1 Überblick über die Sensorik

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52 3.2 Thermoelektrische Sensoren 3.2.3 Temperaturmessung mit Thermoelementen 53
Die Berechnung der Thermospannungen in Bild 3.2.3-1 kann durchgeführt werden wie in
(3.2.2-1…4), dabei wird der in Bild 3.2.3-1b eingezeichnete Integrationsweg gewählt.
Bild 3.2.3-3
Definierte Festlegung der Referenztemperatur T 1 durch Messung der Temperatur
des isothermen Blocks, beispielsweise über einen Widerstands-Temperatursensor
(Abschnitt 3.3)
Aus (32) folgt ein wichtiges Resultat: Nur wenn die beiden Temperaturen T 1
(1)
und
T 1
(2) an den Eingangsklemmen des Meßinstruments gleich sind, ergibt die Messung
sinnvolle Werte, da
– nur in diesem Fall T 1 als Referenztemperatur zu T 2 definiert ist
– die Temperatur T o am Meßinstrument nicht eingeht (die Fermienergien der durchgezogenen
Kurve in Bild 3.2.3-1b verlaufen zwischen T o und T 1 parallel)
Es ist also für eine genaue Messung zwingend erforderlich, daß die beiden Eingangsklemmen
auf derselben Temperatur T 1 liegen. Dieses kann dadurch erreicht werden,
daß man die Übergänge zwischen den Thermoelementen und den Kupfer-Eingangsklemmen
in einen isothermen Block (z.B. einen Klotz aus einem gut wärmeleitenden
Material wie Kupfer) legt (Bild 3.2.3-2).
Bild 3.2.3-4
a) Festlegung der Referenztemperatur durch ein Temperaturnormal (Temperatur
schmelzenden Eises). Die Berechnung der Thermospannung bei T o erfolgt
analog zu (3):
Bild 3.2.3-2
Temperaturmessung mit einem Thermoelement und einem isothermen Block,
über den die Temperaturen der Eingangsklemmen zum Meßgerät auf demselben
Wert gehalten werden. Nach (2) ergibt sich dann als Thermospannung im Meßgerät:
d.h. dieselbe Beziehung wie (3) mit T 1 = T ref . Die Temperatur T o des Meßinstruments geht nicht ein.
b) Ein äquivalentes Meßverfahren ergibt sich also dadurch, daß man den isothermen
Block mit den beiden Thermoelementübergängen auf Kupfer (der Block
kann dann weggelassen werden) in ein Eisbad taucht: In diesem Fall wirkt das Eisbad
gleichzeitig als isothermer Block.