Thermoelemente

Wie Thermoelemente Temperatur erfassen

Das Messprinzip beruht auf dem Seebeck-Effekt: Werden zwei verschiedene Metalle verbunden und besteht zwischen Messstelle und Referenzstelle eine Temperaturdifferenz, entsteht eine elektrische Spannung. Diese Thermospannung ist klein und muss mit geeigneter Auswerteelektronik erfasst werden. Für eine korrekte Temperaturbestimmung braucht das System eine bekannte Referenztemperatur oder eine elektronische Vergleichsstellenkompensation. Thermoelemente messen damit nicht direkt eine absolute Temperatur, sondern eine temperaturabhängige Spannungsdifferenz.

Einsatzbereiche in Prozess-, Labor- und Umweltmesstechnik

Thermoelemente werden in industriellen Prozessen, an Anlagenkomponenten, in Prüfständen, in Laboraufbauten und in thermischen Überwachungen eingesetzt. Typische Messaufgaben sind die Erfassung von Medien- und Oberflächentemperaturen, die Überwachung von Öfen, Abgasen, Rohrleitungen oder Maschinenbauteilen sowie Messungen in bewegten oder vibrationsbelasteten Umgebungen. Je nach Bauform eignen sie sich für Einsteckmessungen, Anlege- und Oberflächenmessungen oder für den Einbau in Schutzrohre. In der Energie- und Umweltbranche werden sie eingesetzt, wenn Temperaturdaten Teil einer grösseren Messkette für Analyse, Regelung oder Zustandsüberwachung sind.

Typen, Werkstoffe und Bauformen

Thermoelemente sind in verschiedenen Typen erhältlich, etwa als Typ K, J, T, N sowie in Edelmetall-Ausführungen wie S, R oder B. Die Wahl des Typs richtet sich nach Temperaturbereich, Medium, chemischer Belastung, geforderter Stabilität und der benötigten Genauigkeit der Gesamtmessung. Neben dem Sensortyp ist auch die Bauform relevant: verbreitet sind mineralisolierte Mantelthermoelemente, Einstechfühler, Oberflächenfühler, Luftfühler und Ausführungen mit Schutzarmatur. Ebenso zu berücksichtigen sind Anschlussleitung, Steckverbindung, Schutzmaterial und die Ausführung der Messstelle, etwa isoliert oder geerdet.

Abgrenzung zu Widerstandsthermometern und anderer Temperaturmessung

Innerhalb der übergeordneten Leistung Temperatur, Feuchtigkeit und Wetter sind Thermoelemente eine spezifische Sensorlösung für die Kontakt-Temperaturmessung. Im Unterschied zu Widerstandsthermometern beruht ihr Signal nicht auf einer Widerstandsänderung, sondern auf einer Thermospannung. Widerstandsthermometer werden häufig gewählt, wenn hohe Messgenauigkeit und gute Langzeitstabilität im mittleren Temperaturbereich im Vordergrund stehen; Thermoelemente werden oft bei höheren Temperaturen, schnellen Temperaturwechseln oder rauen Einsatzbedingungen eingesetzt. Gegenüber der allgemeinen Leistung Temperaturmessung bezeichnen Thermoelemente somit nicht die gesamte Messaufgabe, sondern eine klar definierte Sensortechnologie.