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Mantelthermoelemente von B+B Thermo-Technik

Aufbau und Anwendung von Sensoren für hohe Temperaturen
Mantelthermoelemente und Thermoelement-Fühler

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Thermoelemente bieten den Vorteil, dass sie in Umgebungen bis zu über 1.600 °C eingesetzt werden können. Das Messprinzip beruht auf der temperaturabhängigen Spannung zweier an einer Messtelle miteinander verbunden Metalle. Die B+B Thermo-Technik GmbH in Donaueschingen ist ein Spezialist für diese Technik.


Inhaltsverzeichnis
1. Aufbau eines Mantelthermoelements
2. Isolierte Mantelthermoelemente
3. Aufbau eines Thermoelementfühlers

Thermoelemente werden durch eine elektrisch leitende Verbindung zweier verschiedener Metalle bzw. Legierungen gebildet, die an der Messtelle miteinander verbunden bzw. verschweißt werden. An der Verbindungsstelle entsteht eine temperaturabhängige Kontaktspannung. Diese Thermospannung hängt von den beiden Metallen oder Legierungen und der Temperaturdifferenz zwischen der Mess- und Verbindungsstelle und den offenen Enden an der Anschlussstelle ab. Wichtig dabei ist, dass die Enden mit den identischen Legierungen haben wie die Thermoelementdrähte, die bis zu einer Vergleichsmessstelle bekannter Temperatur weitergeführt werden. Die unterschiedlichen Legierungen der Drähte werden durch Typen gekennzeichnet.

Aufbau eines Mantelthermoelements

Eine besondere Form des Thermoelements ist das Mantelthermoelement. Es besteht aus zwei Leitern, die aus Thermoelementmaterial hergestellt werden. Diese sind von Magnesiumoxid umschlossen und einem Edelstahlmantel (z.B. Inconel 600) umschlossen. In der Messtechnikbranche wird dies als Mantelmessleitung bezeichnet. Diese wird auf die benötigte Länge gekürzt und die beiden Drähte miteinander verbunden. In nahezu allen industriellen Anwendungen werden diese miteinander verschweißt, um auch Vibrationen und Erschütterungen standzuhalten. Anschließend wird der geöffnete Teil wieder mit Magnesiumoxid aufgefüllt und mit einer Pastille verschlossen.

Durch das Magnesiumoxid sind die Mantelthermoelemente optimal fixiert und halten aufgrund ihres Aufbaus problemlos hohen Drücken und Temperaturen stand. Der robuste, erschütterungsfeste Aufbau sorgt für Langlebigkeit der Thermoelemente. Die Mantelthermoelemente lassen sich biegen und somit an ihre Einsatzumgebung anpassen.

Isolierte Mantelthermoelemente

Ein Mantelthermoelement kann in drei verschiedenen Varianten aufgebaut werden. Für sehr schnelle Ansprechzeiten eignet sich eine offenliegende oder perforierte Messstelle. Bedarf es an einem druckfesten, korrosionsbeständigen Aufbau, der auch mechanischen Einflüssen standhält, ist ein unisolierter Aufbau von Vorteil. Eine weitere Variante besteht darin, Magnesiumoxid als Isolationsmaterial zwischen Messstelle und Hülsenwandung einzufüllen. Dann spricht man von einem isolierten Mantelthermoelement. Hierdurch wird das MTE vor elektrischen Einflüssen geschützt und ist somit isolationsfester. Allerdings wird durch die Isolierung auch die Ansprechzeit entsprechend verlängert. Um diesem entgegenzuwirken, werden in industriellen Anwendungen häufig isolierte Mantelthermoelemente mit geringem Durchmesser eingesetzt.

Was beim Einsatz von Thermoelementen zu beachten ist

Natürlich bedarf es je nach Einsatzsituation auch unterschiedliche Anschlussvarianten. Das Mantelthermoelement mit freien Enden kann auch erweitert werden zum Beispiel um eine Silikonleitung oder einen Thermoelementsteckverbinder. Auch können hier ein Gewinde oder anderweitige Befestigungsmöglichkeiten angebracht werden. Es besteht auch die Möglichkeit, Temperaturfühler mit Anschlusskopf mittels des Thermoelement-Messprinzips aufzubauen. Ebenso gibt es neben den reinen Mantelthermoelementen auch die Möglichkeit, einen Kabelfühler mit Thermoelementen auszustatten, den sogenannten Thermoelementfühler.

Aufbau eines Thermoelementfühlers

Ein Thermoelementfühler wird mittels Thermoelementleitung bzw. Litzen aufgebaut. Diese werden an der Messstelle miteinander verbunden, basierend auf demselben Messprinzip wie beim Mantelthermoelement. Der Fühler kann nach unzähligen Varianten aufgebaut werden. Die meistverbreiteten Varianten sind unter anderem der Luftfühler mit freiliegender oder perforierter Messspitze, der Oberflächenfühler in seinen unterschiedlichen Varianten sowie der Rohranlegefühler. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Thermoelementfühler ähnlich einem Kabelfühler aufzubauen: Thermoelementfühler-Leitung, Schutzhülse und eventuell Vergussmasse, sowie weitere Bauteile zur Erhöhung des Isolationswiderstandes oder der Ansprechzeit.

Die zwei Leiter werden beim Thermoelementfühler wie beim Mantelthermoelement an den Spitzen miteinander verbunden und anschließend in die Hülse eingeführt. Die Hülse kann auf Wunsch vergossen und mit Wärmeleitpaste gefüllt werden. Das angeschlossene Kabel muss kompatibel sein zum Messprinzip und daher aus Thermoelementmaterial bestehen. Alternativ kann eine Ausgleichsleitung genutzt werden, die die gleichen thermoelektrischen Eigenschaften aufweist. (ge)

Kontakt:
B+B Thermo-Technik GmbH
Heinrich-Hertz-Str. 4
78166 Donaueschingen
Tel: +49771 8316-0
info@bb-sensors.com
www.bb-sensors.com

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