elektrische Temperaturmessung

8 Armaturen und Schutzrohre
Bei edlen Thermoelementen werden hohe Anforderungen an den Reinheitsgrad der Keramik gestellt:
Platin-Elemente sind sehr empfindlich gegenüber Vergiftung durch Fremdatome. Hierzu zählen
besonders Silizium, Arsen, Phosphor, Schwefel und Bor. Bei Armaturen für Hochtemperaturmessungen
ist daher besonders darauf zu achten, dass das Isolations- und Schutzrohrmaterial
möglichst keines der genannten Elemente enthält. Als besonders schädlich ist in diesem Zusammenhang
SiO 2 anzusehen. Die hierdurch verursachte Alterung scheint dabei nicht vom Siliziumdioxid,
sondern von begleitenden Verunreinigungen aus Eisen ausgelöst zu sein [4]. Bei neutraler
und reduzierender Atmosphäre erfolgt die Vergiftung wesentlich schneller, Ursache hierfür ist vermutlich
SiO 2 , das zum SiO reduziert wird und mit dem Platin zu Pt 5 Si 2 reagiert. Schon 0,2% SiO 2
im Isolations- oder Schutzrohrmaterial sollen in reduzierender Atmosphäre zur Ausbildung derartiger
spröder Silizide ausreichen [4].
Gasdurchlässige Schutzrohre können daher nicht in reduzierenden Atmosphären, wie beispielsweise
in Glühöfen, verwendet werden, während sie in oxidierender Umgebung oder Schutzgas zulässig
sind. Wird ein Innenrohr aus gasdichter Keramik verwendet, kann das äußere Schutzrohr aber
durchaus gasdurchlässig sein.
Bei der Montage des ungeschützten Platinelementes und insbesondere des der Messtemperatur
ausgesetzten Teiles ist aus den genannten Gründen auf extreme Sauberkeit zu achten. Fett- und
Ölrückstände (Schwefel), Handschweiß (NaCI, KaCI, CaCI) oder metallische Verunreinigungen (Abrieb,
korrodierte Werkzeuge) müssen unbedingt vermieden werden.
Weiterhin sind im Hochtemperaturbereich die Isolationseigenschaften der verwendeten Materialien
wichtig. Aluminiumoxid und Magnesiumoxid werden bereits bei Temperaturen oberhalb 1000°C
merklich leitend. Bessere Isolationseigenschaften bietet Berylliumoxid, das jedoch wegen seiner
Toxizität in der Anwendung Probleme aufwirft. Zur Isolation werden daher Vierlochstäbe aus
KER 710 (Kapitel 8.4.5 „Keramische Isolationswerkstoffe“) verwendet. Das Isolationsverhalten der
Keramiken wird in erster Linie von deren Alkaligehalt bestimmt; Keramiken mit hohem Alkaligehalt
werden bereits bei vergleichsweise geringen Temperaturen von ca. 800°C elektrisch leitend. Reine
Aluminiumoxid-Keramiken besitzen die besten Eigenschaften.
8.4.5 Keramische Isolationswerkstoffe
Im Folgenden werden zwei keramische Materialien vorgestellt, die in ihren Eigenschaften in der
DIN 43 724 festgelegt sind. Es handelt sich dabei um gasdichte Keramiken. Die ebenfalls in der
DIN aufgeführte poröse Keramik KER 530 ist in ihrer Bedeutung rückläufig, da bei den Platin-Thermoelementen
stets ein gasdichtes Innenrohr erforderlich ist.
KER 710 (Alsint 99,7)
Es handelt sich um eine reine Oxidkeramik aus mehr als 99,7% AI 2 O 3 sowie Spuren von MgO,
Si 2 O und Na 2 O mit einer Feuerstandfestigkeit bis 1900 °C und einem Schmelzpunkt von 2050°C.
Es ist der beste keramische Werkstoff mit einem Isolationswiderstand von 10 7 Ω · cm bei 1000°C,
gut temperaturwechselbeständig auf Grund der guten Wärmeleiteigenschaften und relativ geringen
Wärmeausdehnung von 8 · 10 -6 · K -1 . Das Wärmeleitvermögen entspricht mit 18W/m · K dem von
rostfreiem Stahl [22]. Das Material mit großer mechanischer Festigkeit (Biegefestigkeit 340 MN · m -2 ,
Härte 9 nach Mohs) eignet sich für Öfen mit hohen Temperaturen und reduzierender Atmosphäre
mit Wasserstoff und Kohlenmonoxid. KER 710 eignet sich sogar für Glasschmelz- und Steinzeugbrennöfen
mit Alkalidämpfen bis 1600°C und Glasschmelzen bis 1500°C [2]. Unter derartigen Bedingungen
müssen sowohl der Isolierstab als auch das Schutzrohr aus KER 710 bestehen.
KER 610 (Thermometerporzellan, Pythagoras)
Dieser Werkstoff besitzt einen höheren Alkaligehalt (60% AI2O3, 37% SiO2, 3% Alkali) und dadurch
einen geringen Isolationswiderstand von ca. 10 7 Ω · cm bei 1000 °C. Durch den hohen Siliziumdioxid-Anteil
darf es nicht in reduzierenden Atmosphären eingesetzt werden. Gegenüber KER
710 hat es eine um das Neunfache geringere Wärmeleitfähigkeit; seine mechanische Stabilität ist
JUMO, FAS 146, Ausgabe 2007-01
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