Temperaturdatenlogger werden im Ofenbau, bei Wärmebehandlungen, in der Metall- und Kunststoffverarbeitung sowie bei industriellen Trocknungs- und Brennprozessen eingesetzt. Sie machen nicht nur einen einzelnen Temperaturwert sichtbar, sondern dokumentieren den vollständigen zeitlichen Verlauf eines Prozesses.
Bei Temperaturen bis 1.000 °C reicht es jedoch nicht aus, einen Logger mit einem entsprechend großen Messbereich auszuwählen. Thermoelementtyp, Fühleraufbau, Mantelwerkstoff, Anschlussleitung, Positionierung und Kalibrierung beeinflussen das Ergebnis ebenso stark wie das eigentliche Aufzeichnungsgerät.
Besonders wichtig ist die Unterscheidung zwischen der zu messenden Prozesstemperatur und der zulässigen Umgebungstemperatur des Loggers. Während ein angeschlossenes Thermoelement 900 oder 1.000 °C erfassen kann, darf sich das Loggergehäuse selbst häufig nur in einem Bereich von etwa −20 bis +70 °C befinden.
Dieser Beitrag erklärt, wie Hochtemperaturmessstellen mit Thermoelementen und Datenloggern geplant werden, wie sich aussagekräftige Temperaturprofile erzeugen lassen und welche typischen Fehler bei der Messung an Öfen und Wärmebehandlungsanlagen auftreten.
Inhaltsverzeichnis
- Was ein Hochtemperatur-Datenlogger tatsächlich misst
- Prozesstemperatur und Logger-Umgebung unterscheiden
- Thermoelement Typ K, J oder N richtig auswählen
- Messbereich von Logger und Fühler getrennt betrachten
- Fühleraufbau, Durchmesser und Messstelle
- Mantel- und Schutzrohrwerkstoff für hohe Temperaturen
- Thermoleitung, Ausgleichsleitung und Steckverbinder
- Kaltstellenkompensation und Umgebungseinfluss
- Fühler im Ofen richtig positionieren
- Temperaturprofile und Gleichmäßigkeit bewerten
- Messtakt und Speicherkapazität festlegen
- Gesamtmessunsicherheit realistisch bewerten
- Logger und Thermoelemente kalibrieren
- Leitungen gegen Hitze und mechanische Schäden schützen
- Typische Fehler bei Hochtemperaturaufzeichnungen
- Praxisbeispiel: Temperaturprofil eines Wärmebehandlungsofens
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen zu Temperaturdatenloggern bis 1000 °C
Was ein Hochtemperatur-Datenlogger tatsächlich misst
Ein Thermoelement erzeugt eine sehr kleine Thermospannung, die von der Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Vergleichsstelle abhängt. Der Datenlogger misst diese Spannung, führt eine Kaltstellenkompensation durch und rechnet das Ergebnis anhand der Kennlinie des ausgewählten Thermoelementtyps in eine Temperatur um.
Die vollständige Messkette besteht daher aus:
- Thermoelement-Messstelle
- Fühlermantel oder Schutzrohr
- Thermo- beziehungsweise Ausgleichsleitung
- Steckverbindern und Übergangsstellen
- Logger-Eingang und Kaltstellenkompensation
- Software zur Aufzeichnung und Auswertung
Der Logger zeigt nur den Wert an, der aus dieser vollständigen Kette entsteht. Ein hochwertiges Aufzeichnungsgerät kann einen ungeeigneten, gealterten oder falsch montierten Fühler nicht korrigieren.
Bei einer Ofenmessung muss außerdem geklärt werden, welche Temperatur tatsächlich beurteilt werden soll:
- Luft- oder Gastemperatur im Ofenraum
- Oberflächentemperatur des Werkstücks
- Kerntemperatur eines Bauteils
- Temperatur eines Ofensegments oder einer Heizzone
- Ein- und Austrittstemperatur bei kontinuierlichen Prozessen
Diese Temperaturen können sich während des Aufheizens deutlich voneinander unterscheiden. Eine Messung der Ofenluft beweist deshalb nicht automatisch, dass der Werkstückkern die erforderliche Behandlungstemperatur erreicht hat.
