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Anwendung

Vergleich von Thermoelementen

Erfahren Sie mehr über die Eigenschaften der gängigsten Thermoelementtypen, einschließlich Temperatur- und Toleranzbereiche, Materialien, Leistung und Anwendungen.

Obwohl alle Thermoelemente nach denselben wissenschaftlichen Grundsätzen arbeiten, gibt es aufgrund von Unterschieden in den Materialien, der Bauweise und letztlich den Betriebstemperaturbereichen verschiedene Arten von Thermoelementen.  Diese verschiedenen Thermoelementtypen werden mit einem Buchstaben gekennzeichnet, z. B. „Thermoelement Typ K“. Im Folgenden wird auf die Unterschiede zwischen den Thermoelementtypen eingegangen.

Was ist ein Thermoelement?

Ein Thermoelement ist ein analoger Temperatursensor. Das bedeutet, dass seine Ausgangsdaten interpretiert und umgewandelt werden müssen. Bei Thermoelementen wird der Spannungsausgang kalibriert, um die elektromotorische Kraft (EMF; electromotive force) und die Temperaturkurve der jeweiligen Thermoelementkonstruktion zu berücksichtigen. So erzeugen einige Thermoelemente bereits bei niedrigen Temperaturen eine beträchtliche Spannung, während andere erst bei sehr viel höheren Temperaturen eine Spannung erzeugen.

 

 

Wie funktioniert ein Thermoelement?

Kalibrierungsarten sollen es Instrumenten oder Temperaturreglern leicht machen, die Spannung dem entsprechenden Temperaturwert korrekt zuzuordnen. Dies funktioniert, indem sie eine möglichst gerade Linie für die Spannungskurve innerhalb des vorgeschriebenen Temperaturbereichs erzeugen. Die Thermoelemente werden auch entsprechend der Anwendungsatmosphäre kalibriert, sodass chemische Reaktionen zwischen der Betriebsatmosphäre und dem Thermoelementtyp vermieden werden können. Durch die Wahl des richtigen Thermoelement-Kalibrierungstyps kann man die Lebensdauer des Sensors und seine Genauigkeitsanforderungen besser gewährleisten und einen Metallurgieabfall vermeiden.

Leitfaden für die Farben der Thermoelementtypen – Typen K, J, E, T
Farbcodes für Thermoelementkabel (Typ K, Typ J, Typ E und Typ T)

Thermoelement Typ K

Größter Temperaturbereich

Dies ist der häufigste Thermoelementtyp, der den breitesten Betriebstemperaturbereich bietet. Die Typ-KThermoelemente funktionieren in der Regel in den meisten Anwendungen, da sie auf Nickel basieren und einen guten Korrosionswiderstand aufweisen.

  • Das positive Kabel ist nicht magnetisch (gelb), das negative Kabel ist magnetisch (rot).
  • Typische Wahl als Basismetall für Arbeiten bei hohen Temperaturen
  • Geeignet für den Gebrauch in oxidierenden oder inerten Atmosphären bei Temperaturen bis 1.260 °C
  • Beste Leistung in sauberen oxidierenden Atmosphären
  • Anfällig für Schwefelattacken (Erneute Körnung von der Exposition in schwefelhaltige Atmosphären)
  • Nicht empfohlen für den Gebrauch unter teilweise oxidierenden Bedingungen im Vakuum oder bei wechselnden Zyklen der Oxidation und Reduktion

Thermoelement Typ J

Allzweckanwendungen (keine Feuchtigkeit)

Typ-J-Thermoelemente sind das am zweithäufigsten verwendete Thermoelement. Es eignet sich gut für allgemeine Anwendungen, wenn keine Feuchtigkeit vorhanden ist.

