Temperaturmessung mit Thermoelementen

Dr. Hartmut Steck-Winter – Temperaturmessung mit Thermoelementen – AWT Härtereikreis mN: Folie 1
Elektrische Temperaturmessung
mit Thermoelementen
mit Anmerkungen zur CQI-9
Hartmut Steck-Winter
AICHELIN Service GmbH Ludwigsburg
AWT Härtereikreis mittlerer Neckar

Anstelle einer Gliederung
Haben Sie sich auch schon einmal eine der folgenden Fragen
gestellt?
1. Wie funktioniert ein Thermoelement?
2. Was benötige ich für eine elektrische Temperaturmessung
mit Thermoelement?
3. Wie genau kann ich mit einem Thermoelement messen?
4. Was steht zu diesem Thema in der CQI-9, insbesondere wie
lassen sich diese Forderungen begründen?

Umfrage
 Frage: Kann ich mit einem Thermoelement und einem
Milivoltmeter eine unbekannte Raumtemperatur messen?
 D.h. das Milivoltmeter müsste eine Spannung anzeigen, der ich anhand
einer Tabelle die Temperatur zuordnen kann!
Ja, Nein oder ?

Thermoelektrischer Effekt
Wie funktioniert ein Thermoelement?

Leiter A
Leiter B
Thermoelektrischer Effekt
Thomas Seebeck entdeckte 1812, wenn
 zwei metallische Leiter (A und B)
 aus unterschiedlichen Materialien
 an der Messstelle in Verbindung (Kontakt) stehen und
 entlang der beiden Leiter ein Temperaturunterschied vorliegt
 entsteht am anderen Ende eine Thermospannung (mV)
Messstelle
T2 T1mV T2 < > T1

Thermoelektrischer Effekt (2)
In den Worten der Physik:
Wird ein metallischer Leiter einer Temperaturdifferenz ausgesetzt,
 dann findet am kalten Ende eine
Elektronenanreicherung und am
warmen Ende eine -verarmung statt
 dabei entsteht eine Potentialdifferenz,
die Thermospannung
 Benötigt werden zwei verschiedene Leiter (A und B), da sich die Effekte
sonst gegenseitig aufheben
+
-
Leiter A
Leiter B

Thermoelektrische Spannungsreihe
gegen Platin als Referenzmetall bei T1=100°C und T2=0°C
mV Material
2,55 Nickel-Chrom (85Ni, 10 Cr)
1,90 Eisen (Fe)
0,65 Rhodium
0,64 Platin (10%) -Rhodium
0,00 Platin
-1,55 Nickel
-3,50 Konstantan (55Cu, 45Ni)
4,1 mV
T1
=100°C
T2
=0°C
+
-
Zusammen mit dem Temperaturunterschied (z.B. 100 K)
bestimmt die Materialzusammensetzung der beiden
Leiter den Potentialunterschied (Spannung)
2,55 mV
Der Einfluss der Materialzusammensetzung (Paarung):

Versuchsaufbau
Versuchsaufbau:
zwei Drähte aus unterschiedlichem Material
an der einen Seite verdrillt (T1)
an Digitalvoltmeter angeschlossen (T2)
Drahtpaar an der Spitze (T1) erwärmt
Jetzt Temperaturdifferenz (T1>T2)
Eine Spannung wird angezeigt
T2 nennen wir Vergleichsstelle
T1
T2
T1
T2
Ohne Temperaturdifferenz
(T1 = T2) keine Spannung
Raumtemperatur nicht messbar

Erkenntnisse thermoelektrischer Effekt
 Thermoelemente liefern (ohne Hilfsenergie) eine
temperaturabhängige Gleichspannung
 aber nur, wenn sich das Thermoelement und die Anschluss-
klemmen auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau befinden
 Die Größe der Thermospannung ist abhängig
 von der Temperaturdifferenz zwischen dem Messpunkt
und der Vergleichsstelle und
 der Materialzusammensetzung der Leiter
 Sind die Temperatur an den Klemmen (Vergleichsstelle)
und die Materialzusammensetzung bekannt, kann die
Temperatur an der Messstelle berechnet werden

Die vier Bestandteile der elektrischen
Temperaturmessung mit Thermoelement
Was benötige ich für die
elektrische Temperaturmessung mit einem Thermoelement?