Prozesstemperatur und Logger-Umgebung unterscheiden
Die Angabe „Messbereich bis 1.000 °C“ bezieht sich auf den Thermoelementeingang und nicht auf die zulässige Temperatur des Loggergehäuses.
Bei einer stationären Ofenmessung wird der Logger deshalb normalerweise außerhalb des heißen Bereichs montiert. Nur Fühler und geeignete Anschlussleitungen werden durch eine Durchführung in den Ofen geführt.
Dabei müssen folgende Temperaturzonen getrennt betrachtet werden:
| Bereich | Typische Belastung | Auswahlkriterium |
|---|---|---|
| Messspitze im Ofen | Bis 1.000 °C oder höher | Thermoelementtyp, Mantel und Schutzrohr |
| Leitung nahe der Ofenwand | Hohe Strahlungs- und Umgebungstemperatur | Glasseide-, Keramik- oder Metallummantelung |
| Kabel außerhalb der heißen Zone | Mittlere Umgebungstemperatur | Passende Thermo- oder Ausgleichsleitung |
| Datenlogger | Begrenzte Gerätetemperatur | Herstellerseitiger Betriebsbereich einhalten |
Wird der Logger zu dicht an der Ofentür, an einem heißen Gehäuse oder oberhalb einer Abluftöffnung positioniert, kann seine zulässige Umgebungstemperatur überschritten werden. Das kann Messabweichungen, eine reduzierte Batterielebensdauer oder einen Geräteausfall verursachen.
Ein Hitzeschutzbehälter kann die Belastung des Loggers zeitweise reduzieren. Seine zulässige Einsatztemperatur und Schutzdauer müssen jedoch zum Prozess passen. Ein einfacher Schutzbehälter für moderate Umgebungstemperaturen macht einen Logger nicht automatisch für die Mitfahrt durch einen 1.000 °C heißen Ofen geeignet.
Thermoelement Typ K, J oder N richtig auswählen
Der Thermoelementtyp legt die verwendete Metallpaarung und damit Kennlinie, Einsatztemperatur, Alterungsverhalten und Empfindlichkeit fest.
| Thermoelement | Typische Stärke | Zu beachten |
|---|---|---|
| Typ K | Großer Temperaturbereich und universell einsetzbar | Bei hohen Temperaturen auf Drift und Atmosphäre achten |
| Typ J | Gute Empfindlichkeit und häufig in älteren Industrieanlagen vorhanden | Für oxidierende Atmosphären und Temperaturen um 1.000 °C meist nicht die erste Wahl |
| Typ N | Verbesserte Stabilität bei hohen Temperaturen gegenüber vielen Typ-K-Ausführungen | Logger oder Eingang muss Typ N ausdrücklich unterstützen |
| Typ T | Gute Eigenschaften bei niedrigen und mittleren Temperaturen | Nicht für Ofenprozesse bis 1.000 °C geeignet |
Für Messungen bis 1.000 °C wird häufig Typ K eingesetzt. Ob der Fühler diese Temperatur dauerhaft verträgt, hängt jedoch von Drahtdurchmesser, Mantelwerkstoff, Atmosphäre und mechanischem Aufbau ab.
Typ J kann mit dem testo 176T4 bis +750 °C ausgewertet werden. Für höhere Ofentemperaturen ist daher ein Typ-K-Fühler erforderlich, sofern dieser Logger verwendet wird.
Typ N kann bei anspruchsvollen Hochtemperaturprozessen eine interessante Alternative sein. Der testo 176T4 besitzt jedoch keinen direkten Typ-N-Eingang. Soll Typ N eingesetzt werden, muss ein kompatibler Datenlogger, Messumformer oder Mehrkanal-Datenerfasser verwendet werden.
Für Temperaturen deutlich oberhalb von 1.000 °C können Edelmetall-Thermoelemente wie Typ S, R oder B erforderlich sein. Auch diese benötigen eine speziell dafür geeignete Auswertung.
Messbereich von Logger und Fühler getrennt betrachten
Der nutzbare Messbereich wird stets durch die Komponente mit der niedrigsten zulässigen Temperatur begrenzt.
Bei einer Typ-K-Messkette können beispielsweise folgende Grenzen auftreten:
- Logger-Eingang: bis +1.000 °C
- Thermoelementdraht: abhängig von Durchmesser und Ausführung
- Metallmantel: abhängig von Legierung und Atmosphäre
- Isolationsmaterial: abhängig von Temperatur und mechanischer Belastung
- Anschlussleitung: gegebenenfalls deutlich unter +1.000 °C
- Steckverbinder: häufig nur für wesentlich niedrigere Temperaturen geeignet
Ein Fühler darf deshalb nicht allein anhand der aufgedruckten Thermoelementbezeichnung ausgewählt werden. Ein Typ-K-Oberflächenfühler mit Kunststoffgriff und PVC-Leitung kann beispielsweise einen deutlich kleineren zulässigen Bereich besitzen als ein mineralisoliertes Mantelthermoelement desselben Typs.
Auch kurzzeitige und dauerhafte Grenztemperaturen sind zu unterscheiden. Ein Fühler kann für eine kurze Messung bei 1.000 °C geeignet sein, ohne diese Temperatur über viele Stunden oder wiederholte Ofenzyklen dauerhaft zu verkraften.
Fühleraufbau, Durchmesser und Messstelle
Der mechanische Fühleraufbau beeinflusst Ansprechzeit, Lebensdauer und Messabweichung.
Mantelthermoelement
Bei einem Mantelthermoelement liegen die Thermodrähte in hochverdichtetem mineralischem Isoliermaterial innerhalb eines Metallmantels. Diese Bauform ist robust, biegsam und in kleinen Durchmessern erhältlich.
Ein kleiner Durchmesser reagiert schneller, besitzt jedoch weniger mechanische und thermische Reserven. Ein größerer Durchmesser ist robuster, reagiert aber langsamer.
Thermoelement mit Schutzrohr
Ein Schutzrohr schützt das Thermoelement gegen mechanische Belastung, aggressive Ofenatmosphäre und direkten Kontakt mit dem Prozess. Gleichzeitig erhöht es die thermische Masse und damit die Ansprechzeit.
Bei langlebigen stationären Ofenmessstellen ist ein passendes Schutzrohr häufig sinnvoller als ein ungeschützter Fühler. Für schnelle Profilaufnahmen an dünnen Werkstücken kann dagegen ein feineres Mantelthermoelement geeigneter sein.
Isolierte oder mit dem Mantel verbundene Messstelle
Eine mit dem Mantel verbundene Messstelle reagiert meist schneller. Sie besitzt jedoch eine elektrische Verbindung zum metallischen Fühlerkörper, wodurch Erdschleifen und Potenzialunterschiede auftreten können.
Eine isolierte Messstelle bietet eine bessere galvanische Trennung, kann aber etwas langsamer reagieren. Bei Mehrkanalmessungen an unterschiedlichen metallischen Anlagenteilen kann diese Ausführung Störungen reduzieren.
Mantel- und Schutzrohrwerkstoff für hohe Temperaturen
Bei 800 bis 1.000 °C ist nicht nur die maximale Temperatur des Werkstoffs entscheidend. Ofenatmosphäre, Sauerstoffgehalt, Abgase, Schwefel, Kohlenstoff und Temperaturwechsel beeinflussen die Lebensdauer erheblich.
Typische Fragestellungen sind:
- Ist die Atmosphäre oxidierend, reduzierend oder inert?
- Treten schwefelhaltige oder halogenhaltige Bestandteile auf?
- Kann der Fühler mit Schmelzen, Staub oder Asche in Kontakt kommen?
- Gibt es schnelle Aufheiz- und Abkühlzyklen?
- Wirken Strömung, Vibration oder Werkstückbewegungen auf den Fühler?
Ein Werkstoff, der in sauberer Luft eine hohe Temperatur verträgt, kann in einer bestimmten Prozessatmosphäre deutlich schneller korrodieren oder verspröden.
Die Medien- und Atmosphärenverträglichkeit muss daher anhand der konkreten Prozessbedingungen geprüft werden. Pauschale Aussagen nur anhand der Maximaltemperatur sind nicht ausreichend.
Thermoleitung, Ausgleichsleitung und Steckverbinder
Zwischen Thermoelement und Logger darf nicht beliebig eine gewöhnliche Kupferleitung eingesetzt werden. Zusätzliche Übergänge aus unterschiedlichen Metallen erzeugen eigene Thermospannungen und können temperaturabhängige Messfehler verursachen.