  • Positiver (Eisen-) Draht ist magnetisch (weiß), negativer Draht ist nicht magnetisch (rot)
  • Geeignet für den Gebrauch im Vakuum, in Luft sowie in reduzierenden oder oxidierenden Atmosphären mit Temperaturen bis 760 °C bei dickeren Drahtgrößen.
  • Die zu erwartende Nutzungsdauer der dünneren Drähte ist durch die schnelle Oxidation des Eisendrahtes bei Temperaturen über 540 °C begrenzt
  • Der Gebrauch in schwefelhaltigen Atmosphären mit Temperaturen über 540 °C ist zu vermeiden
  • Begrenzter Gebrauch bei Minusgraden aufgrund von Rosten und Versprödung des Eisenleiters

Thermoelement Typ E

EMK mit höchster Leistung

  • Beide Drähte sind nicht magnetisch. Das Pluskabel ist lila, das Minuskabel ist rot.
  • Den höchsten Ausgangs-EMF-Wert aller Standardtypen
  • Empfohlen für den Gebrauch bei Temperaturen von bis zu 900 °C in oxidierenden oder inerten Atmosphären
  • Performs best in clean oxidizing atmospheres
  • Geeignet für niedrige Temperaturen bis etwa -230 °C
  • Nicht empfohlen für die Verwendung unter den folgenden Bedingungen, außer für kurze Zeiträume:
    • Unter teilweise oxidierenden Bedingungen
    • Bei wechselnden Zyklen der Oxidation und Reduktion
    • Im Vakuum

Thermoelement Typ T

Geeignet für den Gebrauch bei niedrigen Temperaturen bis –200 °C

  • Both wires are non-magnetic. Das Pluskabel ist blau, das Minuskabel ist rot.
  • Bei Verwendung an der Luft ist es feuchtigkeitsbeständig, sehr stabil und bis 370 °C einsetzbar.
  • Ein Gebrauch bei höheren Temperaturen ist möglich, wenn dieser im Vakuum oder in reduzierenden oder inerten Atmosphären stattfindet
  • Geeignet für den Gebrauch bei Temperaturen bis –200 °C Möglicherweise ist die Auswahl spezieller Materialien erforderlich.

Temperaturbereiche

Typ Anwendungsbereich Markennamen Farbcode
K 95 °C–1.260 °C Chromel/Alumel Rot (-)/Gelb (+)
J 95 °C–760 °C Eisen/Konstantan Rot (-)/Weiß (+)
E 95 °C–900 °C Chromel/Konstantan Rot (-)/Violett (+)
T 0 °C–350 °C Kupfer/Konstantan Rot (-)/Blau (+)

Toleranzbereiche

Anfängliche Kalibriertoleranzen

Typ Temperaturbereich Standardgrenzwerte Besondere Einschränkungen
K –200 °C bis 0 °C* 
0 °C bis 1.250 °C
±2,2 °C oder ±2 %*
±2,2 °C oder ±0,75 %
N/A
±1,1 °C oder ±0,4 %
J 0 °C bis 750 °C
±2,2 °C oder ±0,75 % ±1,1 °C oder ±0,4 %
E –200 °C bis 0 °C*
0 °C bis 900 °C
±1,7 °C oder ±1 %*
±1,7 °C oder ±0,5 %
±1 °C oder ±0.5 %*
±1 °C oder ±0,4 %
T –200 °C bis 0 °C*
0 °C bis 350 °C
±1 °C oder ±1,5 %*
±1 °C oder ±0,75 %
±0,5 °C oder ±0,8 %*
±0,5 °C oder ±0,4 %

* Thermoelement-Draht ist in der Regel darauf ausgelegt, Toleranzen für Temperaturen über 0 °C zu erfüllen.  Für diese Materialien kann eine spezielle Auswahl und Prüfung erforderlich sein, damit sie in den angegebenen Minusgradtoleranzen liegen. 

Drahtgrößen-Temperaturgrenzen

In der folgenden Tabelle sind die empfohlenen Obertemperaturgrenzen für die verschiedenen Thermoelemente und Drahtgrößen aufgeführt. Diese Grenzwerte gelten für geschützte Thermoelemente, also Thermoelemente in herkömmlichen Schutzröhren mit geschlossenem Ende (Hülsen). 

 

Eichmaß K J E T
20 980 °C  480 °C  540 °C  260 °C 
24 870 °C  370 °C  430 °C  200 °C 
28 870 °C  370 °C  430 °C  200 °C 
30 760 °C  320 °C  370 °C  150 °C