Messungen unter Extrembedingungen sind unser Element

Thermoelemente – robuste Sensoren für einen großen Temperaturbereich

Mit Thermoelementen können Messungen schnell und exakt durchgeführt werden. RÖSSEL-Messtechnik liefert seit mehr als 75 Jahren Thermoelemente für jede Kundenanforderung. Mit unseren Sensoren können Sie sowohl im Tieftemperaturbereich bis -196 °C als auch im Hochtemperaturbereich bis 2.000 °C genaue Messungen durchführen. RÖSSEL-Thermoelemente werden passgenau für Ihre Applikation und nach Ihren Anforderungen konstruiert. Dazu nutzen wir unsere tiefgreifenden Kenntnisse über Schutzrohrmaterialien und ihre Lebensdauer. In unserem Produktsortiment finden Sie spezielle Thermoelemente für die Automobilindustrie, Halbleiterindustrie und Stahlindustrie sowie auch für den Ofen- und Anlagenbau. Wir verarbeiten alle Thermoelementtypen nach IEC 60584-1 (A, C, B, E, J, K, N, R, S, T).

  • Anwendungs­orientierte Typen- und Bauformvielfalt
  • Kundenspezifische Konstruktion
  • Schutzrohre aus Metallen, Keramiken, Quarz und Saphir
  • Produktveredelnde Beschichtungen und Kalibrierung

Mantel­thermo­elemente

Dank ihrer Isolierung sind Mantelthermoelemente vielfältig einsetzbar, biegsam und widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen. Mantelthermoelemente eignen sich für einen extrem großen Temperaturbereich.

Gerade Thermo­elemente

RÖSSEL-Messtechnik liefert gerade Thermoelemente in verschiedensten Bauformen mit hochwertigen Schutzrohr-Materialien für den rauen Industrieeinsatz, zum Beispiel in Wärmebehandlungs- und Verbrennungsprozessen.

Prozess­thermo­elemente

Prozessthermoelemente für die Chemie-, Petrochemie- und Kraftwerksindustrie. Werksnormen sind als Standard verfügbar. Ebenso liefern wir Spezialausführungen, die wir in Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickeln.

Hochtemperatur-Thermoelemente

Unsere speziell entwickelten Hochtemperatur-Thermoelemente messen bei Temperaturen bis über 2.000 °C und sind auch für hochkorrosive sowie reduzierende Atmosphären geeignet. Unsere Hochtemperatur-Thermoelemente werden für die Raumfahrt, in Forschungslaboren und in der Industrie eingesetzt.

  • Für oxidierende, reduzierende und neutrale Atmosphären
  • Druck- und vakuumdichte Ausführungen in vielen Formen
  • Auch als Stufenthermoelemente
  • Kundenspezifische Konstruktionen

Isolierte Thermo­paare

Für Temperaturen bis 1.200 °C liefen wir Thermopaare, bestehend aus Thermodrähten, isoliert mit Kunststoffen, Glasfasern oder Keramiken direkt ab Lager. Die Länge ist frei wählbar.

Hochvolt-Thermo­elemente

Wir fertigen berührungssichere Hochvolt-Sensoren mit hochwertigem Isolationsaufbau bis 6 kV DC zur Messung an Batteriesystemen und Hochvolt-Komponenten von Elektrofahrzeugen.

Stufen­thermo­elemente

Mit unseren Stufenthermoelementen messen Sie Temperaturverteilungen und führen TUS-Messungen nach AMS 2750D oder CQI-9 durch – ideal für Temperaturverläufe in Öfen, Rohrleitungen und Lüftungskanälen.

Spezial­thermo­elemente

RÖSSEL-Messtechnik entwickelt und fertigt Thermoelemente mit besonderen Bauformen, zum Beispiel Oberflächen-Thermoelemente, Sensoren zur Messung an Rohr- und Behälterwänden von Temperaturprofilen oder Sicherheitsthermoelemente.

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Aus unserer Infothek: : Thermoelemente in der industriellen Praxis

Wie funktionieren Thermoelemente, welche Prinzipien sind am Werk und welche Bauformen gibt es? Von Ansprechverhalten über Wärmeableitfehler bis zu Alterung und Drift – unsere umfassende Broschüre erklärt, was es beim Einsatz von Thermoelementen in der industriellen Praxis zu beachten gibt.

