
- Kältetechnik
- Umweltmesstechnik
- Lebensmittelindustrie
Typ R (Pt13Rh-Pt)
Material: Platin-Rhodium (13 %) – Platin
Eigenschaften:
- Sehr hohe Genauigkeit
- Hohe Langzeitstabilität
- Für sehr hohe Temperaturen geeignet
Typische Anwendungen:
- Kalibrierlabore
- Glasindustrie
- Hochtemperaturöfen
Typ S (Pt10Rh-Pt)
Material: Platin-Rhodium (10 %) – Platin
Eigenschaften:
- Exzellente Messgenauigkeit
- Sehr stabile Kennlinie
- Referenzsensor für Kalibrieranwendungen
Typische Anwendungen:
- Forschung
- Kalibriertechnik
- Hochpräzise Temperaturmessungen
Typ B (Pt30Rh-Pt6Rh)
Material: Platin-Rhodium (30 %) / Platin-Rhodium (6 %)
Eigenschaften:
- Für extrem hohe Temperaturen geeignet
- Hervorragende Stabilität
- Lange Lebensdauer
Typische Anwendungen:
- Metallurgie
- Hochtemperaturöfen
- Wärmebehandlungsanlagen
Auswahl des richtigen Thermoelements
Die Wahl des geeigneten Thermoelements hängt von verschiedenen Faktoren ab:
- Temperaturbereich
- Messgenauigkeit
- Umgebungsbedingungen
- Chemische Belastung
- Reaktionsgeschwindigkeit
- Langzeitstabilität
- Wirtschaftlichkeit
Für Standardanwendungen werden häufig die Typen J, N, E oder T eingesetzt, während die Edelmetall-Thermoelemente R, S und B vor allem bei hochpräzisen und sehr hochtemperierten Prozessen zum Einsatz kommen.
Vorteile der Temperaturmessung mit Thermoelementen
- Messung von Temperaturen bis weit über 1.000 °C
- Hohe Robustheit
- Schnelle Ansprechzeiten
- Große Auswahl an Sensortypen
- Einfache Integration in Messsysteme
- Bewährte Technologie für Industrie und Forschung