Verwendet werden:
- Thermoleitung: aus denselben beziehungsweise thermisch gleichwertigen Materialien wie das Thermoelement
- Ausgleichsleitung: aus kostengünstigeren Werkstoffen mit einer für einen begrenzten Temperaturbereich passenden Kennlinie
Leitung und Stecker müssen zum Thermoelementtyp passen. Typ-K-Leitungen dürfen beispielsweise nicht mit Steckern oder Verlängerungen für Typ J kombiniert werden.
Außerdem muss die Polarität korrekt bleiben. Eine Vertauschung kann dazu führen, dass die angezeigte Temperatur bei Erwärmung sinkt oder sich ein unplausibler Messwert ergibt.
Die Farbkennzeichnung ist von der zugrunde gelegten Norm abhängig. Bei vorhandenen Altanlagen sollte die Polarität daher nicht ausschließlich anhand der Kabelfarbe angenommen, sondern eindeutig geprüft werden.
Kaltstellenkompensation und Umgebungseinfluss
Ein Thermoelement misst keine absolute Temperatur, sondern eine Temperaturdifferenz. Der Logger benötigt deshalb die Temperatur an seinen Anschlussklemmen als Referenz. Diese Funktion wird als Kaltstellenkompensation bezeichnet.
Damit sie zuverlässig arbeitet, sollte der Logger:
- innerhalb seines zulässigen Temperaturbereichs betrieben werden
- nicht direkt durch Ofenstrahlung erwärmt werden
- keinem starken Heißluftstrom ausgesetzt sein
- nach einem Temperaturwechsel ausreichend Zeit zur Anpassung erhalten
- nicht teilweise auf einer heißen Oberfläche aufliegen
Starke Temperaturgradienten am Anschlussbereich können die Kaltstellenkompensation beeinträchtigen. Kritisch ist beispielsweise ein Logger, dessen Unterseite durch eine heiße Ofenwand erwärmt wird, während die Oberseite in kühler Raumluft liegt.
Auch Thermostecker sollten möglichst in einem temperaturmäßig stabilen Bereich liegen. Ein beheizter Stecker außerhalb der eigentlichen Messzone kann zusätzliche Fehler erzeugen.
Fühler im Ofen richtig positionieren
Die Position der Thermoelemente entscheidet darüber, welche Aussage aus der Aufzeichnung abgeleitet werden kann.
Für eine Ofenprofilierung können beispielsweise folgende Messpunkte sinnvoll sein:
- nahe der Ofentür
- im Zentrum des Nutzraums
- im hinteren Ofenbereich
- in der Nähe von Heizelementen
- an einem typischen Werkstück
- im Kern eines massiven Bauteils
Der Fühler sollte nicht unbeabsichtigt direkt auf einem Heizelement, einer Ofenwand oder einem Luftauslass liegen. Andernfalls wird eine lokale Oberflächen- beziehungsweise Strahlungstemperatur gemessen, die nicht für den gesamten Prozess repräsentativ ist.
Bei Oberflächenmessungen muss ein reproduzierbarer Kontakt hergestellt werden. Ein lose aufliegendes Thermoelement kann durch die umgebende Heißluft stärker beeinflusst werden als durch die eigentliche Werkstückoberfläche.
Bei Kerntemperaturmessungen sind Einstechtiefe, Bohrungsdurchmesser und Wärmeableitung über den Fühler zu beachten. Ein zu großer Spalt zwischen Fühler und Bohrung verlangsamt die Reaktion und kann zu einem falschen Temperaturverlauf führen.
Temperaturprofile und Gleichmäßigkeit bewerten
Ein Mehrkanal-Logger ermöglicht die gleichzeitige Aufzeichnung mehrerer Positionen. Dadurch lassen sich nicht nur maximale Temperaturen, sondern auch zeitliche Unterschiede erkennen.