mV
Die Bestandteile der Temperaturmessung
I. Thermoelement
II. Vergleichsstelle
III. Ausgleichsleitung
IV. Instrument
T1 T2

I. Thermoelemente
Welche Ausführungen und Varianten gibt es?
Die vier Bestandteile der elektrischen Temperaturmessung mit TC
I. Thermoelemente

Bestandteile der Temperaturmessung – I. Thermoelemente
Bauformen
Thermoleitung: z.B. Thermoelement für Schleppmessungen
Achtung: Beim Ausbau von Thermoelementen aus dem Ofen besteht akute Verbrennungs- und Vergiftungsgefahr!
Thermoelement im Schutzrohr
Bild aus: http://www.mts.ch/pictures/ausgleich_08.gif

Genormte Materialpaarungen
Anwendungsflexibilität
z.B. Einsatztemperatur
Kosten
Edelmetalle
Typ S, R, B
Unedelmetalle
Typ E, J, K, N, T
Typ K
NiCr-NiAl
- weiß/+ grün
bis. ca. 1.000°C
Typ J
Fe-CuNi
- weiß/+ schwarz
bis. ca. 750°C
Typ N
NiCrSi-NiSi
- weiß/+ pink
bis. ca. 1.200°C
Typ R
Pt 13%Rh-Pt
- weiß/+ orange
bis. ca. 1.500°C
Genormte TC nach IEC 60 584-3
Sehr teuer (Platin) x Faktor 7-10

Kriterien der Anwendungsflexibilität
Kosten/Anforderungen -Relation:
 Einsatztemperatur
 Stabilität und Genauigkeit
 Thermospannung
 Toleranzen
 Beständigkeit
 Alterung, Drift (Langzeitstabilität)
 Siehe auch Schutzrohre
 …
Bild: Würth Phoenix

Thermoelementtyp und Thermospannung
Diagramm aus Wikipedia
 Materialpaarung und
Temperatur bestimmen die
Thermospannung
 Unedelmetalle höhere Spannung
 Pt-Paarungen kleinere Spannung
 Thermospannung ist sehr
gering (max. ca. 75 mV)
 Millivolt [mV] =1/1.000 V
 Störanfälligkeit: Thermospannung
sollte möglichst hoch sein
 Thermospannung ist nicht linear

Thermospannungs-Grundwerttabellen
 Thermospannung ist nicht linear
 Kurvendiagramm ist zu ungenau
 Genormte Grundwerttabellen
 Umrechnung, bezogen auf eine
Vergleichsstellentemperatur
 U(t) + U(VT) = UIsttemperatur
wobei:
 U(t): gemessene Thermospannung
 U(VT): Spannung Vergleichsstelle
 U: Spannung Isttemperatur
Beispielrechnung Thermoelement Typ K:
 Gemessen 2,230 mV
 Vergleichsstellentemperatur 22 °C
 2,230 mV + 0,879 mV = 3,109 mV
 3,109 mV = 76 °C
 NICHT 55 °C + 22 °C = 77 °C
Auszug aus
Grundwerttabelle Typ K
bezogen auf 0 °C

Toleranzen (Grenzabweichungen)
 Drei Toleranzklassen: Klasse 1, 2 und 3
 Klasse 3 nur für Tieftemperatur
 Toleranz ist temperaturabhängig
 Es gilt der jeweils höchste Wert!
 Edelmetalle haben kleinere Toleranz
Tabelle Rössel Messtechnik GmbH [Klemm]
Diagramm Jumo [Nau]
Beispiel Typ K, Klasse 1:
920°C x ±0,004 = ±3,8°C

Alterung und Drift
 Thermoelemente altern (driften)
 Die Thermospannung sinkt ab
 Die geregelte Temperatur steigt
 Drift kann zu großen Messfehlern
führen
 Ursache ist z.B. Kontamination der
Thermoelemente
 Vorhersage der Drift ist praktisch
nicht möglich
 Nach 1-2 Jahren inklusive
Schutzrohr austauschen
http://www.newsmax.de/blutgefaee-und-alterungsprozess-news57134.html

II. Temperaturvergleichsstelle
Die Bezugstemperatur!
II. Bestandteile der Temperaturmessung
Denken Sie an unseren Versuch!
Die messbare Thermospannung ist abhängig
von der Temperaturdifferenz zwischen dem
Messpunkt und der Vergleichsstelle

