Temperaturmessung mit Thermoelementen
Wie funktioniert ein Thermoelement? - Aufbau und Funktionsweise
Ein Thermoelement wandelt Wärme durch Thermoelektrizität in elektrische Energie um. Ein Thermoelement bzw. Mantelthermoelement ist ein Bauteil, das aus zwei unterschiedlichen metallischen Leitern besteht, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Ein Temperaturunterschied erzeugt einen Wärmefluss und eine Thermospannung.
Zur Temperaturmessung mit Thermoelementen bzw. Mantelthermoelementen werden die temperaturabhängigen Eigenschaften von Stoffen herangezogen, z.B. die Wärmeausdehnung (Ausdehnungsthermometer), die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von metallischen Leitern (elektrische Thermometer), die elektromotorische Kraft (Thermoelement) usw. Eine Temperaturmesseinrichtung mit einem Thermoelement als Messwertgeber besteht in der Regel aus dem Thermoelement mit einer Messstelle, einer Verlängerungsleitung, einer Vergleichsstelle mit bekannter bzw. konstanter Temperatur und einem Spannungsmessgerät.
Die Höhe der vom Thermopaar erzeugten elektromotorischen Kraft (EMK) ist von der Differenz der Messtemperatur und der Temperatur der sogenannten freien Enden der Thermoschenkel, die sich im Anschlusskopf befinden, abhängig. Der Anschlusskopf befindet sich in den meisten Betriebsfällen relativ nahe an der Messstelle und ist somit meist Temperaturschwankungen ausgesetzt. Man benötigt hier eine Verbindungsleitung zwischen dem Thermoelement und der Vergleichsstelle, die die gleiche thermoelektrischen Eigenschaften hat wie das Thermoelement selbst. Dieses Bindeglied ist die Ausgleichsleitung bzw. Thermoleitung.
Temperatur als Messgröße
Die Temperatur ist bei vielen Vorgängen in der Natur, Forschung und Produktion ein wichtiger und zu berücksichtigender Faktor. Sie ist eine thermodynamische Zustandsgröße, die den Wärmezustand eines Stoffes kennzeichnet. Die Festigkeit eines Stoffes ändert sich mit der Temperatur. Deshalb muss das Verhalten der Stoffe bei verschiedenen Temperaturen geprüft werden. Um den Temperaturwert erfassen zu können, bedient man sich definierter Größen, die erfahrungsgemäß immer bei der gleichen Temperatur ablaufen. Als feste Größe kann man hier z.B. den Eispunkt und den Siedepunkt des Wassers heranziehen.
Anschlussleitungen für Thermoelemente
Wir unterscheiden zwischen Originalwerkstoffen und Ersatzwerkstoffen. Leitungen aus Originalwerkstoffen werden als Thermoleitung oder Thermoelementenleitung bezeichnet; Leitermaterialien aus Ersatzwerkstoffen als Ausgleichsleitung. Detailierte Informationen zu den drei Arten von Leitungstypen bzw. Anschlussleitungen, finden Sie unter dem jeweiligen Link.
Thermoelemente - Grundlegende Arten und Bauformen
Thermoelemente gibt es in unterschiedlichen Ausführungen bzw. Bauarten. In der folgenden Übersicht finden Sie grundlegende Arten von Mantel-Thermoelementen, die je nach Einsatzzweck häufig eingesetzt werden.
Weitere technische Informationen der unterschiedlichen Thermoelementen-Typen finden Sie in der folgenden Übersicht:
