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Messung der Temperatur

Thermoelemente

Bereits im Jahre 1821 erkannte Seebeck, dass in einem Leiterkreis, bestehend aus zwei verschieden Leitermaterialien, ein Strom fließt, wenn man die beiden Verbindungsstellen auf verschiedene Temperaturen bringt.

Abb.1
Thermoelement

Dieser nach dem Entdecker benannte Seebeck-Effekt lässt sich zur Temperaturmessung nutzen. Der entstehende Stromfluss wird durch eine elektromotorische Kraft erzeugt (Thermospannung), die vom jeweiligen Leitermaterial und dem Temperaturunterschied abhängig ist. Der Seebeck-Effekt beruht darauf, dass die Anzahl der freien Elektronen in einem Metall von der Art des Metalls und von dessen Temperatur abhängig ist. Bringt man nun zwei verschiedene Metalle zusammen, so entsteht an der Kontaktstelle aufgrund der unterschiedlichen Anzahl an Elektronen eine Potentialdifferenz, die im mV-Bereich liegt. Ändert man nun die Temperatur an einer Kontaktstelle, so ändert sich die Potentialdifferenz proportional dazu. Im Vergleich zu einer Kontaktstelle mit konstant gehaltener Temperatur kann man so eine Temperaturmessung vornehmen.

Der umgekehrte Prozess zum Seebeck-Effekt heißt Peltier-Effekt. Schickt man hierbei durch eine Kontaktstelle von zwei verschiedenen Metallen ein Strom in die eine oder andere Richtung, so kann man einmal Wärme und einmal Kälte an den Verbindungsstellen erzeugen.

Die zwei Metalldrähte, die das Thermoelement bilden, nennt man Thermopaar. Für diese vielfältigen Paarungen gibt es verschiedene Normen (DIN 43710, IEC 65 B.8), die sich jeweils auf bestimmte Materialien beziehen und entsprechende Grundwerte und zulässige Abweichungen angeben. In der folgenden Tabelle werden einige Materialpaarungen und Einsatzbereiche für Thermoelemente angegeben:

Tab.1
Materialien und Einsatzbereiche
MaterialpaarungEinsatzbereich (°C)
Kupfer-Konstantan (Cu-CuNi)-200 bis +500
Eisen-Konstantan (Fe-CuNi)-200 bis +700
Nickelchrom-Nickel (NiCr-Ni)0 bis +1000
Platinrhodium-Platin (PtRh-Pt) 0 bis +1300

Die entstehende Thermospannung wird in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen. Hierbei wird eine Kontaktstelle des Thermopaares auf einer konstanten Temperatur gehalten ( Tv = Vergleichstemperatur) und mit der anderen Kontaktstelle wird gemessen ( Tm = Messtemperatur).

Abb.2
Thermoelement

Thermoelemente können für vielfältige Temperaturmessungen eingesetzt werden. Die Empfindlichkeit eines Thermoelementes kann in Thermosäulen erhöht werden. Thermoelemente finden deshalb Einsatz sowohl in der Kontaktthermometrie, als auch in der Strahlungsthermometrie.

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