Bestandteile der Temperaturmessung – II. Vergleichsstelle
Die Vergleichsstelle im Messkreis
VT1
Thermoelement
Anschlussleitung
U = U(t) + U(VT)
wobei:
U: Thermospannung der Isttemperatur (T1)
U(t): gemessene Thermospannung
U(VT): Thermospannung der Vergleichsstelle (T2)
Hinweis: U kann nicht direkt gemessen werden!
U(t)=U-U(VT)
T2?T1 < > T2

Optionen der Vergleichsstelle
Kompensationsmöglichkeiten der Vergleichsstellentemperatur:
1. Bekannte konstante Temperatur an der Vergleichsstelle
 Mit einem Vergleichsstellenthermostat, z.B. Eisbad
 die entsprechende Thermospannung wird fix zum Messwert addiert
 Heute unüblich
2. Messung der Temperatur an der Vergleichsstelle
 mit einem Widerstandsthermometer (temperaturabhängiger Widerstand)
 die entsprechende Thermospannung wird zum Messwert addiert
 Plus zwei mögliche Orte:
 Extern (beim Thermoelement)
 Intern (im Instrument)

Externe Temperaturvergleichsstelle (1)
Mit dieser externen Temperaturvergleichsstelle wird die
Klemmentemperatur im Thermoelementanschlusskopf mit einem
Widerstandsthermometer (Pt 100) gemessen.
Werkbild Endress & Hauser

Externe Temperaturvergleichsstelle (2)
VT1 T2
Thermoelement 6 adrige Cu-Anschlussleitung
U(t)
Externe
Vergleichsstelle
 Messung der Klemmentemperatur im Thermoelementkopf mit
einem Widerstandsthermometer
 6 adrige Cu-Anschlusleitung aber keine Ausgleichsleitung
erforderlich
 Kompensation der Vergleichsstellentemperatur im Instrument
4

Interne Temperaturvergleichsstelle (1)
 Messung der Klemmentemperatur mit einem Widerstands-
thermometer im Instrument (z.B. Regler).
 Das Thermoelement muss bis zum Instrument in einer
Ausgleichsleitung „verlängert“ werden!
Werkbild Jumo
Interne
Vergleichsstelle

Interne Temperaturvergleichsstelle (2)
VT1
 Interne Vergleichsstelle im Instrument
 „Verlängerung“ des Thermoelements bis zum Instrument mit
einer speziellen Ausgleichsleitung
 Kompensation der Vergleichsstellentemperatur im Instrument
Thermoelement
Ausgleichsleitung mit
identischen thermo-
elektrischen Eigenschaften
U(t)
T2
Interne
Vergleichsstelle

Worauf muss man achten?
III. Temperaturausgleichsleitung
III. Bestandteile der Temperaturmessung

Bestandteile der Temperaturmessung – III. Ausgleichsleitung
Temperaturausgleichsleitung
 Ausgleichsleitung verlängert
das Thermoelement bis zur
Temperaturvergleichsstelle
 Ausgleichsleitung hat dieselben
thermoelektrischen
Eigenschaften wie das
Thermoelement
 Verlegung getrennt von
anderen Leitungen (EMV)
Werkbild Gattenbauer Messtechnik

Farbcode
 Ausgleichsleitungen sind mit
Farben gekennzeichnet
 Es gibt verschiedene Farbkenn-
zeichnungen: amerikanische,
britische, französische, etc.
 Wichtig für uns sind die Kenn-
zeichnungen nach IEC 584 bzw.
DIN 60 584
 Pluspol in Farbe des Kabelmantels
 Minuspol ist immer weiß

Toleranzen (Grenzabweichungen)
Ausgleichsleitungen „C“
(Compensating leads) z.B. KC.
Nur in Klasse 2 lieferbar!
Thermoleitungen „X“
(eXtension leads) z.B. KX.
In Klasse 1 & 2 lieferbar
Kein Standard, teuer
Nicht für Typ S, R, T
Werkbild: Electronic Sensor GmbH, Heilbronn

Stückelung der Ausgleichsleitung
 Stückelungen der Ausgleichsleitung
 Cu-Klemmen unbedenklich, solange
gleiche Temperatur?
 Korrosion (galvanisches Element)?
 Riesige Meßfehler bei Vertauschung
 In CQI-9 ist Stückelung verboten
(3.1.1.2)
 Thermoklemmen oder -stecker
 Optimal keine Unterbrechungen
 Abschirmung (einseitig erden)

Messfehler bei Verwechslung
Beispiel Thermoelement Typ S, Ausgleichsleitung Typ K
Messfehler Verwechslung ca. > +200 °C
Messfehler Verwechslung plus Vertauschung ca. > -300 °C
Große Fehler auch bei Verwechslung der Thermoelemente!