Was ist ein Thermoelement (Thermocouple)?

Ein Thermoelement ist ein Temperatursensor, der aus zwei verschiedenen Metalldrähten besteht. Diese sind an einem Ende (der Messspitze oder Hot Junction) miteinander verbunden und bilden einen geschlossenen elektrischen Kreislauf. Wenn sich am Messende dieses Thermopaares die Temperatur verändert, entsteht aufgrund der unterschiedlichen thermoelektrischen Eigenschaften der beiden Metalle eine Thermospannung. Man nennt dies auch den Seebeck-Effekt. Der genaue Spannungsaufbau ist abhängig von den eingesetzten Materialien und von der Temperatur. Wenn man die Eigenschaften der Materialien kennt, kann man über die Messung der Thermospannung die vorherrschende Temperatur bestimmen – auch bei extremen Temperaturen.

Um den Seebeck-Effekt für die Temperaturmessung nutzen zu können, müssen unterschiedliche Metalle miteinander verbunden werden. Ihre Kombination für industrieübliche Anwendungen ist in der DIN EN 60584-1 genormt. Die Thermopaare können aus unedlen Metallen und Legierungen wie beispielsweise Nickel / Nickel-Chrom (Typ K) oder Eisen / Kupfer-Nickel (Typ J) bestehen oder aus Edelmetallen wie zum Beispiel Platin / Platin – 13 % Rhodium (Typ R). Unedle Thermoelemente zeichnen sich durch eine hohe Signalausprägung aus, während edle Thermoelemente deutlich genauer und temperaturbeständiger sind.

Für ein korrektes Messsignal des Thermoelements muss am Übergang des Thermoelements zum Messgerät die Temperatur als Vergleichsstelle bestimmt werden (Cold Junction). Alle Messgeräte für Thermoelemente berücksichtigen diese Kaltstellenkompensation (Cold Junction Compensation – CJC) bereits in der Werkskonfiguration.

Wie funktioniert ein Thermoelement?

Maßgeblich für die Funktion des Thermoelements ist der sogenannte Seebeck-Effekt.

In einem metallischen Leiter mit einer Temperaturdifferenz zwischen beiden Enden werden die frei beweglichen Elektronen aufgrund eines Energieüberschusses vom heißen Ende in Richtung des kalten Endes verschoben. Die entstandene Ladungsverschiebung führt zu einem elektrischen Potenzial zwischen den beiden Enden. Dieser materialspezifische Effekt findet in allen Metallen und Halbleitern statt.
Um den Seebeck-Effekt technisch zu nutzen, werden nun verschiedene Metalle miteinander verbunden. Die Verbindungsstelle der beiden Metalle wird durch eine geeignete thermische Ankopplung auf die Messtemperatur gebracht. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle – der Hot Junction – und dem Anschluss ans Messgerät – der Cold Junction – findet in beiden Metallen die Ladungsverschiebung statt. Aufgrund der unterschiedlichen thermoelektrischen Eigenschaften der Metalle ist der Spannungsaufbau verschieden stark ausgeprägt. Die Potenzialdifferenz der beiden Thermomaterialien kann als Thermospannung gemessen werden.

Um die Thermospannung zu standardisieren, wurden sowohl die Materialpaarungen als auch die Vergleichsstelle – das „kalte“ Ende, an dem das Signal gemessen wird – auf 0 °C genormt. Die Vergleichsstellen der meisten Messgeräte in der industriellen Anwendung befinden sich bei Umgebungstemperatur. Dadurch wird weniger Thermospannung durch das Thermoelement ausgebildet, als für die Berechnung der genauen Temperatur nach Norm notwendig ist. Daher messen die Messgeräte die Anschlussklemmentemperaturen und kompensieren die fehlende Thermospannung zu 0 °C rechnerisch – die sogenannte Kaltstellenkompensation (CJC).

Wo werden Thermoelemente eingesetzt?

