elektrische Temperaturmessung

8 Armaturen und Schutzrohre
8.4.1 Metallische Schutzrohre
Mit Schutzrohren aus niedriglegiertem Stahl sind Messungen bis ca. 800°C möglich, bei der Verwendung
hitzebeständiger Stähle bis 1200°C. Ihr großer Vorteil ist die mechanische Belastbarkeit,
wogegen sie chemisch recht empfindlich sind. Es finden vielfach Schutzrohre aus rost- und säurebeständigem
Stahl Anwendung, die vergleichsweise korrosionsbeständig sind und Temperaturobergrenzen
bis 800°C erlauben. Ihnen steht allerdings die vergleichsweise schlechte Wärmeleitfähigkeit
des Materials gegenüber. Wie alle Legierungen, also auch Bronze und Messing, haben diese
wegen des veränderten Metallgitters eine erheblich schlechtere Wärmeleitfähigkeit als die
Grundmetalle. Wo kurze bis sehr kurze Ansprechzeiten bei gleichzeitiger hoher mechanischer Stabilität
und damit verbundener größerer Wandstärke des Schutzrohres gefordert sind, sollte daher
auf ein kupfernes Schutzrohr zurückgegriffen werden, sofern der dadurch verbundene erhöhte
Wärmeableitfehler zulässig ist. Oberhalb 300°C oxidiert Kupfer an der Luft, wodurch die Temperaturobergrenze
einschränkt. Als Oberflächenschutz eignen sich Nickelschichten, die wegen der
ähnlichen elektrochemischen Eigenschaften beider Metalle gutes Haftungsvermögen aufweisen.
Bei Mantelthermoelementen wird als Ummantelung rost- und säurebständiger Stahl, Werkst. Nr.
1.4571 (V4A, Inox, Nirosta), mit ca. 18% Chrom und 10% Nickel verwendet, der Einsatztemperaturen
bis 800°C ermöglicht.
Für höhere Temperaturen eignet sich eine stark nickelhaltige Legierung mit der Werkstoffnummer
2.4816. Sie ist unter dem Handelsnamen Inconel (Handelsbezeichnung der Inco Alloy) bekannt. Es
handelt sich dabei um eine Legierung aus 72% Ni, 14 - 17% Cr, 6 - 10% Fe und weniger als 10%
Mangan mit einem Schmelzpunkt von 1400°C, die in oxidierender Atmosphäre bis 1150°C beständig
ist. In schwefelhaltigen oxidierenden Gasen verringert sich die Maximaltemperatur auf 850 °C
und geht bei gleichzeitiger reduzierender Atmosphäre auf 540°C hinunter. In Endogas sind Temperaturen
von 1100°C mit guten Standzeiten möglich: Nach Anderson [20] betrug die Drift nach
2500 Stunden - 0,3K bei einem Mantelthermoelement vom Typ N, 1,8 K beim Typ K. (Endogas ist
ein carbonisierendes Gas, das durch die unvollständige Verbrennung von Propan hergestellt wird.
Durch Zusatz von 2 - 6% Ammoniak wirkt es carbonitrierend.) Bei hohen Temperaturen wird Inconel
wasserstoffdurchlässig. [2] Nicrobell (Handelsname der Microbell Pty. Ltd) ist ein Material aus
15% Chrom, 1,5% Silizium, 80% Nickel und 0,2% Silizium. Es hat starke Ähnlichkeit mit Nicrosil,
das als Plusschenkel für das Thermoelement Typ N verwendet wird. Nicrobell schmilzt bei 1420°C.
In oxidierenden Atmosphären und im Vakuum ist es sehr stabil, die Temperaturobergrenze liegt hier
bei ca. 1300°C, wird jedoch durch das verwendete Thermoelement eingeschränkt (Abschnitt
3.8.1).
In aufkohlenden Atmosphären wie Endogas reduziert sich die Einsatztemperatur auf ca. 500°C
[20].
Seine Wärmeleitfähigkeit von 15Wm-'K-1 ist der von Inconel und rostfreiem Stahl sehr ähnlich.
Die Problematik der Korrosionsbeständigkeit und der schwer zu treffenden Voraussagen soll an
Isokorrosionsdiagramm (Abbildung 53: Isokorrosionsdiagramm) exemplarisch dargestellt werden:
Die Frage nach der Beständigkeit von Stählen in Schwefelsäure lässt sich nur unter Berücksichtigung
zweier Parameter, der Konzentration und der Temperatur, beantworten. Stahl der Werkstoffnummer
1.4571 z. B. weist eine große Beständigkeitslücke im Bereich einer 25 - 78-prozentigen
Säurekonzentration auf. Aber auch unter- und oberhalb dieses Bereiches muss unbedingt die Temperatur
berücksichtigt werden. Vor dem Einsatz eines Materiales ist daher die Prüfung seiner Korrosionsbeständigkeit
unter den gegebenen Einsatzbedingungen meist unumgänglich.
82 JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01