IV. Instrumentierung
Welche Ausführungen und Varianten gibt es?
IV. Bestandteile der Temperaturmessung

Bestandteile der Temperaturmessung – IV. Instrumentierung
Instrumentierung
Übliche Ausführungsmerkmale:
 Eingang konfigurierbar
 Interne Vergleichsstelle
 Messfehler < ±0,3 % ±1 Digit
 Fühlerbruchüberwachung
 Eingangswiderstand > 1 MΩ
 Galvanische Trennung
Übliche Probleme nach Ersatz:
 Fehlende Parameter
 Falsche Parameter

Kalibrierung
Wie genau kann ich messen?

Kalibrierung
Wie genau können wir messen?
Bauteil Grenzabweichung Bemerkung
Thermoelement
Typ K, Klasse 1
+/- 3,6 °C 0,004 x 900 = 3,6
Ausgleichsleitung
Typ KCA, Klasse 2
+/- 2,5 °C Klasse 1 nicht
lieferbar
Temperaturregler, Digital
Messfehler < +/- 0,3% vom Messwert
+/- 2,7 °C 0,003 x 900 = 2,7
Summe der Grenzabweichungen
Bei Anwendung CQI-9 max. zulässig
+/- 8,8 °C
+/- 5,0 °C
Am Beispiel einer Ofentemperatur von 900 °C
 Die maximal mögliche Toleranz wäre für die Praxis zu groß
 Wir müssen unsere Messmittel kalibrieren und ggf. selektieren

Kalibrierung
Kalibrierung, Justierung, Eichung
 Kalibrierung
 Vorgabe eines Normwerts
 Dokumentation der Abweichungen
 Kein Eingriff im Gerät!
 Kalibrierzertifikat
 Justierung (Offset)
 Korrektur des Istwerts (Eingriff)
 Nachvollziehbare Dokumentation
 Eichung
 Amtliche Kalibrierung (Eichamt)
 Eichzeugnis

Kalibrierung
Thermoelementkalibrierung
Zwei Methoden:
1. Kalibrierung an Fixpunkten
Prüfofen mit Metallschmelze an einem
Fixpunkt, z.B. Erstarrungspunkt Zink
Einsatz nur in staatlichen Prüfstellen
(PTB) und wenigen DKD Kalibrier-
stellen
2. Vergleichsmethode
Die Prüflinge werden in einen Prüfofen
mit bekannter Temperatur eingebracht
Kompensator
Kalibriertes mV-Messgerät
mit bekannter Vergleichsstellen-
Temperatur
Prüfofen
Ausgleichsleitung
Bild aus: http://www.temperaturblog.de/lehrbuch/thermoelement.jpg
Prüfling
(Thermoelement)

Kalibrierung
Instrumentenkalibrierung
Bei der Kalibrierung eines Instruments
wird die Thermospannung simuliert.
Dazu wird:
1. die Thermospannung am Kalibrier-
punkt nach der Grundwertetabelle
bestimmt
2. die Ausgangsgröße des Kalibrators
auf diesen Wert eingestellt
3. dieses elektrische Signal an das
Instrument angelegt
4. die Anzeige verglichen und die
Abweichung bestimmt
Grundwertetabelle

Kalibrierung
Einzel- und Multipunktkalibrierung
Messgerät
„Vergleichen“
Einzelpunkt
„Kalibrierung“
alle 3 Monate
US-Methode.
In Europa
strittig,
bzw. nicht
empfohlen!
Kalibrator
„Kalibrieren“
Multipunkt
Kalibrierung
alle 6 Monate
unterbrochen
Quelle [AIAG]

Besondere Anforderungen der CQI-9
Was steht zu diesem Thema in der CQI-9,
insbesondere wie lassen sich diese Forderungen begründen?