Ein typisches Temperaturprofil umfasst:
- Ausgangstemperatur
- Aufheizrate
- Zeitpunkt des Erreichens der Solltemperatur
- Temperaturunterschiede zwischen den Kanälen
- Haltezeit im zulässigen Prozessfenster
- Überschwingen nach dem Aufheizen
- Abkühlrate
Bei einer Wärmebehandlung reicht es häufig nicht, dass ein einzelner Fühler kurz den Sollwert erreicht. Entscheidend kann sein, dass alle relevanten Werkstückbereiche für eine definierte Mindestzeit innerhalb eines zulässigen Temperaturbandes liegen.
Aus der Aufzeichnung können unter anderem folgende Probleme erkannt werden:
- ungleichmäßige Wärmeverteilung
- zu schnelle oder zu langsame Aufheizung
- unzureichende Haltezeit
- übermäßiges Überschwingen
- verzögerte Kernerwärmung
- unterschiedliches Verhalten bei verschiedenen Beladungen
Messtakt und Speicherkapazität festlegen
Der Messtakt muss zur Dynamik des Prozesses passen. Ein zu langer Abstand zwischen den Messwerten kann kurze Temperaturspitzen oder schnelle Übergänge übersehen.
| Prozess | Typischer Ansatz für den Messtakt |
|---|---|
| Sehr schneller Aufheizprozess | Etwa 1 bis 5 Sekunden |
| Normaler Chargenofen | Etwa 5 bis 30 Sekunden |
| Langsame Langzeitbehandlung | Etwa 30 Sekunden bis mehrere Minuten |
| Reine Langzeitüberwachung eines stabilen Prozesses | Mehrere Minuten, sofern kurze Ereignisse ausgeschlossen sind |
Ein kurzer Messtakt erhöht die zeitliche Auflösung, erzeugt aber mehr Daten. Vor Beginn der Messung sollten daher Prozessdauer, Kanalzahl, Messtakt und verfügbarer Speicher gemeinsam geprüft werden.
Für eine Aufzeichnung mit vier Kanälen und einem Messtakt von einer Sekunde entstehen innerhalb einer Stunde bereits 14.400 Einzelwerte. Eine übersichtliche Softwareauswertung ist daher ebenso wichtig wie die reine Speicherkapazität.
Gesamtmessunsicherheit realistisch bewerten
Die Auflösung von 0,1 °C bedeutet nicht, dass eine Messung bei 1.000 °C auf 0,1 °C genau ist. Die Anzeigeauflösung beschreibt lediglich den kleinsten dargestellten Schritt.
Die Gesamtmessabweichung setzt sich unter anderem zusammen aus:
- Genauigkeit des Logger-Eingangs
- Toleranzklasse des Thermoelements
- Alterung und Drift des Thermoelements
- Fehler der Kaltstellenkompensation
- Einfluss von Verlängerungsleitungen und Steckern
- Positionierungs- und Kontaktfehler
- Temperaturgradienten im Prozess
- Dynamik und Ansprechzeit des Fühlers
Bei hohen Temperaturen kann die Fühlertoleranz den größten Anteil ausmachen. Zusätzlich können wiederholte Ofenzyklen die Thermoelementkennlinie verändern.
Für eine qualitätsrelevante Wärmebehandlung sollte deshalb nicht nur die Loggergenauigkeit betrachtet werden. Entscheidend ist die Unsicherheit der vollständigen Messkette unter realen Einbaubedingungen.
Logger und Thermoelemente kalibrieren
Eine Kalibrierung sollte möglichst die tatsächlich verwendete Messkette abbilden. Wird nur der Logger elektrisch geprüft, bleiben Abweichungen des Thermoelements und der Anschlussleitung unberücksichtigt.
Grundsätzlich können drei Ebenen unterschieden werden:
Elektrische Prüfung des Loggers
Mit einem Thermoelement-Simulator werden definierte Thermospannungen beziehungsweise Temperaturen eingespeist. Dadurch lassen sich Eingang, Thermoelementkennlinie und Anzeige prüfen.
Kalibrierung des Fühlers
Der Thermoelementfühler wird mit einem rückführbaren Referenzthermometer in einem geeigneten Ofen oder Temperaturbad verglichen.
Kalibrierung der vollständigen Messkette
Fühler, Leitung, Steckverbinder und Logger werden gemeinsam geprüft. Diese Variante berücksichtigt die meisten elektrischen Komponenten der später eingesetzten Messkette.
