Günther GmbH Temperaturmesstechnik | Technische Informationen
Prinzipien der Temperaturmessung
Grundsätzlich existieren einige, physikalisch unterschiedliche Möglichkeiten der Temperaturmessung, wie z.B. mit Gas- oder Flüssigkeitsthermometern, Bimetallthermometern, Pyrometern, Thermograkekameras und natürlich mit Thermoelementen und Widerstandsthermometern.
Letztere zählen zu den sogenannten “berührenden” Messmitteln, da sie sich in direktem Kontakt mit dem zu messenden Medium befinden müssen.
Temperaturmessung mit Thermoelementen
Die eigentliche Temperaturmessung geschieht über das Thermopaar im Inneren des Thermoelements. Bei Erwärmung entsteht durch die Temperaturdifferenz der beiden Metalle eine messbare, elektrische Spannung, die exakte und genormte Rückschlüsse auf die anliegende Temperatur zulässt.
NiCr-Ni, Typ K, Kennfarbe grün (DIN EN 584-2)
NiCroSil-NiSil, Typ N, Kennfarbe pink (DIN EN 584-2)
Fe-CuNi, Typ J, Kennfarbe schwarz (DIN EN 584-2)
NiCr-CuNi, Typ E, Kennfarbe lila (DIN EN 584-2)
Cu-CuNi, Typ T, Kennfarbe braun (DIN EN 584-2) P
t10%Rh-Pt, Typ S, Kennfarbe orange (DIN EN 584-2)
Pt13%Rh-Pt, Typ R, Kennfarbe orange (DIN EN 584-2)
Pt30%Rh-Pt6%Rh/B, Typ B, Kennfarbe grau (DIN EN 584-2)
Fe-CuNi, Typ L, Kennfarbe blau (DIN 43710)
Cu-CuNi, Typ U, Kennfarbe braun (DIN 43710)
Prinzip der Thermoelemente
Entsprechend des Seebeck-Effekts entsteht bei der Verbindung zweier verschiedener Metalle an deren Berührungspunkt eine Berührungsspannung, welche temperaturabhängig ist. Der Messeinsatz eines Thermoelements besitzt zwei solcher Berührungsstellen.
Besteht zwischen diesen keine Temperaturdifferenz, heben sich die beiden Berührungsspannungen auf. Weisen die Verbindungsstellen unterschiedliche Temperaturen auf, fliesst als Folge der Thermospannung ein messbarer Thermostrom.
Thermoelemente
1. Aufbau und Funktionsweise von Thermoelementen
2. Thermoelemente nach DIN EN 60584
4. Auswahl der Thermoelement- Arten
5. Grenzabweichung für Thermoelemente
6. Maximale Verwendungstemperaturen von Thermoelementen
7. Alterung von Thermoelementen
8. Infos zur Temperaturmessung mit PtRh-Thermoelementen
Temperaturmessung mit Widerstandsthermometern
Wesentliches Bauteil ist hier der in der Fühlerspitze, statt eines Thermopaares, angebrachte temperaturabhängige Messwider- stand. Dieser Widerstand wird von einem Hilfsstrom, der zwischen 0,1 und 10 mA liegen kann, durchflossen und dann der jeweils anliegende elektrische Widerstandswert gemessen.
Aus ihm wiederum lassen sich anhand der DIN EN 60751, die diese Widerstande von -200°C bis +850°C normt, exakte Rückschlüsse auf die Umgebungstemperatur des Widerstandes ziehen. In einem Fühler können bis zu drei Messwiderstände enthalten sein.
Durch den geschlossenen Aufbau der Widerstandsthermometer ist es möglich, sie auch ohne weitere Schutzarmatur einzusetzen. In der industriellen Temperaturmessung werden heute vorwiegend Widerstandsthermometer mit Platin-Messwiderständen eingesetzt.
Prinzip der Widerstandsthermometer
Im Gegensatz zum thermoelektrischen Prinzip der Thermoelemente kommen bei Widerstandsthermometern Metalle zum Einsatz, deren Eigenschaft es ist, ihren elektrischen Widerstand bei Erwärmung zu verändern. Hierbei wird unterschieden zwischen Metallen mit negativen Temperaturkoeffizienten (NTC), deren Widerstand bei steigender Temperatur abnimmt, und Metallen mit einem positiven Temperaturkoeffizient (PTC), deren Widerstand mit steigender Temperatur ansteigt. Bei Platin beispielsweise steigt der elektrische Widerstand bei steigender Temperatur an.
Beide Messprinzipien teilen sich die Eigenschaft, dass das Thermometer nur die Temperatur anzeigen kann, die in der Messstelle herrscht. Für eine präzise Messung muss deshalb die Messstelle die exakt gleiche Temperatur wie das zu messende Medium angenommen haben. Dies klingt auf den ersten Blick logisch, ist jedoch in der Praxis eine der Hauptursachen für Qualitätsmängel und Regelfehler, sowie Abweichungen zwischen mehreren Messstellen in einer Anwendung. Eine für die jeweilige Anwendung ungeeignete Schutzarmatur bzw. Konstruktion kann dazu führen, dass die gemessene Temperatur von der tatsächlichen Temperatur des zu messenden Mediums abweicht.
Aus diesem Grund ist die Herausforderung bei der Konstruktion geeigneter Temperaturfühler für eine spezifische Messaufgabe immer der bestmögliche Kompromiss aus Ansprechzeit, Standzeit, Messgenauigkeit und Wirtschaftlichkeit.
Widerstandsthermometer
1. Aufbau und Funktionsweise von Widerstandsthermometern
2. Gewickelte Messwiderstände auf Glaskörper
3. Gewickelte Messwiderstände in Keramikkörper
4. Messwiderstände auf Keramikträger
5. Grundwerte für nach DIN EN 60751 genormte Widerstände
11. Parasitäre Elektromagnetische Kräfte (EMK)
12. Kennzeichnung von Widerstandsthermometer-Messeinsätzen
13. Anschlussarten von Messwiderständen
Man misst eigentlich immer falsch. Man muss nur wissen wieviel.
Das Kalibrieren von Temperaturfühlern wird immer dann erforderlich, wenn durch Normen oder Gesetzesvorgaben eine Rückführbarkeit auf das internationale Normal gefordert wird. Qualitäts- Sicherungsnormen wie die DIN EN ISO 9000 fordern für alle qualitätsrelevanten Mess- und Prüfmittel eine regelmässige Kalibrierung und zwar unter Rückführung auf zur Realisierung der SI- Einheiten dienende nationale und internationale Normen. Ferner kann eine Kalibrierung erforderlich werden, wenn kleinere Grenzabweichungen notwendig werden als sie in der DIN EN 60751 vorgegeben sind, oder zur Überprüfung des Langzeitverhaltens eines Temperaturfühlers.
Kalibrieren bedeutet, die Messabweichung am kompletten Temperaturfühler oder der Messkette (Temperaturfühler mit Messumformer) festzustellen. Beim Kalibrieren erfolgt kein technischer Eingriff am Prüfling. Bei anzeigenden Messgeräten wird durch das Kalibrieren die Abweichung zwischen Anzeige und dem als richtig geltenden Wert der Messgrösse festgestellt. Es erfolgt keine Veränderung am Gerät wie z.B. Nullpunktverstellung.