Kalibrierung von Thermoelementen
 Alle Thermoelemente müssen kalibriert
sein (3.1.2)
 Kalibrierung für den Temperaturbereich (3.1.2.1)
 Temperaturintervall max. 150 °C (3.1.2.1)
 Kalibriergenauigkeit besser als +/- 1,1 °C oder
+/- 0,4% (Tabelle 3.1.1)
 Begründung:
Toleranz ist temperaturabhängig
Thermospannung ist nicht linear
Genormte Toleranz ist größer als in der
Praxis noch verträglich

Chargenkalibrierung Thermoelemente
 Chargenkalibrierung ist zulässig (3.1.2.5)
 Am besten gleich mit Kalibrierzertifikat kaufen!
 Begründung:
Thermospannung ist Material- bzw.
Chargenabhängig
Innerhalb einer Charge gibt es keine
größeren Abweichungen
Kalibrierzertifikate sind teuer (und können
daher umgelegt werden)
Werkbild CCPI Europe Ltd

Austauschfristen Thermoelemente
 Austauschfristen (Tabelle 3.1.1)
 Austausch, z.B. Typ K jährlich, wenn T > 700 °C
 Austausch immer inklusive Schutzrohr!
 Dokumentation Einbaudatum (3.1.3) und alle Prüfungen
 Begründung:
 Thermoelemente driften durch kontaminationsbedingte Alterung
 Kontamination auch vom Schutzrohrmaterial abhängig
 Drift ist im Wesentlichen temperatur- und zeitabhängig

Instrumentenkalibrierung
 Alle Instrumente müssen kalibriert werden (3.2.1.1)
 Kalibriergenauigkeit besser als +/- 2 °C, Auflösung < = 1 °C
 Die Karenzzeit für die Kalibrierintervalle beträgt nur 14 Tage (3.2.1.3)
 Kalibrierlabel anbringen, „TÜV-Label“ ist ungenügend (3.2.5.1)
 Begründung:
 Vergleichsstelle ist in der Regel im Instrument!
 Parametrierung und Linearisierung im Instrument
 (Auch) Elektronik driftet und/oder kann vertrimmt werden
CQI-9 konformer
Kalibriersticker

Offsets
 Offsetanpassung generell vermeiden (3.2.3)
 Offsets an Instrumenten sollen 2 °C nicht übersteigen (3.2.3.1)
 Begründung
 Nachvollziehbarkeit muss sichergestellt sein
 Fehler sollen nicht eingerechnet, sondern beseitigt werden

SAT: System Genauigkeitsprüfung (1)
SAT: Systemgenauigkeit vom
Thermoelement bis Instrument
 Unabhängige Messmittel
 Vergleich, keine Kalibrierung
 3 zugelassene Prüfmethoden
(Probe 2x, Comperative 1x)
 Methode A ist die Sinnvollste
 Thermoelemente Prüföffnung

SAT: System Genauigkeitsprüfung (2)
 Referenzmessung nach Sensor Methode A (3.3.4.1)
 SAT-Test im laufenden Betrieb bei Arbeitstemperatur (3.3.4)
 max. Differenz ±5°C (3.3.1)
 Prüfung ¼ jährlich (3.3.4.1.4) und nach Änderungen
 Begründung:
 Toleranz ist temperaturabhängig
 SAT deckt alle Fehler im Messkreis auf
 SAT erkennt auch Verwechslungs- und Polaritätsfehler
 Toleranzen können sich addieren (größer als in der Praxis noch verträglich)
 Thermoelemente altern und driften
 Anschluss- und/oder Parametrierfehler nach Ersatz oder Änderung

Zusammenfassung

Zusammenfassung
 Die Thermospannung ist abhängig von der Temperaturdifferenz
zwischen dem Messpunkt und der Vergleichsstelle und der
Materialzusammensetzung der Leiter
 Messkreis besteht aus: Thermoelement, Ausgleichsleitung,
Vergleichsstelle, Instrument
 Bei Toleranzen gilt der jeweils höchste Wert, Toleranzen addieren
sich
 Thermoelemente driften, daher regelmäßiger Austausch
 CQI-9 gibt sinnvolle Standards vor
 Man misst eigentlich immer falsch, man sollte aber ungefähr
wissen wie viel

Temperaturmessung mit Thermoelementen
Danke
Manuskriptwünsche bitte per Email an:
hartmut.steck-winter@aichelin.com

