elektrische Temperaturmessung

3 Thermoelemente
punkt aus. Andererseits stellt sich zwischen dem positiven Ladungsschwerpunkt am heißen Ende
und dem negativen Ladungsschwerpunkt am kalten Ende ein elektrisches Feld ein, dessen Kraft
die Elektronen wieder zum warmen Ende hin treibt. Das elektrische Feld baut sich solange auf, bis
ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt zwischen den Elektronen, die durch den Temperaturgradienten
zum kalten Ende getrieben werden und der rücktreibenden Kraft des elektrischen Feldes. Im
Gleichgewichtszustand ist die Zahl der Elektronen gleich, die durch eine bestimmte Querschnittsfläche
sich in die eine als auch andere Richtung bewegen. Die Geschwindigkeit der Elektronen
vom wärmeren Ende ist dabei höher ist als die Geschwindigkeit der entgegengesetzt bewegten
Elektronen vom kalten Ende. Diese Geschwindigkeitsdifferenz ist für die Wärmeleitung innerhalb
des Leiters verantwortlich ohne einen aktuellen Ladungstransport mit Ausnahme bis zum Einstellen
des oben beschriebenen dynamischen Gleichgewichtes.
Soll nun die Spannungsdifferenz zwischen dem warmen und kalten Ende des Leiters gemessen
werden, muss zum Beispiel das warme Ende des Leiters mit einem elektrischen Leiter verbunden
werden. Dieser Leiter wird ebenfalls dem gleichen Temperaturgefälle ausgesetzt und es bildet sich
ebenfalls das gleiche dynamische Gleichgewicht. Ist der zweite Leiter aus dem gleichen Material
hergestellt, so liegt ein symmetrischer Aufbau mit gleichen Ladungsschwerpunkten an den beiden
offenen Enden vor. Es kann keine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ladungsschwerpunkten
gemessen werden. Besteht der zweite Leiter aus einem anderen Werkstoff mit einer anderen
elektrischen Leitfähigkeit, so stellt sich auch ein anderes dynamische Gleichgewicht innerhalb des
Drahtes ein. Die Folge ist, dass sich an den beiden Enden der Leiter unterschiedliche Landungsschwerpunkte
ausbilden, die mit einem Spannungsmessgerät gemessen werden (Der thermoelektrische
Effekt).
NiCr
V
Ni
Abbildung 8:
Der thermoelektrische Effekt
Ein Problem entsteht bei der Messung der Spannung mit einem Messgerät, dessen Anschlussstellen
aus anderem Material bestehen. Es entstehen zwei zusätzliche Thermoelemente. Wenn die Anschussdrähte
zum Messgerät aus dem Werkstoff C sind, so bildet sich eine Thermospannung an
den Verbindungsstellen A - C und B - C (Thermoelement, angeschlossen über einen zusätzlichen
Werkstoff).
A
C
V
T 1 B C T 2
Abbildung 9:
Thermoelement, angeschlossen über einen zusätzlichen Werkstoff
Es gibt zwei Lösungsmöglichkeiten, die zusätzliche Thermospannung zu kompensieren:
- Eine Referenzstelle auf bekannter Temperatur,
- Korrektur der Thermoelemente, die sich an den Verbindungen des Messgerätes befinden.
18 JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01