1 Überblick über die Sensorik

Seite 28
54 3.2 Thermoelektrische Sensoren 3.2.4 Leistungsthermoelemente 55
Der Meßaufbau in Bild 3.2.3-2 hat den Nachteil, daß die Thermospannung nur dann ausgewertet
werden kann, wenn die Referenztemperatur T 1 bekannt ist, d.h. diese muß
durch einen zusätzlichen Sensor gemessen werden (Bild 3.2.3-3). Die Korrektur der
Thermospannung mit der Temperatur T 1 kann in einem Rechner erfolgen.
Um die Messung zu vereinfachen und eine Rechnerkorrektur einzusparen, kann die Referenztemperatur
auch durch ein physikalisch vorgegebenes Temperaturnormal, z.B. die
Temperatur von schmelzendem Eis (ca. 0 °C) vorgegeben werden (Bild 3.2.3-4). Die
Bereitstellung eines Eisbandes, in welches ständig Eis nachgefüllt werden muß, ist zwar
technisch simpel, aber unbequem. Man kann das Eisbad auch durch eine gesteuerte
Spannungsquelle ersetzen, wenn man von einer Schaltung wie in 3.2.3-4a ausgeht und
über eine elektronische Schaltung dieselbe Thermospannung erzeugt, die an dem Thermoelement
zwischen Eistemperatur und Blocktemperatur entsteht (Bild 3.2.3-5).
3.2.4 Leistungsthermoelemente
Wie im Abschnitt 3.2.1 dargelegt, erzeugen Thermoelemente bei Wirkung eines Temperaturgradienten
eine EMK, mit welcher ein Stromfluß durch einen Verbraucherwiderstand
erzeugt werden kann. Damit können Thermoelemente als Stromgeneratoren
eingesetzt werden; die für diese Anwendung optimierten Bauelemente werden als Leistungsthermoelemente
oder thermoelektrische Generatoren bezeichnet. In Tab.
3.2.4-1 sind verschiedene Ausführungsformen und Anwendungsgebiete zusammengestellt,
Bild 3.2.4-1 zeigt die Konstruktion eines flammenbeheizten Stromgenerators.
Bild 3.2.4-1
Flammenbeheizter thermoelektrischer Generator mit 500W elektrischer Leistung
(nach [3.7]).
Bild 3.2.3-5
Ersatz des Eisbades zur Erzeugung der Referenztemperatur durch eine gesteuerte
Spannungsquelle.
a) Erweiterung des isothermen Blocks in Bild 3.2.3-4a. Die Funktion des Eisbades
ist die Erzeugung einer Spannung, die durch die Thermospannung des Eisen-
Konstantan-Thermoelements zwischen Eisbadtemperatur und Temperatur T 1
des isothermene Blocks definiert wird. Diese Spannung kann bei bekanntem T 1
auch für jede Thermoelementkombination berechnet und elektronisch erzeugt
werden.
b) Einspeisung der elektronisch erzeugten Referenzspannung in die Meßschaltung
des Thermoelements. Die Messung der Temperatur T 1 des isothermen
Blocks kann im Funktionsumfang der integrierten Schaltung enthalten sein, welche
auch die Referenzspannung erzeugt.