Literatur
Literatur:
Klemm, R.: Thermoelemente in der industriellen Praxis. Rössel-Messtechnik GmbH,
Werne, 2009
[Nau, M.: Elektrische Temperaturmessung mit Thermoelementen und Widerstands-
thermometern, Jumo GmbH, Fulda 2007

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Temperaturskalen und ihre Fixpunkte
Skala Kelvin Grad Celsius Grad Fahrenheit
Erfinder William Thomson
(„Lord Kelvin“)
Anders Celsius Daniel Fahrenheit
Einheitenzeichen K °C °F
Absoluter Nullpunkt 0,00 K -273,15 °C -459,67 °F
Winter in Danzig
im Winter 1708/09
255,37 K -17,78 °C 0,00 °F
Gefrierpunkt Wasser 273,15 K 0,00 °C 32,00 °F
Körpertemperatur
nach Fahrenheit
310,93 K 37,78 °C 100,00 °F
Siedepunkt Wasser 373,15 K 100,00 °C 212,00 °F
Verbreitungsgebiet weltweit weltweit USA

Temperaturskalen und ihre Fixpunkte

Temperaturskalen

Industrielle Temperaturmessung
In der industriellen Temperaturmessung haben sich verschiedene
Verfahren durchgesetzt.
 Mechanische Verfahren:
 Bimetall- und Zeigerthermometer
 Flüssigkeitsthermometer
 Gasdruckthermometer
 Elektrische Verfahren:
 Pyrometer, Wärmebildkamera
 Halbleiter, insbesondere Widerstandsthermometer (bis max. 600°C)
 Thermoelemente (bis ca. 1.700°C)

Verfahren der Temperaturmessung
Bild: Rössel Messtechnik GmbH [Klemm]

Thermoelektrischen Spannungsreihe
gegen Platin als Referenzmetall bei 100°C an der Messstelle
Bild aus Wikipedia

Thermoelement-Messkreis
mit Anzeigegerät
VT1
U(t)T2
Erzeugter Kreisstrom
ist nicht direkt messbar
U = U(t) + U(VT)
wobei:
U: Thermospannung der Isttemperatur (T1)
U(t): gemessene Thermospannung
U(VT): Thermospannung der Vergleichsstelle (T2)
Hinweis: U kann nicht direkt gemessen werden!
+
-
Material A
Material B
Cu
Cu

Umkehrung: Der Peltier Effekt
Der thermoelektrische Effekt
kann auch umgekehrt werden:
 Wenn man zwei unterschied-
liche metallische Leiter
verbindet und durch die Leiter
ein Strom fließt, entsteht dort,
wo sich die Metalle berühren
eine thermische Differenz
 Mit anderen Worten:
Eine Seite wird warm, die
andere kalt
Bild aus: http://www.freezefreaks.de/knowledge/TEC/technik/tectechnik.html

Thermoelemente nach DIN EN 60 584
 Kennbuchstaben je Type
 Unedelmetalle Type E, J, K, L, N
 Edelmetalle Type S, R, B, C
 Kennfarben sind genormt
 Plus Schenkel in Kennfarbe

Thermopaar Typ K (NiCr-Ni)
 NickeI-Chrom (+)/Nickel (-)
 Im Bereich von 800 - 1000°C häufig eingesetzt, auch für den
unteren Temperaturbereich geeignet
 Preisgünstig, breiter Anwendungsbereich
 Maximale Dauerbetriebstemperatur 1.000 °C
 über 850°C kann es durch Oxidation zu irreversiblen
Veränderungen kommen, die zu bleibenden Messabweichungen
führen
 Vergleichsweise geringere Stabilität zwischen 250°C und 600°C
als die anderen unedlen Thermopaare
 Langzeitdrift-Probleme

Thermopaar Typ N (NiCrSi-NiSi)
 Der Newcomer!
 Nickel-Chrom-Silizium/Nickel-Silizium (Nicrosil-Nisil)
 Preisgünstig, breiter Anwendungsbereich
 Kann teilweise edle Elemente ersetzen.
 Maximale Dauerbetriebstemperatur 1.100 °C
 Ähnliche thermoelektrischen Eigenschaft wie Typ K, aber ohne
dessen Schwächen
 keine oxidationsbedingte Drift, geringere Hysterese und Instabilität
 Grundsätzlich ein höherwertigeres Thermopaar im Vergleich zu
den anderen unedlen Typen

