Anwendung sowie Bewertung der LCT/TLC - Lehrstuhl ...

2.3 Thermoelemente
Alternative Möglichkeiten der Temperaturerfassungen auf Oberflächen
Thermoelemente sind im eigentlichen Sinne punktuelle Temperaturmesser. Daher kommen
sie auch in sehr kleinen Bauformen vor. Für eine zweidimensionale Temperaturbestimmung
benötigt man somit eine Matrix aus mehreren Elementen. Die Abstände zwischen den
Messpunkten sind stark von der Bauform der einzelnen Elemente abhängig. Sie begrenzen
dadurch die Auflösung einer Thermoelementmatrix, da zwischen ihnen keine Messung mög-
lich ist.
Funktionsprinzip:
Thermoelemente nutzen den so genannten Seebeck-Effekt. Dabei wird in einem elektrischen
Leiter, der sich in einem Temperaturgefälle befindet, ein Elektronenfluss angeregt. Dieser
entsteht durch die elektromotorische Kraft (EMK), die zum Temperaturgefälle proportional ist.
Somit lässt sich an den Enden des Leiters ein Spannungsunterschied feststellen, der von
Temperaturdifferenz und den thermoelektrischen Eigenschaften des Leitermaterials abhän-
gig ist. Jedes Metall besitzt einen thermoelektrischen Koeffizienten, der meist gegen Platin
bestimmt wird und die Höhe der entstehenden Spannung beschreibt.
Für eine Temperaturmessung verwendet man zwei Leitermaterialien mit möglichst unter-
schiedlichen Koeffizienten. Die Leiter werden an der Temperaturmessstelle miteinander ver-
bunden. Durch die Temperaturdifferenz zwischen Verbindungsstelle sowie den beiden En-
den und durch die unterschiedlich starke EMK in den beiden Leitern bildet sich eine tempera-
turabhängige Spannung aus. Die verbundenen Leiter werden auch als Thermopaar, die re-
sultierende Spannung als Thermospannung bezeichnet.
Die Thermospannung bewegt sich im geringen Mikrovoltbereich und entsteht, sobald die
Temperatur über 0K liegt. Die thermoelektrische Spannungsreihe (DIN EN 60584) beinhaltet
die Koeffizienten zu den verschiedenen möglichen Leitermaterialien und ermöglicht damit
eine klare Aussage zur Temperatur an der gemessenen Stelle [7].
( k − k ) ⋅ ∆T
U th = NiCr Ni
Formel 2.3.1
Die Formel 2.3.1 kann bei bekannter gemessener Spannung nach der gemessenen Tempe-
ratur umgestellt werden. ( Hier für ein Nickel-Chrom-Nickel Thermoelement)
Thermoelemente messen keine „absolute“ Temperatur, sondern nur eine Differenz zwischen
zwei Messstellen. Sie werden deshalb auch als Temperaturfühler bezeichnet. Die genormte
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