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Die Besonderheit des Seebeck-Effektes ist die Umkehrbarkeit dieses Efektes: Peltier-Effekt. Wird ein Strom durch das Thermoelement geschickt, so kühlt sich der eine Teil ab, der Andere wird erwärmt (siehe: Peltier-Element). In diesem Fall findet eine Temperaturtrennung statt. Dieser Fall findet heute aber nur bei kleinen Wärmeleistungen Anwendung und ist deshalb nur zur Kühlung elektronischer Komponenten vogesehen.
| Stellung einiger Elemente in der thermoelektrischen Spannungsreihe bei der Temperatur 0 °C. Pb ist das willkürlich gewählte Bezugselement und daher gleich 0 V gesetzt. | ||||||||||
| Sb | Fe | Zn | Cu | Ag | Pb | Al | Pt | Ni | Bi | |
| +35 | +16 | +3 | +2,8 | +2,7 | 0 | -0,5 | -3,1 | -1,9 | -70 | 10¯6 V/K |
Beispiele für industriell genutzte Thermoelemente. Der erstgenannte ist der Plus-Schenkel:
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Thermopaar | kurz
Bezeichnung | Typ | Temperatur bereich in °C | Spannung in mV bei | |
| 500 °C | T max | ||||
| Nickel/Chrom - Nickel/Al | NiCr-Ni/Al | K | 0 ..+1100 | 20,644 | 45,119 |
| Kupfer - Konstantan | Cu-CuNi | T | -185 ...+300 | 14,862 | |
| Eisen - Konstantan | Fe-CuNi | J | +20 ...+700 | 27,393 | 39,132 |
| Nickel/Chrom - Konstantan | NiCr-CuNi | E | 0 ... +800 | 37,005 | 61,017 |
| Platin/10%Rhodium - Platin | Pt10Rh - Pt | S | 0 ... +1550 | 4,233 | 16,182 |
| Platin/13%Rhodium - Platin | Pt13Rh - Pt | R | 0 ... +1600 | 4,471 | 18,849 |
| Inhalt |
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1 Messsignaltransport und -aufbereitung 2 Vergleichsstelle 3 Drahtbruchsicherung 4 Polynome zur Berechnung der Grundwertreihe (Thermospannung für Typ K) |
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Korrektur der Grundwerte, wenn die Vergleichsstellentemperatur von 0 °C abweicht | ||
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Verminderung in mV bei | ||
| Thermopaar |
20 °C |
50 °C |
| Cu-Konstantan | 0,80 | 2,05 |
| Fe-Konstantan | 1,05 | 2,65 |
| NiCr-Ni | 0,80 | 2,02 |
| PtRh-Pt | 0,113 | 0,29 |
1.2 Die Vergleichsstelle wird mit einer Kühlung, z. B. Eis-Wasser-Bad auf 0 °C gebracht oder Kühlschrank. Nachteil: großer Aufwand.
1.3 Die Vergleichsstelle wird auf 50 °C erwärmt und mit einem Bi-MetallThermometer konstant gehalten. Vorteil: einfach, alter industrieller Standard.
2. Vergleichsstelle mit Messung der Vergleichsstellentemperatur
Eine Kompensationsmessdose kann daher immer nur für ein bestimmtes Thermopaar ausgelegt sein. Alter industrieller Standard.
2.2 Aktueller industrieller Standard mit IC www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/421725987AD594_5_c.pdf.Vergleichsstelle
Die Bedingung für eine exakte Temperaturmessung mit Thermoelementen ist, dass die Vergleichsstellentemperatur bekannt ist. Es bieten sich 2 Prinzipien an:
1. Vergleichsstelle mit konstanter Vergleichsstellentemperatur
1.1 Die Schwankung der Vergleichstellentemperatur ist nur geringfügig oder sie ist verhältnismäßig klein zur Messtemperatur. Keine besondere technische Einrichtung notwendig.
2.1 Kompensationsmessdose
In der Kompensationsdose befindet sich eine Brückenschaltung, welche von einer netzbetriebenen Spannungsquelle versorgt wird. Zu der Messspannung und der Thermospannung, welche an der Vergleichstelle entsteht, wird eine entgegengesetzten Spannung mit der Brückenschaltung addiert, welche so groß ist, dass die Thermospannung der Vergleichsstelle kompensiert wird. Um Fehler durch Temperaturschwankungen der Vergleichsstelle zu vermeiden, wird mit einem NTC-Widerstand in der Brückenschaltung genau eine entgegengesetzte Spannung zur Thermospannungsschwankung hinzu addiert.
Die kleine Thermospannung wird nicht mehr in ihrer Originalgröße analog übertragen, sondern in ein analoges Einheitssignal gewandelt oder nach der Wandlung digital über einen Bus übertragen. Das Wandlungssystem übernimmt die Aufgabe der Vergleichsstelle.
Auch hier entsteht der obig erwähnte Fehler durch den Übergang von dem Thermomaterial auf Kupferleiter/-klemmen. Die ICs, welche die Thermospannung aufbereiten, messen die Temperatur vor Ort, welche auch der Kontakttemperatur entspricht, sodass die dort entstehende Thermospannung für ein bestimmtes Thermopaar wieder korrigiert werden kann. Ein Beispiel für AD594 findet sich auf www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/421725987AD594_5_c.pdf.Drahtbruchsicherung
In industriellen Prozessen ist es notwendig, den Ausfall von Sensoren zu erkennen. Ein Drahtbruch kann durch mechanische Beschädigung oder thermische Ermüdung erfolgen.
| Faktor | 0 °C bis 1372 °C |
i |
| a1 |
3,9450128025E+01 | 1 |
| a2 | 2,3622373598E-02 | 2 |
| a3 | -3,2858906784E-04 | 3 |
| a4 | -4,9904828777E-06 | 4 |
| a5 | -6,7509059173E-08 | 5 |
| a6 | -5,7410327428E-10 | 6 |
| a7 | -3,1088872894E-12 | 7 |
| a8 | -1,0451609365E-14 | 8 |
| a9 | -1,9889266878E-17 | 9 |
| a10 | -1,6322697486E-20 | 10 |
| 0 °C bis 1372 °C | ||
| b0 | -1,7600413686E+01 | |
| b1 | +3,8921204975E+01 | 1 |
| b2 | +1,8558770032E-02 | 2 |
| b3 | -9,9457592874E-05 | 3 |
| b4 | +3,1840945719E-07 | 4 |
| b5 | -5,6072844889E-10 | 5 |
| b6 | 5,6075059059E-13 | 6 |
| b7 | -3,2020720003E-16 | 7 |
| b8 | 9,7151147152E-20 | 8 |
| b9 | -1,2104721275E-23 | 9 |
| c0 | 1,1859760000E+02 | |
| c1 | -1,1834320000E-04 |
Die Anwendung ergibt z. B. für -100 °C eine Thermspannung von -3553,63 * 10-6 V und für +100 °C die Spannung +4096,23 * 10-6 V.
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