Thermoelemente sind in der Industrie weit verbreitete Arten von Temperatursensoren. Sie sind robust, reagieren schnell und können hohe Temperaturen messen. Das Thermoelement ist ein Sensor, der im Gegensatz zum Beispiel zum Infrarot-Thermometer mit der zu messenden Umgebung in Kontakt kommt. Der Thermoelement-Temperatursensor kann in ein flüssiges oder gasförmiges Medium eingetaucht und an einen Rekorder angeschlossen werden. Um die thermische Messmethode des Thermoelements zu verstehen, müssen Sie sich zunächst seine Zusammensetzung ansehen. Wir werden dann sehen, wie aus der Messung eines elektrischen Stroms auf die Temperatur geschlossen wird. Um sicherzustellen, dass die Temperaturmessung mit dem Thermoelement genau ist, sind bestimmte Vorgehensweisen unerlässlich.
Die Thermoelementsonde nutzt elektromotorische Kraft
Der Thermoelement-Temperatursensor enthält zwei leitfähige Metall- oder Metalllegierungsdrähte. Diese Drähte sind an einem Ende verbunden. An dieser Verbindungsstelle wird die Temperatur gemessen. Es wird im Allgemeinen als Heißschweißen bezeichnet. Ihr anderes Ende ist über eine sogenannte Kaltlötstelle mit der Temperaturmessbox verbunden.
Wenn sich die Temperatur der heißen Schweißnaht ändert, wird ein schwacher elektrischer Strom erzeugt. Diese elektromotorische Kraft (oder EMK) ist proportional zur Temperatur in Grad Celsius am Messpunkt. Thermoelement-Umrechnungstabellen werden verwendet, um eine Korrespondenz zwischen dem gemessenen Strom und der Temperatur herzustellen.
Wie wählt man die Materialien aus, aus denen eine Thermoelementsonde besteht?
Der Temperaturmessbereich von Thermoelementsensoren variiert je nach den für ihre Herstellung verwendeten Metallen. Dieser Unterschied hängt von der Leitfähigkeit der Legierungen ab, aus denen die Drähte des Paares bestehen. Diese Kombinationen aus zwei Arten von Legierungen werden nach den sogenannten Thermoelementtypen klassifiziert.
Verbindungskabel liegen in der Regel zwischen den Thermoelementdrähten und den Messgeräten, ohne die Ergebnisse zu verfälschen. Dies ist dank dem Gesetz der Zwischenmetalle möglich. Selbst wenn ein dritter homogener Leiter einen Stromkreis integriert, ändert sich nach diesem Prinzip die vorhandene elektromotorische Kraft nicht.
Wie kann die Temperaturmessgenauigkeit des Thermoelements sichergestellt werden?
Um ein Thermoelement richtig zu verwenden, müssen Sie zwei wesentliche Elemente beachten. Wenn die heiße Verbindungsstelle der Teil der Sonde ist, der für die Temperaturmessung am wichtigsten zu sein scheint, sollten Sie wissen, dass das Prinzip vor allem dank der Differenz zwischen den messbaren Spannungen an den beiden Enden der Drähte funktioniert . Es ist daher erforderlich, eine sogenannte Vergleichsstellenkompensation durchzuführen. Es ist außerdem erforderlich , die Zuverlässigkeit des Messsystems sicherzustellen, indem in verschiedenen Phasen der Lebensdauer des Temperaturfühlers eine Kalibrierung durchgeführt wird.
Kaltstellenkompensation
Der gemessene elektrische Strom ergibt sich tatsächlich aus der Temperaturdifferenz zwischen der Heißstelle und der Kaltstelle. Es gibt verschiedene Methoden zur Kompensation der Kaltstelle. Am zuverlässigsten ist es, die Vergleichsstelle auf einer Temperatur von 0°C zu halten, indem man sie in ein Eiswasserbad legt. Obwohl diese Methode in einem Labor leicht anwendbar ist, ist sie für eine industrielle Umgebung nicht sehr geeignet.
Eine zweite Methode besteht darin, die Vergleichsstelle in einen Kalibrierofen zu legen, der die Verbindungsstelle mithilfe eines Thermostats auf einer bekannten Temperatur hält. Es ist auch möglich, die Kaltstelle auf Raumtemperatur zu belassen und die Temperatur an dieser Stelle zu messen. Wenn eine dieser letzten beiden Methoden gewählt wird, ist es notwendig, eine Differentialrechnung durchzuführen, um die Temperatur der heißen Verbindungsstelle abzuleiten. Tatsächlich beginnen die Umrechnungstabellen bei einer Temperatur von 0°C. Der erhaltene Spannungsmesswert wird dann je nach Typ des Thermoelements in Grad Celsius umgerechnet. Es gibt Messgeräte, die die Kompensationsberechnung anhand anpassbarer Parameter direkt durchführen können.
Kalibrieren Sie die Thermoelementsonde
Die Kalibrierung des Thermoelements erfolgt direkt nach seiner Herstellung, bevor es in den Verkauf kommt. Es gibt eine weitere Kalibrierung bei jeder Änderung der Zuordnung. Es wird außerdem empfohlen, eine Thermoelementsonde zu kalibrieren, sobald der Verdacht einer Fehlfunktion besteht.
Es gibt zwei Haupt-Kalibrierungsmethoden für einen Thermoelementsensor. Bei der Kalibrierung durch Vergleich wird die Temperaturmessung des Thermoelements mit der Temperaturmessung einer anderen thermischen Messsonde verglichen. Die Festpunkttechnik besteht darin, die Thermoelementsonde einer präzisen Temperatur auszusetzen. Dies ist 0,01 °C, die Temperatur, die man erhält, wenn Wasser zu gleichen Teilen in seinen drei Formen vorliegt.
Thermische Messung in der Industrie
Unabhängig vom Tätigkeitsbereich erfordern viele industrielle Prozesse den Einsatz eines Detektors zur Temperaturmessung. Das Thermoelement ist eines der am häufigsten verwendeten Geräte. Seine Reaktionszeit ist kurz, er ist kostengünstig und er kann hohe Temperaturen messen. Thermistorsensoren sind auch in der Industrie weit verbreitet. Dieser Sondentyp misst die Temperatur anhand von Änderungen im Widerstand von Materialien. Schließlich bieten Gas- oder Flüssigkeitsausdehnungsthermometer (Öl oder Glycerin) eine hohe Präzision. Allerdings ist ihr Messbereich geringer als der eines Thermoelements oder Widerstandssonden.
Weitere Informationen zu Thermoelementen:
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