Thermoelemente sind elektrische Berührungsthermometer und können prinzipiell in allen industriellen und forschungsrelevanten Messsystemen eingesetzt werden.
Vorrangig werden Thermoelemente bei Anwendungen verwendet, bei denen hohe Temperaturen, starke Erschütterungen oder starke Schwingungen vorherrschen oder kurze Ansprechzeiten gefordert sind. Dabei wird eine größere Abweichung als beispielsweise bei Widerstandsthermometern in Kauf genommen.
Thermoelemente messen punktförmig und können daher für feingliedrige Temperaturprofilmessungen eingesetzt werden.
Thermoelemente können entweder als Eintauchsensoren oder als Oberflächensensoren, als direkter oder isolierter Sensor oder beispielsweise als Handmessgerät mit zwei separierten Prüfspitzen ausgeführt werden. Das ermöglicht ein breites Einsatzgebiet in folgenden Industriezweigen:

  • Industrieofenbau
  • Anlagen-/Maschinenbau
  • Automotive
  • Chemieindustrie
  • Kraftwerkstechnik
  • Glasindustrie
  • Lebensmittelindustrie
  • etc.

Was ist eine Thermospannung?

Unter Thermospannung versteht man den elektrischen Potenzialunterschied zwischen dem positiven und dem negativen Leiter eines Thermoelements, der sich aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen der Messspitze und den Anschlusskontakten aufbaut. Diese Spannung entsteht durch den thermoelektrischen Effekt, auch Seebeck-Effekt genannt. Die Spannungsreihen sind für die einzelnen Thermoelementtypen in der DIN EN 60584-1 mit 0 °C als Vergleichsstelle normiert. Befindet sich die Vergleichsstelle auf einem anderen Temperaturniveau, muss die fehlende bzw. die zu viel gebildete Thermospannung rechnerisch kompensiert werden.

Was ist eine Thermo-/Ausgleichsleitung?

Prinzipiell ist es möglich, ein Thermoelement mit seinem Grundmaterial von der Messstelle bis zur Messwarte zu verlegen. Abhängig vom Durchmesser, der Bauweise und dem Thermoelementtyp ist der Sensor allerdings zu unflexibel oder schlicht zu teuer. Man muss sich nur die Kosten und den Aufwand vorstellen, wenn ein Typ-R-Platin-Thermoelement über 100 Meter quer durch die Werkshalle verlegt werden soll oder wenn ein 8,0-Millimeter-Thermoelement der Kabelführung folgend zurechtgebogen werden muss.
Deshalb werden Thermo- oder Ausgleichsleitungen verwendet, um die Distanz zwischen Messstelle bzw. Thermoelement und der Messkarte zu überbrücken. Neben der reinen Signalleitung ist die Leitung auch für die Signalbildung notwendig, damit der Temperaturunterschied zwischen dem kalten Ende des Thermoelements und der Eigentemperatur der Messkarte ausgeglichen werden kann. Die Thermo- und die Ausgleichsleitungen müssen daher ähnliche bis identische thermoelektrische Eigenschaften wie das Thermomaterial des Thermoelements haben.
Während die Thermoleitung das gleiche Thermomaterial als Innenleiter hat, werden für die Ausgleichsleitung Materialien verwendet, die nur ähnliche thermoelektrische Eigenschaften wie das Thermomaterial besitzen.
Durch das gleiche Thermomaterial in der Thermoleitung sind die Genauigkeiten der Messkette höher.
Dennoch haben die Ausgleichsleitungen ihre Daseinsberechtigung, da sie günstiger in der Anschaffung sind. Vor allem bei Edelmetall-Thermoelementen gibt es ausschließlich Ausgleichsleitungen, da eine Thermoleitung nicht wirtschaftlich beschafft werden kann.
Die Farbcodierung der Thermo- und Ausgleichsleitungen ist in der DIN EN 60584-3 genormt.

Was ist ein Thermoelement Typ K?

Das Thermoelement Typ K ist einer von zehn standardisierten Thermoelementtypen der Norm DIN EN 60584-1. Der Typ beschreibt die Thermomaterial-Kombination. Bei einem Thermoelement Typ K wird als positiver Leiter eine Nickel-Chrom-Legierung und als negativer Leiter Nickel verwendet.
Im europäischen Raum wird dieser Typ nach der DIN EN 60584-3 grün gekennzeichnet. Er ist einer der am häufigsten verwendeten Typen in der industriellen Anwendung.

Folgende Thermoelementtypen sind genormt:

RÖSSEL-Messtechnik – Ihr zertifizierter Partner

Als zertifizierter Hersteller von Temperaturmesstechnik für Industrie und Forschung erfüllen wir höchste Fertigungsstandards. Mit international anerkannten Zulassungen und Kalibrierungen bieten wir Qualität, auf die Sie sich weltweit verlassen können.

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