Thermoelemente Hersteller

Thermoelemente dienen als direkte Wandler zwischen Temperatur und elektrischer Spannung und liefern in Echtzeit verwertbare Signale für die Datenerfassung in industriellen Prozessen. Die Messmethode erfordert keine externe Speisung, reagiert schnell und deckt eine große Temperaturspanne ab. Damit ergänzen sie Widerstandsthermometer und Widerstandsfühler als alternative Sensorprinzipien, wenn robuste Geräteausführung, weite Einsatzgrenzen und kompakte Bauformen gefordert sind.

Grundlagen und Funktionsweise

Thermoelektrischer Effekt

Das Messprinzip beruht auf Thermoelektrizität. An einer Metallpaarung entsteht bei einem Temperaturunterschied eine Thermospannung, die proportional zum lokalen Wärmestrom entlang des Gradienten variiert. Das Sensorelement wandelt die thermische in elektrische Information, wodurch ohne zusätzliche Hilfsenergie präzise Temperaturmessung möglich wird. Für reproduzierbare Ergebnisse sind definierte Übergänge, homogene Leiter und eine kontrollierte Referenztemperatur wichtig.

Aufbau und Materialien

Ein Sensorelement besteht aus zwei Drähten verschiedener Legierungen, an der Messstelle verschweißt. Üblich sind Nickelchrom, Eisen, Kupfer sowie Platin-Rhodium. Die Werkstoffpaarung bestimmt Spannungskennlinie, chemische Beständigkeit und Gerätetyp. Miniaturausführungen ermöglichen kurze Ansprechzeiten, während robuste Designs für fordernde Medien ausgelegt sind. Die Messstelle kann fest im Prozess oder als austauschbarer Messeinsatz für unterschiedliche Geräteausführungen ausgeführt werden.

Typen und Temperaturbereiche

Gängige Typen und Temperaturspanne

Internationale Normen definieren Buchstabenkennungen für verbreitete Typen. Der Standardsensor Typ K deckt breite Einsatzfelder ab, während Edelmetallpaarungen bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden. Die Kennlinien sind tabelliert und erlauben eine präzise Umrechnung der Thermospannung in Grad Celsius über den zugehörigen Temperaturbereich. Nachfolgend ein kompakter Überblick zu wichtigen Typen:

Einsatzgrenzen richten sich nach Korrosionsneigung, Drift und mechanischer Stabilität. Für temperatursensitive Prozesse empfiehlt sich die Wahl eines Gerätetyps mit kleiner Drift im Zielbereich und ausreichender Temperaturspanne, um Reserve gegen Übertemperatur zu behalten.

Präzision und Toleranzklassen

Die Genauigkeit ist in IEC 60584-1 spezifiziert. Klasse 1 erlaubt typischerweise ±1,5 °C oder ±0,4 % des Messwerts. Zu passenden Leitungen informiert IEC 60584-3. Eine dokumentierte Kalibrierung stellt Rückführbarkeit sicher und ermöglicht Korrekturkurven. Für feinere Auflösung in engen Bereichen werden teils Widerstandsthermometer eingesetzt. Beim erweiterten Temperaturbereich bleiben Thermoelemente die erste Wahl.

Konstruktive Ausführungen und Komponenten

Schutzrohre, Anschluss und Kopfsysteme

Eine Schutzarmatur aus Edelstahl, Inconel oder Keramik schirmt gegen aggressive Atmosphäre, Druck und Erosion. Im Anschlusskopf befinden sich Klemmraum, Klemmverschraubung und Klemmenblock für die Kommunikation zum Regler. Stecker und Kupplung erleichtern den Service. Eine zusätzliche Verschraubung entlastet das Kabel. Kabelmäntel aus Silikon oder PTFE widerstehen Hitze. Kabelbefestigungshalter sichern die Leitung am Prozessanschluss.

Verdrahtung und Mantelleitungen

Die Verbindung zum Messgerät erfolgt über passende Thermoleitung oder Verlängerungsleitung aus normgerechten Kompensationswerkstoffen. Die Mantelleitung mit verdichtetem Magnesiumoxid-Isolator ermöglicht kleine Biegeradien, kurze Ansprechzeiten und hohe Dichtheit. Sie eignet sich für Miniatursensoren in engen Einbauräumen und für Prozesse mit häufigem Temperaturwechsel, solange die maximalen Biegewechselzahlen eingehalten werden.

