In unserem Artikel beleuchten wir die neuesten Entwicklungen und Technologien in der Temperaturmessung und -regelung, darunter Thermoelement, Thermometer, Thermostat und Temperaturfühler. Erfahren Sie, wie diese Instrumente in verschiedenen Industrien eingesetzt werden, um Präzision und Effizienz in der Temperaturüberwachung zu gewährleisten.
Thomas Johann Seebeck entdeckte 1821 den thermoelektrischen Effekt, auch bekannt als Seebeck-Effekt, der die temperaturabhängige Spannung metallischer Leiter nutzt und die Grundlage für die Entwicklung von Thermoelementen bildet.
Inhalt
- Plug-and-play Temperaturfühler für IIoT
- Redundantes Thermoelement mit 25 Jahren Lebensdauer
- Diversitäre Temperaturmessung mit IO-Link an nur einer Messstelle
- Was macht ein Thermoelement?
- Was ist ein Thermoelement Typ K?
- Wie erzeugen Thermoelemente Strom?
- Ist ein Pt100 ein Thermoelement?
Plug-and-play Temperaturfühler für IIoT
09.12.2020 | Turck erweitert seine Fluidsensorik-Produkte um IO-Link-fähige Temperaturfühler für die flexible und zuverlässige Messung von Prozess-Temperaturen. Verfügbar sind Kompaktgeräte mit integriertem Temperaturfühler (TS700) sowie Auswerteelektronik und Anzeigeeinheiten (TS720) für den Anschluss von Widerstandsthermometern oder Thermoelementen, deren Aufbau die Struktur und Konstruktion dieser Thermoelemente hervorhebt und der Konfiguration des Sensors, die die Reaktionszeit beeinflusst.
Die Thermoelemente nutzen zwei Drähte aus unterschiedlichen Metallen, die verbunden werden, um einen Sensor zu bilden; wenn eine Seite erhitzt oder gekühlt wird, entsteht eine Spannung, die proportional zur Temperatur ist. Diese Funktionsweise basiert auf dem thermoelektrischen Effekt, der die Temperaturmessung durch die Beziehung zwischen Temperatur und erzeugter Spannung ermöglicht. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Thermoelement-Typen, die für unterschiedliche industrielle Anwendungen verfügbar sind, jedes mit spezifischen Eigenschaften wie Temperaturbereich, Materialzusammensetzung und Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Branchen, was die Auswahl des richtigen Thermoelement-Typs für spezifische Messaufgaben wesentlich macht.
Redundantes Thermoelement mit 25 Jahren Lebensdauer
10.12.2019 | Für die Fernüberwachung |Ferndiagnose hat Ephy-Mess einen Temperaturfühler entwickelt, der zum Beispiel in Bergbauanlagen, an Motoren für Bagger, Transporter und Aufzügen oder auch an Offshore-Windkraftanlagen bis hin zu Seilbahnen für Überwachungssicherheit sorgt. Überall wo Temperatur absolut zuverlässig an exponierten Stellen zu messen ist, trägt dieser Temperatursensor zur Messsicherheit bei. Anschlussleitungen verbinden diese Thermoelemente mit Messgeräten, wobei die Eigenschaften der Kupferleitungen entscheidend für die Genauigkeit der Spannungsausgabe sind, die ausschließlich auf der Temperaturdifferenz zwischen den Anschlusspunkten beruht.
Durch die Beibehaltung einer weitverbreiteten Bauform und der Verwendung gängiger Maße kann dieser Temperaturfühler häufig ohne mechanische Änderungen zum Beispiel an vorhandenen Lagern oder Getrieben eingebaut werden. Neu ist im Gegensatz zu üblichen CMS-Systemen, wo ein Fehlersignal aus einer Vielzahl von Daten herausgefunden werden muss, ein extra Signalausgang. Dieser bietet im Fehlerfall eine eindeutige Anzeige.
Die Temperaturdifferenz zwischen Mess- und Referenzpunkt ist entscheidend für die präzise Temperaturmessung mit Thermoelementen, wobei Geräte wie Überwachungsinstrumente und Vergleicher in industriellen Einstellungen zur Sicherheit und Genauigkeit beitragen.
Die im Sensorkopf integrierte Elektronik prüft zyklisch beide im gleichen Gehäuse eingebauten Temperaturfühler auf Funktionsfähigkeit. Bei einem Ausfall schaltet die Elektronik auf den vorhandenen Reservesensor. Gleichzeitig wird über den separaten Signalausgang eine Störungsmeldung ausgegeben. Die Verwendung einer Stromschleife mit Ausgang 4...20 mA schließt aus, dass es sich z. B. nur um eine durch externe Störeinstrahlung verursachte Falschmeldung handelt. Auch bei tiefen Temperaturen werden keine Fehlfunktionen erzeugt.
Flüsterleise Aufzugsbremse sichert Aufzüge und Fahrtreppen
Der Sensor ist mit dem Messbereich -40° bis +110 °C und für Umgebungstemperaturen von -40° bis +65 °C spezifiziert. Er genügt der Schutzklasse IP65 sowie der EMV Richtlinie EN 61326-1:2013 und EN 61326-2-3:2013. Die Lebensdauer gibt Ephy-Mess unter maximal zulässiger Umgebungstemperatur mit mehr als 25 Jahren an.
Einsatzfälle von Temperatursensoren finden sich auch bei der Ölförderung, in der petrochemischen Industrie, in Zementwerken, Eisenhütten oder in Pumpstationen sowie Wasserkraftwerken und Gebäudeautomation.