Die Kalibrierpunkte sollten zum Prozess passen. Für einen Wärmebehandlungsprozess bei 850 °C ist eine ausschließliche Kalibrierung bei 0 und 100 °C nur begrenzt aussagekräftig.
Nach mechanischer Beschädigung, starker Überhitzung oder auffälliger Drift sollte das Thermoelement unabhängig vom regulären Kalibrierintervall überprüft beziehungsweise ersetzt werden.
Leitungen gegen Hitze und mechanische Schäden schützen
Die Leitungsführung ist bei Ofenmessungen häufig die mechanisch empfindlichste Stelle. Kabel können an Türen gequetscht, über scharfe Kanten geführt oder durch heiße Werkstücke beschädigt werden.
Wichtige Maßnahmen sind:
- geeignete Ofendurchführungen verwenden
- Leitungen nicht zwischen Tür und Dichtung einklemmen
- Mindestbiegeradius einhalten
- heiße Leitungsabschnitte mit geeigneter Isolierung schützen
- Zugbelastung am Fühler und Loggeranschluss vermeiden
- Leitungen eindeutig den Messkanälen zuordnen
- Stecker außerhalb der heißesten Zone anordnen
Metallgeflechte und Glasseide verbessern den mechanischen beziehungsweise thermischen Schutz, besitzen aber ebenfalls definierte Temperaturgrenzen. Die vollständige Leitungskonstruktion muss für die heißeste tatsächlich auftretende Stelle geeignet sein.
Typische Fehler bei Hochtemperaturaufzeichnungen
| Fehler | Mögliche Folge | Bessere Vorgehensweise |
|---|---|---|
| Logger wird direkt neben der heißen Ofentür abgelegt | Überschreitung der zulässigen Gerätetemperatur | Logger thermisch getrennt außerhalb der Heißzone montieren |
| Beliebiger Typ-K-Fühler wird bis 1.000 °C verwendet | Beschädigung von Leitung, Isolierung oder Messspitze | Vollständige Fühlerkonstruktion prüfen |
| Typ N wird an einen Typ-K-Eingang angeschlossen | Systematischer Messfehler durch falsche Kennlinie | Passenden Thermoelementeingang verwenden |
| Kupferleitung als Verlängerung eingesetzt | Temperaturabhängige Zusatzfehler | Passende Thermo- oder Ausgleichsleitung verwenden |
| Nur die Ofenluft wird gemessen | Werkstück- oder Kerntemperatur bleibt unbekannt | Messpunkte entsprechend dem Prozessziel festlegen |
| Fühler liegt direkt auf einem Heizelement | Unrealistisch hoher lokaler Messwert | Repräsentative Position mit definierter Befestigung wählen |
| Zu langer Messtakt | Kurze Temperaturspitzen werden nicht erfasst | Messtakt an Prozessdynamik anpassen |
| Altes Thermoelement wird ungeprüft weiterverwendet | Drift und falsches Temperaturprofil | Kalibrierung, Vergleichsprüfung oder Austausch vorsehen |
Praxisbeispiel: Temperaturprofil eines Wärmebehandlungsofens
In einem Chargenofen werden Stahlbauteile bei einer Solltemperatur von 850 °C wärmebehandelt. Der Betreiber möchte prüfen, ob alle Werkstücke für mindestens 45 Minuten innerhalb eines zulässigen Temperaturfensters von 840 bis 860 °C liegen.
Für die Messung wird ein Vierkanal-Thermoelementlogger außerhalb des Ofens positioniert. Vier Typ-K-Fühler werden folgendermaßen angeordnet:
- Kanal 1 an einem Werkstück im vorderen Ofenbereich
- Kanal 2 an einem Werkstück im hinteren Ofenbereich
- Kanal 3 im Kern eines repräsentativen massiven Bauteils
- Kanal 4 frei im Ofenraum als Vergleich zur Ofenluft
Die Leitungen werden durch eine dafür vorgesehene Durchführung geführt. Der Logger bleibt in einem kühlen, gegen Strahlungswärme geschützten Bereich. Als Messtakt werden zehn Sekunden gewählt.
Die Auswertung zeigt, dass die Ofenluft bereits nach 35 Minuten 850 °C erreicht. Die Oberfläche der vorderen Bauteile folgt wenige Minuten später. Der Kernfühler erreicht die untere Grenze von 840 °C jedoch erst nach 58 Minuten.