Alterung und Drift
 Thermoelemente unterliegen während ihrer Anwendung einer unvermeidbaren
irreversiblen Veränderung, i.d.R. „Drift“ oder „Alterung“ genannt
 Drift entsteht im Wesentlichen durch Kontamination der Thermoelemente
 Reine Materialien wie Fe, Cu und Pt driften durch Eindiffundieren von
Fremdatomen
 NiCr – Schenkel reagieren empfindlich auf eindiffundierten Schwefel und
Wasserstoff
 Grünfäule tritt in NiCr – Legierungen im Temperaturbereich ab ca. 800 –
1000 °C unter sauerstoffarmer oder reduzierender Atmosphäre auf
 Drift ist nicht zuletzt vom Schutzrohrmaterial abhängig
 Drift kann zu großen Messfehlern führen, z.B. Typ „K“, in hitzebeständigen
Metallrohr nach zwei Jahren Einsatz bei 900 °C Drift von -25K
 Eine Vorhersage der Drift ist praktisch nicht möglich
 Thermoelemente inklusive Schutzrohr nach 1-2 Jahren austauschen (CQI-9)

Klassische Temperaturvergleichsstelle
Klassische Methode der
Vergleichsstelle mit konstanter
Temperatur: Verwendung
eines „Eisbades“
Vorteile:
 hervorragende Stabilität
 bekannte Temperatur
 einfache Realisierbarkeit?
In vielen Kalibrierlabors wird
diese Art der Vergleichsstelle
nach wie vor angewendet
In heutigen Temperaturreglern/
Schreibern wird die
Vergleichsstellentemperatur mit
einem zweiten Temperatursensor
erfasst und kompensiert

Thermoelementkalibrierung Unedelmetall
Abkürzungen:
D: Kalibierungen mit DKD-Zertifikate
W: Werkskalibrierungen des Kalibrierlabors

Kalibrierung an Tripelpunkten
 Der Tripelpunkt (auch Dreiphasenpunkt) ist der Zustand an dem
drei Phasen eines Stoffes (z.B. fest, flüssig, gasförmig) im Gleichgewicht sind
 Der Tripelpunkt wird durch Druck und Temperatur bestimmt
 Das bedeutet zum Beispiel für Wasser, dass Wasserdampf, flüssiges
Wasser und Eis gleichzeitig vorkommen und sich die Mengenverhältnisse
der drei Phasen am Tripelpunkt nicht ändern
 Die Eindeutigkeit des Tripelpunktes liefert besonders gute Temperatur-
Fixpunkte für Skalen von Thermometern: eine wichtige Anwendung bei
der Kalibrierung von Temperaturmessgeräten
 Gängige Tripelpunkts-Temperaturangaben sind zum Beispiel:
 Quecksilber: 234,31560 K; −38,83440 °C bei 1,65*10-4 Pa
 Wasser: 273,16000 K; 0,01000 °C bei 611,657 ± 0,010 Pa

Typische Fehler und ihre Auswirkungen
 Anzeige zeigt ca. Raumtemperatur an:
 Thermoelement oder Leitung kurz geschlossen
 Anzeige zeigt Maximaltemperatur oder High-Alarm an:
 Thermoelement oder Leitung unterbrochen
 Angezeigte Temperatur deutlich zu hoch; Anzeige driftet:
 a) Polarität der Ausgleichsleitung im Anschlusskopf vertauscht
 b) Falsche Ausgleichsleitung (siehe Tabelle)
 Deutlich zu hohe oder zu niedrige Anzeige:
 a) Falscher Thermoelementtyp oder Regler
 b) Falsche Ausgleichsleitung bzw. verpolt angeschlossen (siehe Tabelle).
 Alle Anzeigen um einen festen Betrag zu hoch oder zu niedrig:
 Falsche Vergleichsstellentemperatur
 Alle Anzeigen korrekt, driften aber langsam:
 Vergleichsstellentemperatur nicht konstant

Beispiel SAT-Report
Der SAT-Report muss enthalten:
 Identifikation Regelthermoelement
 Identifikation Prüfthermoelement
 Identifikation Prüfinstrument
 Datum und Zeit der Prüfung
 Messwert am Regelinstrument
 Messwert am Prüfinstrument
 Korrekturfaktoren
 Errechnete Differenz
 Befund
 Namen (Prüfer und WBH)

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