Thermoelementdrähte 101 Arten, Anwendungen und Eigenschaften

Thermoelemente gehören zu den am häufigsten verwendeten Temperatursensoren in industriellen, wissenschaftlichen und häuslichen Anwendungen und bieten ein breites Spektrum an Temperaturmessungen. Das Herzstück dieser Geräte sind Thermoelementdrähte, die für die Temperaturerfassung und -messung unerlässlich sind. Dieser Artikel befasst sich mit den Grundlagen von Thermoelementdrähten, einschließlich ihrer Typen, Anwendungen und wichtigsten Eigenschaften.

Verständnis von Thermoelementdrähten

Ein Thermoelement besteht aus zwei ungleichen Metalldrähten, die an einem Ende, der so genannten Messstelle, miteinander verbunden sind. Wenn die Messstelle erhitzt oder abgekühlt wird, erzeugt sie eine thermoelektrische Spannung, die mit der Temperatur korreliert werden kann. Das andere Ende, an dem die Drähte nicht verbunden sind, ist mit dem Messgerät verbunden, das diese Spannung misst. Die Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und dem Referenzpunkt (in der Regel am Messgerät) wird zur Bestimmung der tatsächlichen Temperatur an der Messstelle verwendet.

Welche Drähte werden in Thermoelementen verwendet?

Thermoelementdrähte werden je nach den für die Drähte verwendeten Metalllegierungen in verschiedene Typen eingeteilt. Jeder Typ ist mit einem Buchstaben gekennzeichnet und hat bestimmte Temperaturbereiche und Umgebungen, in denen er am besten funktioniert.

Typ K (Chromel-Alumel):

Das gebräuchlichste Thermoelement, geeignet für den allgemeinen Gebrauch in oxidierenden oder inerten Atmosphären, mit einem Temperaturbereich von -200°C bis +1260°C.

Positive Leitung: Chromel (Nickel-Chrom-Legierung)

Negative Leitung: Alumel (Nickel-Aluminium-Legierung)

Typ J (Eisen-Constantan):

Bevorzugt für Vakuum, reduzierende oder inerte Atmosphären, mit einem Bereich von -40°C bis +750°C.

Positive Leitung: Eisen

Negative Leitung: Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung)

Typ T (Kupfer-Konstantan):

Ideal für Niedertemperaturanwendungen in oxidierenden, reduzierenden oder inerten Atmosphären, funktioniert von -200°C bis +350°C.

Positive Leitung: Kupfer

Negative Leitung: Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung)

Typ E (Chromel-Konstantan):

Bietet eine hohe Leistung und einen Temperaturbereich von -50°C bis +900°C, geeignet für verschiedene Umgebungen.

Positive Leitung: Chromel (Nickel-Chrom-Legierung)

Negative Leitung: Konstantan (Kupfer-Nickel-Legierung)

Typ N (Nicrosil-Nisil):

Ähnlich wie Typ K, aber stabiler und beständiger gegen Hochtemperaturoxidation, geeignet für -270°C bis +1300°C.

Positive Leitung: Nicrosil (Nickel-Chrom-Silizium-Legierung)

Negatives Blei: Nisil (Nickel-Silizium-Legierung)

Typ S, R und B (Platin-Rhodium):

Diese Typen werden für Hochtemperaturanwendungen verwendet und bieten Stabilität und Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen bis zu +1700°C für Typ S und R und bis zu +1800°C für Typ B.

Plusleitung für Typ S und R: Platin-Rhodium-Legierung (Typ S hat 10% Rhodium, Typ R hat 13% Rhodium)

Minusleitung für Typ S und R: Platin

Plusleitung für Typ B: Platin-30% Rhodium

Minusleitung für Typ B : Platin-6% Rhodium

Diese Tabelle gibt einen schnellen Überblick über die gebräuchlichsten Thermoelementtypen und hebt ihre Zusammensetzung, Temperaturbereiche und typischen Anwendungen hervor. Die Wahl des Thermoelementes hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich des Temperaturbereichs, der Umgebung und der gewünschten Genauigkeit.

Anwendungen von Thermoelementdrähten

Thermoelementdrähte werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihres großen Temperaturbereichs in verschiedenen Branchen eingesetzt:

Industrielle Fertigung: Zur Überwachung von Ofentemperaturen, Temperaturen von geschmolzenem Metall und anderen industriellen Prozessen.

Pharmazeutische Industrie: In Autoklaven und anderen Geräten, die eine präzise Temperaturkontrolle erfordern.

Lebensmittelindustrie: Für Öfen, Grills und Kühlanlagen.

Luft- und Raumfahrt und Automobilindustrie: Bei der Prüfung von Komponenten und Systemen unter extremen Temperaturen.

Energiesektor: In Kraftwerken zur Temperaturüberwachung von Kesseln und Turbinen.