Die bisherige Prozesssteuerung hatte die Haltezeit ab Erreichen der Ofenlufttemperatur gestartet. Dadurch befand sich der Werkstückkern nur 22 Minuten innerhalb des geforderten Temperaturfensters.
Der Prozess wird so angepasst, dass die Haltezeit erst beginnt, wenn der langsamste repräsentative Werkstückfühler 840 °C erreicht. Eine erneute Aufzeichnung bestätigt anschließend eine ausreichende Haltezeit in allen überwachten Bereichen.
Das Beispiel zeigt, weshalb ein einzelner Ofenreglerwert für die Bewertung einer Wärmebehandlung nicht ausreichen muss. Erst das Mehrkanalprofil macht die tatsächliche thermische Belastung der Werkstücke sichtbar.
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
Der testo 176T4 Datenlogger für Temperatur erfasst bis zu vier Thermoelementkanäle gleichzeitig. Er eignet sich für Typ K, T und J und deckt mit einem Typ-K-Eingang einen Bereich bis +1.000 °C ab.
Das große Display zeigt aktuelle Werte, Grenzwertverletzungen sowie Minimum und Maximum. Bis zu zwei Millionen Messwerte können gespeichert und anschließend über eine PC-Software ausgewertet beziehungsweise exportiert werden.
Der Logger selbst muss außerhalb der heißen Ofenzone innerhalb seines zulässigen Umgebungstemperaturbereichs betrieben werden.
Thermoelemente für Ofen- und Prozessmessungen
In der Kategorie Thermoelemente finden Sie unterschiedliche Ausführungen für Luft-, Oberflächen-, Tauch-, Einstech- und Prozessmessungen.
Für die Auswahl sind nicht nur Thermoelementtyp und Maximaltemperatur wichtig. Mantelwerkstoff, Durchmesser, Messstellenart, Einbaulänge, Anschlussleitung und Prozessatmosphäre müssen ebenfalls festgelegt werden.
Gerade Thermoelemente für stationäre Hochtemperaturmessstellen
Die geraden Thermoelemente nach EN 50446 sind mit metallischem Schutzrohr für stationäre industrielle Hochtemperaturmessungen vorgesehen.
Je nach Ausführung können sie für Temperaturen bis 1.250 °C eingesetzt werden. Ob sie direkt mit einem mobilen Datenlogger verbunden werden können, hängt von Anschlusskopf, Klemmsockel, Leitung und gewünschter Messkette ab.
WIKA TC40 für flexible Einbauvarianten
Das WIKA TC40 Kabel-Thermoelement ist für direkte Temperaturmessungen in Maschinen, Rohrleitungen, Behältern und Prozessen erhältlich.
Je nach Sensorausführung stehen Bereiche bis +1.200 °C sowie verschiedene Kabel- und Prozessanschlüsse zur Verfügung. Für eine Messung bis 1.000 °C muss die konkrete Kombination aus Fühler, Kabelisolierung und Einbauart entsprechend ausgelegt werden.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl von Datenlogger, Thermoelementtyp, Fühleraufbau und Kalibrierung. Benötigt werden Maximaltemperatur, Prozessatmosphäre, Anzahl der Messstellen, gewünschter Messtakt, Messdauer, Fühlerposition, Leitungsweg und erforderliche Messgenauigkeit.
Fazit: Bis 1000 °C muss die vollständige Messkette zur Anwendung passen
Ein Temperaturdatenlogger mit einem Messbereich bis 1.000 °C kann Hochtemperaturprozesse zuverlässig dokumentieren, sofern ein passendes Thermoelement und eine fachgerecht aufgebaute Messkette verwendet werden.
Die hohe Prozesstemperatur darf nicht mit der zulässigen Umgebungstemperatur des Loggergehäuses verwechselt werden. In der Regel bleibt der Logger außerhalb des Ofens, während nur Fühler und geeignete Thermoleitungen in die Heißzone geführt werden.
