Ein Thermofühler (genannt auch Thermoelement) ist ein Sensor, der die Temperatur misst. Er besteht aus zwei verschiedenen Metallarten, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Wenn die Verbindungsstelle der beiden Metalle erhitzt oder abgekühlt wird, entsteht eine Spannung, die mit der Temperatur korreliert werden kann. Ein Thermoelement ist ein einfacher, robuster und kostengünstiger Temperatursensor, der in einer Vielzahl von Temperaturmessverfahren eingesetzt wird. Thermofühler werden in einer Vielzahl von Ausführungen hergestellt, zum Beispiel mit Steckern, mit Übergangsverbindung, Infrarot-Thermoelemente, mit blankem Draht oder auch nur als Thermodraht. Sie werden üblicherweise in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Aufgrund der großen Bandbreite an Modellen und technischen Spezifikationen ist es jedoch äußerst wichtig, den grundlegenden Aufbau, die Funktionsweise und die Bereiche zu verstehen, um den richtigen Thermoelementtyp und das richtige Material für eine Anwendung besser bestimmen zu können.
Funktionsweise
Wenn zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen an beiden Enden miteinander verbunden sind und eines der Enden erhitzt wird, fließt im thermoelektrischen Stromkreis ein Dauerstrom. Wenn dieser Stromkreis in der Mitte unterbrochen wird, ist die Netto-Leerlaufspannung (die Seebeck-Spannung) eine Funktion der Temperatur der Verbindungsstelle und der Zusammensetzung der beiden Metalle. Das bedeutet, dass bei Erwärmung oder Abkühlung der Verbindungsstelle der beiden Metalle eine Spannung erzeugt wird, die mit der Temperatur korreliert werden kann.
Die richtige Wahl treffen
Da ein Thermofühler viele verschiedene Formen annehmen kann, ist es wichtig zu wissen, wie man den richtigen Sensor auswählt: Die häufigsten Kriterien für die Auswahl sind der Temperaturbereich, die chemische Beständigkeit, die Abrieb- und Vibrationsfestigkeit sowie die Installationsanforderungen. Die Installationsanforderungen bestimmen auch die Wahl des Thermoelementfühlers. Es gibt verschiedene Arten von Thermoelementen und ihre Anwendungen können variieren. Ein freiliegendes Thermoelement eignet sich am besten, wenn hohe Ansprechzeiten erforderlich sind, während ein ungeerdetes Thermoelement in korrosiven Umgebungen besser geeignet ist.
Der richtige Anschlusstyp
Mantelthermoelement-Sonden sind mit einer von drei Anschlussarten erhältlich: geerdet, ungeerdet oder offen. An der Spitze eines geerdeten Anschlusses sind die Thermodrähte physisch an der Innenseite der Sondenwand befestigt. Dies führt zu einer guten Wärmeübertragung von außen durch die Sondenwand zur Thermoelementstelle. Bei einer nicht geerdeten Sonde ist die Thermoelementverbindung von der Sondenwand gelöst. Die Reaktionszeit ist langsamer als bei der geerdeten Ausführung, aber die ungeerdete Ausführung bietet eine elektrische Isolierung.
Sonden vs. Draht
Thermoelemente sind in verschiedenen Kombinationen von Metallen oder Kalibrierungen erhältlich. Die gebräuchlichsten sind die „Basismetall“-Thermoelemente, die als Typen J, K, T, E und N bekannt sind. Es gibt auch Hochtemperatur-Kalibrierungen – auch bekannt als Edelmetall-Thermoelemente – Typen R, S, C und GB. Jede Kalibrierung hat einen anderen Temperaturbereich und eine andere Umgebung, wobei die Höchsttemperatur mit dem Durchmesser des im Thermoelement verwendeten Drahtes variiert. Obwohl die Thermoelementkalibrierung den Temperaturbereich vorgibt, wird der maximale Bereich auch durch den Durchmesser des Thermodrahtes begrenzt. Das heißt, ein sehr dünnes Thermoelement erreicht möglicherweise nicht den vollen Temperaturbereich. Thermoelemente vom Typ K sind aufgrund ihrer geringen Kosten und ihres Temperaturbereichs als Allzweck-Thermoelemente bekannt.
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