Wichtige Eigenschaften von Thermoelementdrähten

Bei der Auswahl eines Thermoelementdrahtes sind mehrere Eigenschaften und Überlegungen entscheidend:

Temperaturbereich: Wählen Sie einen Thermoelementtyp, der für den Temperaturbereich Ihrer Anwendung geeignet ist.

Umgebung: Berücksichtigen Sie die Atmosphäre (oxidierend, reduzierend, inert oder korrosiv), in der das Thermoelement arbeiten soll.

Messgenauigkeit und Stabilität: Die verschiedenen Typen bieten unterschiedliche Grade an Genauigkeit und Stabilität. Platin-Typen (S, R, B) sind stabiler und genauer, aber auch teurer.

Langlebigkeit: Die Lebensdauer eines Thermoelementdrahtes in rauen Umgebungen ist ein wichtiger Faktor.

Kosten: Die Kosten können je nach Art des Thermoelementes und den spezifischen Anforderungen der Anwendung erheblich variieren.

Normen für Thermoelementdrähte

Thermoelementdrähte und ihre Verwendung werden durch verschiedene Normen geregelt, in denen die Materialien, Konfigurationen, Toleranzen und Temperaturbereiche für die verschiedenen Thermoelementtypen festgelegt sind. Diese Normen stellen sicher, dass Thermoelemente so hergestellt und verwendet werden, dass genaue und zuverlässige Temperaturmessungen in verschiedenen Anwendungen möglich sind. Zu den wichtigsten Normen im Zusammenhang mit Thermoelementdrähten gehören:

Internationale Normen

IEC 60584: Dies ist die Norm der Internationalen Elektrotechnischen Kommission, die die thermoelektrischen Spannungen und Temperaturverhältnisse für alle genormten Thermoelemente festlegt. Teil 1 dieser Norm behandelt die Temperaturbereiche und Toleranzklassen für Thermoelemente, während Teil 2 die Toleranzen für Verlängerungs- und Ausgleichsleitungen festlegt.

ASTM E230/E230M: Diese von der American Society for Testing and Materials herausgegebene Norm enthält Temperatur-Elektromotorische-Kraft (EMK)-Tabellen für Standard-Thermoelementtypen nach dem U.S. Customary System. Sie behandelt auch Buchstabenbezeichnungen, Toleranzen und andere wesentliche Eigenschaften von Thermoelementen.

Nationale Normen

ANSI MC96.1: Die Norm des American National Standards Institute für Temperatursensoren, einschließlich Thermoelemente. Sie enthält Richtlinien für den Einsatz, die Leistung und die Fehlergrenzen von Thermoelementen.

BS EN 60584 : Die Übernahme der Norm IEC 60584 durch die British Standards Institution, die die Beziehung zwischen Thermospannung und Temperatur sowie Toleranzen für Thermoelemente festlegt.

DIN EN 60584: Die deutsche Version der IEC-Norm, angenommen vom Deutschen Institut für Normung.

Japanische Normen

JIS C 1602 : Dies ist die japanische Industrienorm für Thermoelemente, die die Spezifikationen für die Thermospannung und den Temperaturbereich der in Japan verwendeten Thermoelemente festlegt.

Andere Überlegungen

Neben diesen Normen müssen Thermoelementdrähte auch bestimmte Richtlinien in Bezug auf Isolierung, Drahtgröße und Einsatzumgebung (wie Temperaturbereich und Atmosphäre) einhalten. Diese Faktoren können sich auf die Genauigkeit, Reaktionszeit und Langlebigkeit des Thermoelements auswirken.

Isoliermaterial: Je nach Betriebsumgebung werden Thermoelementdrähte mit Materialien wie Glasfaser, PTFE oder Keramik isoliert, um sie vor physischen Schäden, elektrischen Störungen und chemischer Korrosion zu schützen.

Drahtquerschnitt: Die Größe des Thermoelementdrahtes kann sich auf die Ansprechzeit und den Widerstand auswirken. Die Normen empfehlen je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung unterschiedliche Drahtstärken.

Normen für Stecker und Klemmen: Steckverbinder und Klemmen, die mit Thermoelementdrähten verwendet werden, müssen ebenfalls bestimmten Normen entsprechen, um die Kompatibilität zu gewährleisten und die Genauigkeit der Temperaturmessungen zu erhalten.

Fazit

Thermoelementdrähte sind unentbehrliche Hilfsmittel bei der Temperaturmessung, und es gibt verschiedene Typen, die für fast jede Anwendung geeignet sind. Die Kenntnis der Arten, Anwendungen und Eigenschaften dieser Drähte kann dem Benutzer helfen, das richtige Thermoelement für seine Bedürfnisse auszuwählen, um genaue und zuverlässige Temperaturmessungen in jeder Umgebung zu gewährleisten. Ganz gleich, ob Sie in der industriellen Fertigung, in der Pharmazie, in der Lebensmittelverarbeitung oder in einem anderen Bereich tätig sind, in dem eine präzise Temperaturregelung erforderlich ist, es gibt einen Thermoelementdraht, der Ihren Anforderungen entspricht.