Diversitäre Temperaturmessung mit IO-Link an nur einer Messstelle
23.05.2019 | Die „Dicotemp 100“ ist eine smarte Armatur von Jumo, mit der eine diversitäre Temperaturmessung mit einem Thermostat oder Zeigerthermometer und einem Platin-Chip-Temperatursensor an nur einer Messstelle realisiert werden kann. Über einen Messumformer wird das Widerstandssignal in ein Analog- oder Digitalsignal umgewandelt.
Anwender können mit der neuen Lösung bereits im Prozess eingebaute Geräte weiter an der gleichen Messstelle nutzen und zugleich funktional um eine elektrische Temperaturmessung erweitern. Die Kombination eines Platin-Chip-Temperatursensors mit einem Thermostat oder Zeigerthermometer in einer Armatur reduziert den Planungs- und Installationsaufwand erheblich.
Die Armatur besteht aus Edelstahl und ist in verschiedenen Anschlussarten erhältlich: Zum Einschrauben oder zum Einstecken am glatten Rohr. Die Einbaulänge variiert je nach Kundenwunsch zwischen 65 und 300 mm. Das Thermosystem kann bei Prozesstemperaturen zwischen -40° und +260 °C verwendet werden.
Über einen industrieüblichen M12 Stecker wird ein Widerstandssignal übertragen. Mittels Kabelmessumformer können weitere Ausgangssignale analog (4 bis 20 mA) oder digital (IO-Link) weitergeleitet werden, wodurch eine flexible Datennutzung garantiert wird. Variantenvielfalt entsteht durch die Verwendung unterschiedlicher Gerätetypen, Platinsensoren und Fühler- sowie Tauchhülsendurchmesser.
Der Seebeck-Effekt, ein fundamentaler Aspekt der Thermoelektrik, beschreibt die Erzeugung einer temperaturabhängigen Spannung, wenn zwei unterschiedliche metallische Leiter einem Temperaturunterschied ausgesetzt sind, was für die Funktionsweise von Thermoelementen entscheidend ist. Die Enden der Thermoelemente, an denen die unterschiedlichen Metalle verbunden sind, spielen eine zentrale Rolle bei der Temperaturmessung, da hier die Thermospannung generiert wird.
Thermoelemente, einschließlich des weit verbreiteten Thermoelement Typ K, bieten eine breite Palette von Temperaturmesslösungen, wobei jedes Thermoelement aus spezifischen Materialkombinationen besteht, die für unterschiedliche Temperaturbereiche und Anwendungen geeignet sind.
Thermopaare und Thermoelemente sind für ihre einfache Konstruktion, Kosteneffizienz und breite Anwendbarkeit über ein weites Temperaturspektrum bekannt, wobei die Thermospannung eine entscheidende Rolle bei der präzisen Temperaturmessung spielt.
Was ist ein Thermoelement Typ K?
Ein Thermoelement Typ K, auch als Nickel-Chrom-Nickel-Thermoelement bekannt, ist ein weit verbreiteter Temperatursensor, der aufgrund seiner hohen Genauigkeit und seines breiten Messbereichs von -200 bis +1350 °C in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt wird.
Es besteht aus zwei unterschiedlichen Metallen (Nickel-Chrom und Nickel), die an einem Ende miteinander verbunden sind.
Wenn die Verbindungsstelle einer Temperatur ausgesetzt wird, entsteht eine thermoelektrische Spannung, die proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der heißen und der kalten Verbindungsstelle ist. Diese Spannung kann dann gemessen und zur Temperaturberechnung verwendet werden. Das Typ K-Thermoelement ist besonders wegen seiner Robustheit und Zuverlässigkeit bei hohen Temperaturen sowie seiner Kompatibilität mit elektronischen Geräten geschätzt.
Wie erzeugen Thermoelemente Strom?
Thermoelemente erzeugen Strom durch den sogenannten Seebeck-Effekt, ein Phänomen, das auftritt, wenn zwei unterschiedliche Metalle oder Halbleiter an ihren Enden verbunden werden und eine Temperaturdifferenz zwischen diesen Verbindungen besteht.
Diese Konfiguration führt dazu, dass Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. An der heißen Verbindungsstelle entsteht eine Bewegung der Elektronen von einem Material zum anderen, was eine elektrische Spannung erzeugt. Diese Spannung ist messbar und wird stärker, je größer der Temperaturunterschied zwischen den beiden Verbindungsstellen des Thermoelements ist.
Diese Eigenschaft macht Thermoelemente zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Temperaturmessung und -überwachung in zahlreichen technischen und industriellen Anwendungen, von der Prozesssteuerung bis zur Qualitätssicherung.
Ist ein Pt100 ein Thermoelement?
Ein Pt100 ist kein Thermoelement, sondern ein Temperatursensor, der auf dem Prinzip des Platin-Widerstandsthermometers basiert.
Der Pt100-Sensor verwendet Platin, ein Metall, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur ändert, und misst Temperaturen durch die präzise Überwachung dieses Widerstandes. Charakteristisch für den Pt100 ist seine hohe Genauigkeit und Stabilität über einen Temperaturbereich von -200 °C bis +850 °C, was ihn besonders geeignet für Anwendungen macht, bei denen präzise Temperaturkontrolle erforderlich ist.
Im Gegensatz dazu erzeugen Thermoelemente eine Spannung aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Metallen. Dies verdeutlicht die Unterschiede in der Funktionsweise und Anwendung zwischen Widerstandsthermometern wie dem Pt100 und Thermoelementen.
Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Jumo, Ephy-Mess, Turck.
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