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Prinzip eines Thermoelements

 

Entsprechend dem Seebeck-Effekt entsteht beim Verbinden von zwei verschiedenen Metallen an deren Berührungsstellen eine Berührungsspannung, welche temperaturabhängig ist.

Ein physikalisches Thermoelement besteht aus zwei dieser Berührungsstellen. Besteht zwischen diesen keine Temperaturdifferenz, so heben sich die beiden Berührungsspannungen auf. Haben die beiden ( meist verlöteten oder verschweißten) Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen, so fließt als Folge einer Thermospannung einen Thermostrom.

Dieser, sogenannte thermoelektrische Effekt wurde im 19.Jahrhundert von Seebeck entdeckt und nach ihm benannt.

Es lässt sich bei einem Thermoelement keine "absolute" Temperatur messen, sondern nur eine Differenz der Temperaturen beider Messstellen (100 bzw. 0 ?C). Auch bei 0?C entsteht eine Thermospannung, welche erst nach dem absoluten Nullpunkt völlig verschwindet (siehe: Temperatur/Grundlagen ). Eine in den genormten Spannungsreihen verschiedener Thermoelemente angegebene Spannung bedeutet immer: < bezogen auf 0?C > und kann nach folgender Formel berechnet werden.

U (100?C) = U (th bei 100?C) - U (th bei 0?C)

In der technischen Anwendung ist das Thermoelement nur an seiner Messstelle direkt miteinander verbunden, während die Enden des Thermodrahtes an der sogenannten Vergleichsstelle angeschlossen sind. An der Vergleichstelle ist das Messgerät ?essleitungen aus Kupfer angeschlossen. Um nun die Temperatur richtig messen zu k?n, muss, entsprechend oben benannter Formel, die Temperatur der Vergleichsstelle bekannt sein. Desweiteren müssen beide Messleitungen, von der Vergleichstelle zum Messgerät, aus dem gleichen Material bestehen, um die Enstehung weiterer Thermospannungen zu verhindern.

Die Temperatur der Vergleichstelle wird in der technischen Anwendung entweder erfasst oder konstant gehalten.

Bei der Erfassung wird an der Vergleichsstelle die Klemmentemperatur, durch einen PT100 oder NTC-Widerstand, gemessen. Konstante Werte (50?C oder auch 0?C) werden durch elektrische Geräte, sogenannte Vergleichsstellenthermostate, erzeugt und die entsprechende Thermospannung als Festwert zum Messwert addiert. Die gemessene Thermospannung muss um den bekannten Wert der Vergleichstelle addiert werden, um die Temperatur entsprechend der Spanungsreihe als Wert angeben zu k?n

U Thermospannung = U gemessene Spannung + U Spannung Vergleichstelle

In der Industrie werden Thermoelemente durch Ausgleichsleitungen oder Thermoleitungen verlängert, da der Standort der Auswerteeinheit oft weit entfernt ist und ein Thermoelement bis zur Vergleichstelle zu fertigen ein grosses Maß an Kosten verursachen würde. Diese Leitungen sind aus einem Material gefertigt, welches in festgelegten Temperaturbereichen ein ähnliches Verhalten wie Thermoelemente besitzt, um den produzierten Messfehler möglichst klein zu halten.

Es ist zwingend notwendig, dass die verwendeten Leitungen dem Thermotyp des Thermoelementes entsprechen

Aus diesem Grunde wurden die gängisten Thermoelementtypen in einer Norm erfasst und mit Kennbuchstaben belegt. Diese Norm ist im europäischen Raum die DIN IEC 584-1.