elektrische Temperaturmessung

3 Thermoelemente
3.6.3 Typ „E“ (NiCr-CuNi)
Das NiCr-CuNi-Element unterscheidet sich von den anderen durch seine vergleichsweise hohe
Thermospannung, weshalb es vor allem im unteren Temperaturbereich eingesetzt wird. In den USA
ist es stark verbreitet, wogegen es in Europa kaum angewandt wird. Auf Grund der großen Spannungsempfindlichkeit
wird das Thermoelement auch zur Tieftemperaturmessung eingesetzt. Wegen
der geringen Wärmeleitfähigkeit seiner Thermoschenkel wird es auch in Strahlungspyrometern
eingesetzt, wenngleich hierfür günstigere Elemente mit noch höheren Spannungen zu Verfügung
stehen [2].
3.6.4 Typ „K“ (NiCr-Ni)
Das NiCr-Ni-Element zeigt eine höhere Beständigkeit gegen Oxidation als die Elemente „E“ und „J“
und wird deshalb bei Temperaturmessungen über 500°C eingesetzt. Bei Temperaturen über 750°C
ist der ungeschützte Einsatz zu vermeiden, da die Oxidationsrate stark ansteigt. Gleiches gilt für
die Temperaturmessung in schwefelhaltiger, oxidierender oder reduzierender Atmosphäre. Bei Einsatz
im Vakuum und hohen Temperaturen muss die Vakuumempfindlichkeit beachtet werden, da
das Chrom langsam aus dem Plusschenkel herausdiffundiert. Bei Anwesenheit von Sauerstoff oder
Wasserdampf kann es zur sogenannten Grünfäule kommen. Zwischen 800°C und 1050°C wird das
Chrom, nicht jedoch das Nickel oxidiert. Der Messfehler kann bis zu mehreren 100°C betragen. Im
Temperaturbereich von 400°C bis 600°C durchläuft der positive Schenkel eine reversible Strukturänderung,
die bis zu 5K Änderung im Ausgangssignal beträgt.
3.6.5 Typ „N“ (NiCrSi-NiSi)
Beim NiCrSi-NiSi-Element ist die obere Temperatur gegenüber dem NiCr-Ni-Element auf 1300°C
angehoben. Das zulegierte Silizium oxidiert an der Oberfläche der Thermoschenkel und bildet eine
Schutzschicht gegen Korrosion. Das Silizium unterdrückt auch den reversiblen „K-Zustand“ des
Thermoelementes Typ „K“. Es kann daher die erheblich teureren Platinelemente teilweise ersetzen.
Es wird auch als Mantelelement geliefert, wobei das Mantelmaterial dem Thermomaterial sehr ähnlich
ist. Dies soll eine Vergiftung des Thermomaterials vermeiden.
3.6.6 Typ „R“, „S“ und „B“
Generell ist die Lebensdauer der Edelmetall-Thermoelemente durch das Kornwachstum in den
Thermodrähten begrenzt. Die mechanische Festigkeit verringert sich und das Material versprödet.
Ferner können entlang der Korngrenzen leichter Verunreinigungen eindiffundieren und die Thermospannung
verändern.
Die edlen Thermopaare kommen wegen der hohen Kosten und den geringen Thermospannungen
erst bei Temperaturen oberhalb 800°C zum Einsatz. Sie bieten neben der deutlich geringeren Alterungsdrift
den Vorteil einer niedrigeren Grundtoleranz, wie Grundtoleranz edler Thermoelemente
zeigt:
Thermoelemente Grenzabweichung (Klasse 2/Klasse 1)
600 °C 800 °C 1000 °C
Fe-CuNi „J“
±4,5/2,4°C ±6,0/3,2°C
-
NiCr-Ni „K“
±4,5/2,4°C ±6,0/3,2°C ±7,5/4,0°C
Pt10Rh-Pt „S“
±1,5/1,0°C ±2,0/1,0°C ±2,5/1,0°C
Tabelle 8:
Grundtoleranz edler Thermoelemente
32 JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01