Thermoelement-Draht erklärt: Prinzip, Teile, Typen und Auswahl

Was ist Thermoelementdraht?

Ein Thermodraht ist ein Temperatursensor, der durch die Verbindung zweier ungleicher Metalle hergestellt wird. Wenn diese Metalle erhitzt oder abgekühlt werden, erzeugen sie eine kleine Spannung, die als thermoelektrischer Effekt bekannt ist und in direktem Zusammenhang mit dem Temperaturunterschied zwischen den beiden Verbindungsstellen steht. Diese Spannung kann dann gemessen und in einen Temperaturwert umgewandelt werden.

Thermoelementdrähte werden häufig in industriellen, wissenschaftlichen und kommerziellen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine präzise Temperaturüberwachung wichtig ist. Besonders beliebt sind sie in Prozessen, die eine hohe Temperaturkontrolle erfordern, wie z. B. in Öfen und Motoren. Je nach Temperaturbereich und den spezifischen Anforderungen der Anwendung werden verschiedene Arten von Thermoelementen verwendet - ein Thema, auf das wir später noch genauer eingehen werden.

Arbeitsprinzip von Thermoelementdrähten

Das Grundprinzip für den Betrieb von Thermodrähten ist der Seebeck-Effekt, ein Phänomen, bei dem eine Spannung erzeugt wird, wenn zwei ungleiche Metalle an zwei Verbindungsstellen miteinander verbunden werden, die unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Dieser Prozess kann in vier wichtige Schritte unterteilt werden, von der Herstellung der Verbindungsstellen bis zur endgültigen Temperaturmessung, wie im Folgenden beschrieben:

1. Heiße und kalte Verbindungsstellen: Eine Verbindungsstelle des Thermodrahtes wird an der Messstelle platziert (die heiße Verbindungsstelle) und das andere Ende wird bei einer Referenztemperatur platziert (die kalte Verbindungsstelle oder "Referenzstelle").
2. Spannungserzeugung: Da die beiden ungleichen Metalle Temperaturunterschieden ausgesetzt sind, wird an der Verbindungsstelle eine kleine Spannung erzeugt. Diese Spannung steht in direktem Zusammenhang mit dem Temperaturunterschied zwischen den beiden Enden des Drahtes.
3. Messung der Spannung: Diese Spannung wird dann von einem Gerät (z. B. einem Voltmeter oder einem Thermoelementmessgerät) gemessen, und auf der Grundlage dieser Spannung wird die Temperatur der heißen Verbindungsstelle berechnet.
4. Ausgang: Die erzeugte Spannung variiert je nach Art der verwendeten Metalle und wird zur Bestimmung der Temperatur an der heißen Verbindungsstelle verwendet.

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Weitere Lektüre: Positiv oder negativ? Ein Leitfaden für Anfänger zur Identifizierung von Thermoelementdrähten

Thermoelementdrahtteile erklärt

Ein typischer Thermoelementdraht besteht aus mehreren Hauptkomponenten:

1. Leitende Drähte: Die Drähte selbst werden aus zwei verschiedenen Metallen hergestellt, die aufgrund ihrer thermoelektrischen Eigenschaften ausgewählt werden. Übliche Materialien sind:
• Kupfer (für Thermoelemente vom Typ T)
• Nickel-Chrom und Nickel-Aluminium (für Thermoelemente vom Typ K)
• Platin und Rhodium (für Thermoelemente vom Typ R, S und B)
2. Übergänge: In einem Thermoelementkreis gibt es zwei Übergänge:
• Heiße Verbindungsstelle: Das Messende, an dem die Temperatur gemessen wird.
• Kalte Verbindungsstelle (oder Referenzverbindung): Das Ende des Thermoelementes, das auf einer bekannten Referenztemperatur gehalten wird.
3. Isolierung: Zum Schutz der Drähte und zur Vermeidung von Kurzschlüssen werden Thermoelementdrähte häufig mit Materialien wie Glasfaser, Teflon oder Keramikbeschichtungen isoliert. Die Isolierung sorgt auch für genaue Messwerte, indem sie verhindert, dass die Drähte miteinander in Kontakt kommen.
4. Schutzummantelung: Einige Thermoelementdrähte sind mit einer Schutzummantelung aus Materialien wie Edelstahl versehen, um sie vor physischen Schäden und chemischer Einwirkung zu schützen und sicherzustellen, dass der Draht in rauen Umgebungen intakt bleibt.

