Elektrische Temperaturmesstechnik

Widerstandsthermometer

In Widerstandsthermometern wird der Effekt genutzt, dass die elektrische Leitfähigkeit von Metallen von Ihrer Temperatur abhängig ist. Bei Kaltleitern (PTC) steigt der Widerstand mit der Temperatur, bei sog. Heißleitern (NTC) sinkt der Widerstand mit ansteigender Temperatur. Moderne, sehr präzise Widerstandsthermometer enthalten hochreine und extrem robuste Platinleiter, erkennbar an ihrer Bezeichnung „PT-…“. Aus der Bezeichnung „PT 100“ bzw. „PT 1000“ ergibt sich, dass der Widerstand des jeweiligen Platinleiters, gemessen bei 0°C, 100 ? bzw. 1000 ? beträgt. Die Temperatur-Widerstands-Korrelation sowie die Toleranzklassen für Widerstandsthermometer sind in der DIN EN 60751 festgelegt. Der abdeckbare Messbereich liegt zwischen -200°C und +850°C.

Thermoelemente

Bei Temperaturen oberhalb +850°C und/oder für besonders schnelle Temperaturerfassungen werden Themoelemente eingesetzt. Sie basieren auf dem sog. Seebeck-Effekt, nach dem an der Grenzschicht zweier unterschiedlicher metallischer Leiter (z.B. 1 Reinmetall, 1 Legierung) eine elektrische Spannung von wenigen Mikrovolt entsteht, die mit steigender Temperatur ebenfalls ansteigt. Jedes Metall hat einen thermoelektrischen Koeffizienten, der i.d.R. gegen Platin angegeben wird. Die DIN EN 60584 beschreibt die thermoelektrische Spannungsreihe, mithilfe derer sich die Temperatur an der Messstelle bestimmen lässt. Thermoelemente können Temperaturen über 2.000°C erfassen und kommen deshalb in vielen chemischen Prozessen sowie der Grundstoffindustrie usw. zum Einsatz. Dafür werden sie mit speziellen Schutz-Ummantelungen wie Keramik versehen.

Temperaturschalter

Bimetall-Temperaturschalter
Zwei zum Bimetallstreifen miteinander verbundene Metallstreifen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten führen bei Temperaturänderung zu einer Biegeverformung des Bimetallstreifens. Der eingespannte Bimetallstreifen funktioniert damit als Schaltfeder, die die Kontakte eines Stromkreises je nach Temperatur – und damit Biegung – entweder öffnet oder schließt. In Bimetall-Temperaturschaltern kommt eine sog. Schnappscheibe als Kontaktfeder zum Einsatz; über Materialkombination, Form und Länge kann ein fester Temperaturschaltpunkt eingestellt werden. Die Hysterese ist fix, Schalt- und Rückschaltpunkt sind identisch.

Halbleiter-Temperaturschalter

Auslöseelement ist ein Halbleiter-Temperatursensor, dessen temperaturabhängig veränderten Signale mithilfe von Verstärkern und/oder Elektroniken Schaltzustandsänderungen herbeiführen. Über Einstellungen in der Elektronik kann die für den Schaltvorgang erforderliche Signalstärke – und damit der Schaltpunkt – genau eingestellt werden; Schalt- und Rückschaltpunkt sind prinzipiell getrennt einstellbar. Veränderbare Schaltpunkte, hohe Präzision sowie die Nutzung des Signals für weitere Funktionen, z.B. Anzeige, sind die Vorteile elektronischer Temperaturschalter.

Mechanische Temperaturmesstechnik

Bimetallthermometer

In Bimetallthermometern wird durch Temperaturänderung eine definierte Krümmung bzw. Krümmungsveränderung eines Bimetallstreifens ausgelöst. Zum Bimetallstreifen sind zwei Metallstreifen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten fest miteinander verbunden. Aus der Stärke der Krümmung wird direkt oder als Resultierende des Winkels eine Zeigerdrehung ausgelöst, mithilfe derer auf einer Thermometerskala die Temperatur angezeigt werden kann. Das mechanische Funktionsprinzip bedingt relativ große Toleranzen; zur Verbesserung der Anzeige kann eine Flüssigkeitsdämpfung eingesetzt werden. Der Anzeigebereich von Bimetallthermometern reicht von ca. -70°C bis +600°C. Mechanische Thermometer sind kostengünstig.

Flüssigkeitsthermometer

Die thermische Ausdehnung von Flüssigkeiten ist hier das Funktionsprinzip. Die Volumenveränderung einer definierten Menge Messflüssigkeit, i.d.R. spezielle Alkohole, wird über unterschiedliche Verfahren direkt oder indirekt auf einer Temperaturskala zur Anzeige gebracht. Eine direkte Anzeige erfolgt z.B. mittels einer Kapillare (geschlossenes System), die auf einer Temperaturskala sitzt (Maschinenthermometer, Fieberthermometer …). Für die indirekte Anzeige löst die Flüssigkeitsausdehnung eine definierte Biegung in einer sog. Spiral-Bourdonfeder aus (offenes System). Mittels Bourdonfeder ist der Temperaturwert durch eine Zeigerdrehung (bis zu 270°) auf einer Skala darstellbar. Typisch für dieses Funktionsprinzip sind Fernleitungsthermometer.

Gasdruckthermometer

Die eigentliche Temperaturmessung erfolgt mittels Druckmessung. Die temperaturabhängige Volumenveränderung eines sog. Edelgases wird über eine Kapillarleitung auf eine Spiral-Bourdonfeder übertragen, die mittels definierter Krümmung eine Zeigerdrehung auslöst. Eine Kreisskala dient zur Anzeige. Gasdruckthermometer sind hochgenau und entsprechen der Genauigkeitsklasse 1 nach EN A13190; in unserer robusten Edelstahlausführung sind sie vor allem für die Grundstoff- und Chemieindustrie, Anlagenbau und Transportation optimal geeignet. tecsis liefert Ausführungen mit DKD-Zertifizierung. Der Messbereich von Gasdruckthermometern liegt zwischen -200°C und +700°C.