Was ist eine Thermoelement?

Was ist ein Thermoelement?

Thermoelement-Definition

Ein Thermoelement ist ein Gerät, das Temperaturunterschiede in eine elektrische Spannung umwandelt, basierend auf dem Prinzip des thermoelektrischen Effekts. Es handelt sich dabei um einen Sensor, der die Temperatur an einem bestimmten Punkt oder Ort messen kann. Thermoelemente werden in industriellen, häuslichen, kommerziellen und wissenschaftlichen Anwendungen aufgrund ihrer Einfachheit, Haltbarkeit, geringen Kosten und weiten Temperaturbereichs weit verbreitet eingesetzt.

Thermoelektrischer Effekt

Der thermoelektrische Effekt ist das Phänomen, dass durch einen Temperaturunterschied zwischen zwei verschiedenen Metallen oder Legierungen eine elektrische Spannung erzeugt wird. Dieser Effekt wurde 1821 vom deutschen Physiker Thomas Seebeck entdeckt, der beobachtete, dass sich ein Magnetfeld um einen geschlossenen Kreislauf aus zwei unterschiedlichen Metallen bildet, wenn eine Verbindung erhitzt und die andere gekühlt wird.

Der thermoelektrische Effekt kann durch die Bewegung freier Elektronen in den Metallen erklärt werden. Wenn eine Verbindung erhitzt wird, gewinnen die Elektronen kinetische Energie und bewegen sich schneller zur kälteren Verbindung. Dies führt zu einem Potenzialunterschied zwischen den beiden Verbindungen, der mit einem Voltmeter oder Amperemeter gemessen werden kann. Die Größe der Spannung hängt von den verwendeten Metallen und dem Temperaturunterschied zwischen den Verbindungen ab.

Funktion des Thermoelements

Ein Thermoelement besteht aus zwei Drähten aus unterschiedlichen Metallen oder Legierungen, die an beiden Enden miteinander verbunden sind, um zwei Verbindungen zu bilden. Eine Verbindung, die heiße oder Messverbindung genannt wird, wird an der Stelle platziert, an der die Temperatur gemessen werden soll. Die andere Verbindung, die kalte oder Referenzverbindung, wird bei einer konstanten und bekannten Temperatur gehalten, normalerweise bei Raumtemperatur oder in einem Eisbad.

Wenn es einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Verbindungen gibt, wird durch den thermoelektrischen Effekt eine elektrische Spannung im Thermoelementkreis erzeugt. Diese Spannung kann mit einem Voltmeter oder Amperemeter, das an den Kreis angeschlossen ist, gemessen werden. Durch die Verwendung einer Kalibrierungstabelle oder einer Formel, die die Spannung mit der Temperatur für eine bestimmte Art von Thermoelement in Beziehung setzt, kann die Temperatur der heißen Verbindung berechnet werden.

Arten von Thermoelementen

Es gibt verschiedene Arten, wie K, J, T und E, die sich durch Metallkombinationen, Temperaturbereiche und spezifische Anwendungen unterscheiden.

Vorteile

• Sie können einen breiten Temperaturbereich messen, von kryogenen bis hin zu sehr hohen Temperaturen.

• Sie sind einfache, robuste und zuverlässige Geräte, die harte Umgebungen und Vibrationen aushalten können.

• Sie sind kostengünstig und leicht zu installieren und zu ersetzen.

• Sie haben eine schnelle Reaktionszeit und können dynamische Temperaturänderungen messen.

• Sie benötigen keine externe Stromversorgung oder Verstärkung für ihre Funktion.

Nachteile

• Sie haben eine geringere Genauigkeit und Stabilität im Vergleich zu anderen Sensoren.

• Sie sind anfällig für Fehler aufgrund von Korrosion, Oxidation, Kontamination oder Alterung der Drähte.

• Sie erfordern eine Referenzverbindung bei bekannter Temperatur für eine genaue Messung.

• Sie haben eine nicht-lineare Ausgabe, die eine komplexe Kalibrierung oder Kompensation erfordert.

• Sie können ungewollte thermoelektrische Spannungen aufgrund parasitärer Verbindungen im Schaltkreis erzeugen.

Auswahlkriterien

Wählen Sie basierend auf Temperaturbereich, Genauigkeit, Umgebungskompatibilität, Größe, elektrischen Eigenschaften und Kosten.

• Gängige Anwendungen

• Stahl- und Eisenindustrie

• Gasgeräte

• Thermopile-Strahlungssensoren

• Fertigung

• Energieerzeugung

• Prozanlagen

• Thermoelement als Vakuummesser

Fazit

Thermoelemente sind weit verbreitete Temperatursensoren, die aus zwei verschiedenen Metallen bestehen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Wenn die Verbindung der beiden Metalle erhitzt oder gekühlt wird, entsteht eine Spannung, die auf die Temperatur zurückgeführt werden kann.

Thermoelemente haben viele Vor- und Nachteile im Vergleich zu anderen Temperatursensoren. Sie können einen breiten Temperaturbereich messen, von kryogenen bis hin zu sehr hohen Temperaturen. Sie sind einfache, robuste und zuverlässige Geräte, die harte Umgebungen und Vibrationen aushalten können. Sie sind kostengünstig und leicht zu installieren und zu ersetzen. Sie haben eine schnelle Reaktionszeit und können dynamische Temperaturänderungen messen. Allerdings haben sie eine geringere Genauigkeit und Stabilität im Vergleich zu anderen Sensoren. Sie sind anfällig für Fehler aufgrund von Korrosion, Oxidation, Kontamination oder Alterung der Drähte. Sie erfordern eine Referenzverbindung bei bekannter Temperatur für eine genaue Messung. Sie haben eine nicht-lineare Ausgabe, die eine komplexe Kalibrierung oder Kompensation erfordert.

Um das richtige Thermoelement auszuwählen, sollten Sie den Temperaturbereich und die benötigte Genauigkeit, die chemische Kompatibilität und Haltbarkeit der Drähte, die Größe und Form des Sensors, die elektrischen Eigenschaften und die Störfestigkeit sowie die Verfügbarkeit und Kosten des Typs und der Zubehörteile berücksichtigen.

Thermoelemente werden in einer Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Branchen und Bereichen eingesetzt. Einige der gängigen Anwendungen von Thermoelementen sind die Stahl- und Eisenindustrie, Gasgeräte, Thermopile-Strahlungssensoren, Fertigung, Energieerzeugung, Prozanlagen und Thermoelemente als Vakuummesser.