Typ K ist für viele Anwendungen bis 1.000 °C geeignet. Die tatsächliche Einsatzgrenze hängt jedoch von Fühlerdurchmesser, Mantelwerkstoff, Leitung und Ofenatmosphäre ab. Typ J besitzt einen kleineren nutzbaren Hochtemperaturbereich. Typ N kann eine höhere Langzeitstabilität bieten, benötigt aber einen ausdrücklich kompatiblen Eingang.
Mehrere Messkanäle ermöglichen die gleichzeitige Erfassung von Ofenluft, Werkstückoberflächen und Kerntemperaturen. Dadurch werden Aufheizzeit, Gleichmäßigkeit, Haltezeit und Abkühlung wesentlich aussagekräftiger als durch einen einzelnen Reglerwert.
Für qualitätsrelevante Prozesse sollten Logger, Fühler und Anschlussleitungen in geeigneten Temperaturpunkten geprüft oder gemeinsam kalibriert werden. Die Anzeigeauflösung allein ist kein Maß für die tatsächliche Genauigkeit der vollständigen Messung.
Häufige Fragen zu Temperaturdatenloggern bis 1000 °C
Kann der testo 176T4 direkt in einen 1000 °C heißen Ofen gelegt werden?
Nein. Der Messbereich des Thermoelementeingangs reicht bis 1.000 °C, der Logger selbst darf aber nur innerhalb seines deutlich niedrigeren Umgebungstemperaturbereichs betrieben werden.
Welches Thermoelement eignet sich für 1000 °C?
Häufig wird Typ K verwendet. Die konkrete Fühlerausführung, der Mantelwerkstoff, der Durchmesser und die Ofenatmosphäre müssen jedoch für diese Temperatur geeignet sein.
Kann der testo 176T4 ein Thermoelement Typ N auswerten?
Nein. Das Gerät unterstützt die Thermoelementtypen K, T und J. Für Typ N ist ein anderes kompatibles Messsystem erforderlich.
Warum darf nicht jeder Typ-K-Fühler bis 1000 °C eingesetzt werden?
Die Thermoelementkennlinie kann zwar diesen Bereich abdecken, aber Kabelisolierung, Fühlermantel, Steckverbinder oder mechanischer Aufbau können wesentlich niedrigere Temperaturgrenzen besitzen.
Reicht es aus, nur die Ofenlufttemperatur aufzuzeichnen?
Nicht immer. Bei Wärmebehandlungen kann die Werkstück- oder Kerntemperatur deutlich verzögert folgen. Die erforderlichen Messpunkte hängen vom Prozessziel ab.
Wie viele Messstellen sind für ein Ofenprofil sinnvoll?
Das hängt von Ofengröße, Beladung und Qualitätsanforderung ab. Häufig werden mehrere Positionen im Nutzraum sowie mindestens ein repräsentatives Werkstück überwacht.
Wie kurz sollte der Messtakt sein?
Der Messtakt muss deutlich kürzer als die zu erwartenden Prozessänderungen sein. Bei normalen Chargenprozessen sind häufig fünf bis 30 Sekunden sinnvoll, bei schnellen Vorgängen entsprechend kürzer.
Kann eine normale Kupferleitung zur Verlängerung verwendet werden?
Bei direkter Thermoelementmessung sollte eine passende Thermo- oder Ausgleichsleitung verwendet werden. Ungeeignete metallische Übergänge können zusätzliche Thermospannungen und Messfehler erzeugen.
Was bedeutet eine Auflösung von 0,1 °C bei 1000 °C?
Sie beschreibt nur den kleinsten dargestellten Messwertschritt. Die tatsächliche Messabweichung ist aufgrund von Loggergenauigkeit, Fühlertoleranz, Drift und Einbaueinflüssen deutlich größer.
Wie häufig müssen Hochtemperatur-Thermoelemente kalibriert werden?
Das Intervall hängt von Temperatur, Zyklenzahl, Prozessatmosphäre und Qualitätsanforderung ab. Bei häufiger Belastung nahe der oberen Einsatzgrenze sind kürzere Prüfintervalle sinnvoll.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auslegung?
Benötigt werden Temperaturbereich, Ofenatmosphäre, Prozessdauer, Anzahl der Messstellen, gewünschte Fühlerpositionen, Leitungsweg, Messtakt, erforderliche Genauigkeit und gewünschte Kalibrierung.