1 Überblick über die Sensorik

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50 3.2 Thermoelektrische Sensoren 3.2.3 Temperaturmessung mit Thermoelementen 51
Tab. 3.2.2-4: Farbkennzeichnung der Ausgleichsleitungen (nach [3.10])
3.2.3 Temperaturmessung mit Thermoelementen
In Bild 3.2.2-10 war die elektrische Schaltung zur Messung einer Temperatur T 2 relativ
zu einer Temperatur T 1 am Meßinstrument mit Hilfe von Thermoelementen dargestellt
worden. Bei einer genaueren Betrachtung [3.11] beschreibt die Temperatur T 1
die Verhältnisse an den Eingangsklemmen des Meßinstruments (Galvanometer, digitales
Voltmeter, etc.) und nicht am Meßwerk selber, diesem wollen wir die Temperatur T o
zuordnen. Dabei sind die Temperaturen T 1
(1)
und T 1
(2)
an den beiden Eingangsklemmen
eher äußeren Einflüssen ausgesetzt als die Temperatur T o an dem durch ein Gehäuse
geschützten Meßinstrument. Bild 3.2.3-1 zeigt die entsprechende Meßschaltung
und den dazugehörigen Verlauf der Fermienergie in Abhängigkeit vom Ort.
*) Daneben bestehen unterschiedliche Farbkennzeichnungen nach nationalen Standards, so BS 1843, ANSI/MC 96.1,
NFC 42-323, JIS C1610-1981. Eine einheitliche Norm zur Farbkennzeichnung für Ausgleichsleitungen befindet sich im
Entwurf (DIN IEC 65B (CO) 63, Teil 4).
Zusammenfassend ergeben sich die folgenden Vor- und Nachteile von Thermoelementen:
Vorteile:
– keine externe Stromversorgung erforderlich
– einfaches und überschaubares Meßsystem
– mechanisch relativ stark beanspruchbar
– vergleichsweise kostengünstig
– große Breite der einsetzbaren Werkstoffe
– ein großer Temperaturbereich kann abgedeckt werden
Nachteile:
– nichtlineare Temperaturkennlinie
– kleine Ausgangsspannungen
– Referenztemperatur erforderlich (s. folgender Abschnitt)
– weniger langzeitstabil als andere Temperatursensoren
– weniger empfindlich als andere Temperatursensoren.
Bild 3.2.3-1
Temperaturmessung mit Thermoelementen bei Berücksichtigung der Tatsache,
daß die Temperaturen T 1
(1)
und T 1
(2)
an den Eingangsklemmen des Meßinstruments
verschieden sein kann von der Temperatur T o des Meßinstruments
a) Aufbau der Meßschaltung: Wir nehmen an, daß die Zuleitungen zwischen Eingangsklemmen
und Meßinstrument aus Kupfer bestehen, außerdem gehen wir zunächst
von einem Eisen (Seebeck-Koeffizient wie p-Leiter)-Konstantan (Seebeck-Koeffizient
wie n-Leiter)-Thermoelement aus.
b) Ortsverlauf der Fermienergie für T 1
(1) , T1
(2) < T2 und die Randbedingungen
T 1
(1) = T1
(2)
(durchgezogen) und T 1
(1) > T1
(2)
(gestrichelt).