Thermoelement-Typen

Thermoelementdrähte sind speziell auf den Typ des Thermoelementes abgestimmt, mit dem sie verwendet werden, da jeder Typ einer einzigartigen Kombination von Metallen und Temperaturbereichen entspricht. Einige der gängigsten Typen sind:

1. Typ K (Chromel-Alumel): Dies ist der am häufigsten verwendete Thermoelementtyp, der für seine Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit bekannt ist. Er verfügt über einen großen Temperaturbereich, in der Regel von -270°C bis 1372°C, und wird häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt.
2. Typ J (Eisen-Konstantan): Thermoelemente vom Typ J sind für Temperaturen von -40°C bis 750°C geeignet und werden häufig für allgemeine Temperaturmessungen verwendet.
3. Typ T (Kupfer-Konstantan): Diese Thermoelemente sind ideal für Messungen bei niedrigen Temperaturen mit einem Bereich von -200°C bis 350°C. Sie werden häufig in der Kryotechnik und in der Lebensmittelindustrie eingesetzt.
4. Typ R (Platin-Rhodium): Thermoelemente vom Typ R werden für Hochtemperaturmessungen verwendet, typischerweise zwischen 0°C und 1600°C. Sie sind sehr genau und werden typischerweise in wissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt.
5. Typ S (Platin-Rhodium): Ähnlich wie Typ R, jedoch mit unterschiedlichen Anteilen von Platin und Rhodium. Sie werden für hochpräzise Messungen in Laboratorien verwendet.
6. Typ B (Platin-Rhodium): Bekannt für die Messung sehr hoher Temperaturen, mit einem Bereich von bis zu 1700°C. Typ B wird häufig in industriellen Hochtemperaturanwendungen eingesetzt, z. B. zur Überwachung von Öfen.
7. Typ E (Chromel-Constantan): Thermoelemente vom Typ E haben eine hohe Leistung und eignen sich für Messungen bei niedrigen Temperaturen. Ihr Bereich reicht von -200°C bis 900°C.
8. Typ N (Nicrosil-Nisil): Dieser Thermoelementtyp weist eine verbesserte Stabilität und Oxidationsbeständigkeit auf und eignet sich daher für hochpräzise industrielle Anwendungen. Sein Temperaturbereich reicht von -200°C bis 1300°C.

Auswahl des Thermoelementdrahtes

Beim Kauf von Thermoelementdraht ist es wichtig, den richtigen Typ für Ihre spezielle Anwendung auszuwählen. Ganz gleich, ob Sie in der Industrie, in der Forschung oder im Labor arbeiten, die Wahl eines qualitativ hochwertigen Thermodrahtes gewährleistet Genauigkeit und Langlebigkeit bei Temperaturmessungen.

• Temperaturbereich: Vergewissern Sie sich, dass der Thermodraht, den Sie kaufen, den richtigen Temperaturbereich für Ihre speziellen Anforderungen hat.
• Material: Wählen Sie einen Thermodraht aus Materialien, die für die Umgebung geeignet sind, in der er eingesetzt werden soll. Wählen Sie beispielsweise für Hochtemperaturumgebungen ein Thermoelement vom Typ K oder Typ S.
• Isolierung und Ummantelung: Wählen Sie je nach den Bedingungen (z. B. Einwirkung von Chemikalien, hohe Luftfeuchtigkeit oder extreme Temperaturen) eine geeignete Isolierung und Schutzummantelung.
• Messgenauigkeit: Vergewissern Sie sich, dass der Draht für den Präzisionsgrad ausgelegt ist, der für Ihre Anwendung erforderlich ist.

Durch die sorgfältige Auswahl von Thermoelementdrähten, die den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung entsprechen, können Sie zuverlässige und genaue Temperaturmessungen in jeder Umgebung gewährleisten. Stanford Advanced Materials (SAM) bietet eine umfassende Auswahl an hochwertigen Thermoelementdrähten, einschließlich Thermoelementdrähte aus Platin-Rhodium (Pt-Rh), Typ J, Typ K und Wolfram-Rhenium-Legierungen. Ausführliche Informationen über unser Angebot an Thermoelementdrähten und deren Spezifikationen finden Sie in unserem vollständigen Produktkatalog.

Referenz:

[1] Litteaur, Raymond. (2018). In Situ Verification Techniques for Multipoint Thermocouples in Pressure Vessels. 10.13140/RG.2.2.20703.30885.