Auswahlkriterien

Atmosphäre und Verwendungsort

Oxidierende, reduzierende oder schwefelhaltige Medien beeinflussen die Lebensdauer der Messstelle. Für den Verwendungsort mit hohem Staubgehalt, Strömungsgeschwindigkeit oder variierendem Luftdruck sind geeignete Schutzrohre und Dichtkonzepte zu wählen. In der Glasindustrie und im Glasmuseum verhindern chemisch inerte Werkstoffe Interaktionen zwischen Sensor und Schmelze oder Exponaten. Dokumentierte Werkstoffwahl hilft, Drift und Korrosion zu begrenzen.

Mechanische Einflüsse und Installation

Vibrationen im Fahrzeug oder in der Maschinenfabrik verlangen biegsame Fühler oder verstärkte Schutzrohre. So wird die Schwingungsbelastung reduziert und Brüche an der Messstelle werden vermieden. Der Installationsaufwand sinkt mit vormontierten Steckverbindern und klaren Kabelführungen. Handmessgeräte und Klimatechnik profitieren von leichten, steckbaren Leitungen. Fest installierte Systeme nutzen verpressbare Prozessanschlüsse und geerdete Spitzen für störarmen Betrieb.

Anwendungsfelder und Qualitätsstandards

Branchenspezifische Nutzung

• Petrochemie: Sensoren überwachen Öfen, Reaktoren und Leitungen mit hoher chemischer Belastung und großer Temperaturspanne.
• Metallurgie, Druckgussindustrie, Formenbau: Fühler regeln Schmelzprozesse und Werkzeugtemperaturen, um Gefüge und Maßhaltigkeit zu steuern.
• Glasindustrie: Messstellen erfassen Temperaturprofile in Schmelzwannen; im Glasmuseum dienen sie der konservatorischen Kontrolle.
• Elektroindustrie: Prüfstände für Elektrogeräte validieren thermische Grenzwerte und die Kommunikation mit Sicherheitsschaltungen.
• Labortechnik: Kalorimetrie und Prüfofen-Monitoring erzeugen belastbare Nutzerdaten für Validierungen.
• Medizin: Sterilisatoren und Inkubatoren benötigen rückführbare Temperaturmessung mit dokumentierter Kalibrierung.

Normen, Kalibrierung und Zertifizierung

Rückführbare Prüfungen nach IEC 60584 und ISO-Dokumenten stützen Freigaben, Audits und Zertifizierung. Kalibrierzertifikate enthalten Messpunkte, Unsicherheiten und Referenzen. Ergänzende Nutzerdaten können die Nachvollziehbarkeit im Betrieb verbessern. Zulieferer mit hoher Fertigungstiefe dokumentieren Chargen und Wärmebehandlungen. Ein sauberer Prüfpfad erhöht die Zufriedenheit der Abnehmer, besonders bei qualitätskritischen Branchen und sicherheitsrelevanten Anwendungen.

Markt, Herstellerlandschaft und Geräte-Designs

Herstellerprofile und Produktlinien

Der Markt umfasst globale Anbieter und spezialisierte Familienbetriebe mit eigener Drahtverarbeitung und hohem Anteil kundenspezifischer Designs. Viele agieren als Exporteur und beliefern internationale Projekte mit Standardsensoren und Sonderkonstruktionen. Portfolios decken Messeinsätze, Schutzrohre, Miniaturfühler, Hochtemperaturgeräte und Zubehör wie Stecker, Kompensationsleitungen und Adapter ab.

Integration in Anlagen

Im Feld verbinden Klemmverschraubung, Flansch oder Gewinde die Messstelle prozessdicht. Eine zusätzliche Verschraubung entlastet Leitungen. Die Temperaturmesseinrichtung bindet sich über Messumformer an Steuerungssysteme an. Sie liefert ein skaliertes Signal und Filterung für die Kommunikation zum Regler. In der Praxis werden Thermoelemente häufig gemeinsam mit Verlängerungsleitung, Datensammler und Handmessgeräten als Komplettpaket spezifiziert, um Schnittstellenrisiken und Installationsaufwand zu minimieren.