Die Temperatur soll an einer heißen Rohrleitung gemessen werden, die Anzeige muss jedoch mehrere Meter entfernt an einer gut zugänglichen Schalttafel sitzen.
Eine elektrische Temperaturmessung wäre möglich. In vielen Maschinen und Anlagen wird für solche Aufgaben jedoch bewusst ein rein mechanisches:
Gasdruckthermometer mit Fernleitung
eingesetzt.
Der Temperaturfühler befindet sich dabei am Prozess, während das Anzeigegehäuse über eine dünne Kapillarleitung mit dem Fühler verbunden ist.
Das klingt zunächst unkompliziert.
In der Praxis entscheidet jedoch nicht nur der Messbereich darüber, ob die Temperatur zuverlässig angezeigt wird.
Mindestens ebenso wichtig sind:
- Länge der Kapillarleitung,
- Umgebungstemperatur entlang der Fernleitung,
- Temperatur am Anzeigegehäuse,
- Biegeradius der Kapillare,
- mechanische Belastung und Vibrationsbeanspruchung,
- Fühlerdurchmesser und aktive Fühlerlänge,
- Einbaulage des Fühlers,
- Eintauchtiefe,
- Verwendung eines Schutzrohres,
- Wärmeableitung über Prozessanschluss und Umgebung.
Besonders kritisch ist die Kapillarleitung.
Sie ist nicht einfach nur eine mechanische Verbindung zwischen Fühler und Anzeige, sondern Bestandteil des geschlossenen Messsystems.
Die Fernleitung eines Gasdruckthermometers sollte deshalb bereits bei der Konstruktion der Anlage geplant werden. Eine nachträgliche Verlegung über beliebige Wege, enge Biegeradien oder stark wechselnde Temperaturzonen kann die mechanische Zuverlässigkeit und bei ungünstigen Bedingungen auch die Messqualität beeinträchtigen.
Wie funktioniert ein Gasdruckthermometer?
Ein Gasdruckthermometer nutzt die temperaturabhängige Druckänderung eines eingeschlossenen Gases.
Das Messsystem besteht vereinfacht aus:
- Temperaturfühler beziehungsweise Tauchschaft,
- Kapillarleitung,
- Druckfeder beziehungsweise Rohrfeder im Anzeigegehäuse,
- Zeigerwerk und Zifferblatt.
Fühler, Kapillare und Messfeder bilden ein geschlossenes System, das mit einem Inertgas gefüllt ist.
Ändert sich die Temperatur am Fühler, verändert sich der Druck innerhalb dieses geschlossenen Systems.
Dieser Druck wirkt auf die Messfeder im Anzeigegehäuse.
Deren Bewegung wird über das Zeigerwerk auf den Zeiger übertragen.
Dadurch entsteht eine mechanische Temperaturanzeige ohne elektrische Hilfsenergie.
Ein wichtiger Unterschied zum Bimetallthermometer
Beim Bimetallthermometer befindet sich das temperaturabhängige Messelement unmittelbar im beziehungsweise am Tauchschaft.
Beim Gasdruckthermometer kann die Druckänderung dagegen über eine Fernleitung an ein räumlich entfernt montiertes Anzeigegehäuse übertragen werden.
Genau dadurch werden Anwendungen möglich, bei denen:
- die Messstelle schlecht zugänglich ist,
- die Temperatur aus sicherer Entfernung abgelesen werden soll,
- das Anzeigeinstrument in eine Schalttafel eingebaut wird,
- starke Vibrationen am Prozess vom Zeigerwerk ferngehalten werden sollen.
Welche Aufgabe hat die Kapillarleitung?
Die Kapillarleitung verbindet den Temperaturfühler mit der Messfeder im Anzeigegehäuse.
Sie ist mit demselben Messgas gefüllt wie der Fühler und deshalb Bestandteil des eigentlichen Messsystems.
Eine typische Fernleitung besitzt nur einen sehr kleinen Durchmesser.
Dadurch soll ihr Innenvolumen gegenüber dem wirksamen Volumen des Fühlers möglichst klein bleiben.
Das ist wichtig, weil eigentlich die Temperatur am:
Fühler
gemessen werden soll und nicht die mittlere Temperatur von:
Fühler + Kapillarleitung + Messfeder
.
In der Praxis kann der Einfluss der Fernleitung konstruktiv stark reduziert und teilweise kompensiert werden.
Vollständig beliebig ist ihre Länge und Temperaturbeanspruchung dennoch nicht.
Deshalb muss die konkrete Ausführung des Thermometers immer zur Anwendung passen.
Wie lang darf die Fernleitung sein?
Die maximal zulässige Kapillarlänge ist geräteabhängig.
Bei einem industriellen Gasdruckthermometer können durchaus mehrere Meter oder sogar deutlich längere Fernleitungen realisiert werden.
Das bedeutet jedoch nicht:
je länger, desto besser
.
Die Fernleitung sollte grundsätzlich nur so lang gewählt werden, wie es die Anlage tatsächlich erfordert.
Eine unnötig lange Kapillare bringt mehrere Nachteile:
- größeres temperaturbeeinflusstes Gasvolumen,
- größeren mechanisch zu schützenden Leitungsweg,
- mehr Befestigungspunkte,
- größere Gefahr von Knicken oder Beschädigungen,
- aufwendigere Montage,
- mehr überschüssige Leitung bei Änderungen des Einbauortes.
Für den WIKA Typ 73 sind beispielsweise abhängig von der Ausführung Fernleitungen bis zu mehreren zehn Metern möglich.
Die tatsächlich benötigte Länge sollte jedoch bereits bei der Bestellung anhand des vorgesehenen Leitungsweges bestimmt werden.
Bei der Längenplanung berücksichtigen:
reale Strecke + Bögen + Montageweg + kleine Service-/Montagereserve
.
Eine reine Luftlinie zwischen Fühler und Anzeige reicht für die Planung nicht aus.
Warum beeinflusst die Umgebungstemperatur die Messung?
Das Gas befindet sich nicht ausschließlich im Fühler.
Auch:
- Kapillarleitung,
- Messfeder,
- Verbindungsbereiche
enthalten einen Teil des Messgases.
Ändert sich deren Temperatur, verändert sich ebenfalls der Innendruck des Systems.
Der konstruktive Aufbau des Gasdruckthermometers reduziert diesen Einfluss erheblich.
Unter anderem können Kompensationselemente im Anzeigegehäuse eingesetzt werden.
Trotzdem gilt grundsätzlich:
Je größer das Volumen außerhalb des eigentlichen Temperaturfühlers und je stärker dessen Temperatur schwankt, desto wichtiger wird der Umgebungstemperatureinfluss.
Ein typisches Beispiel
Der Fühler misst konstant:
100 °C
.
Die Kapillarleitung läuft jedoch zuerst durch einen Bereich mit:
20 °C
und anschließend mehrere Meter unmittelbar neben einer heißen Rohrleitung mit:
80 °C Umgebungstemperatur
.
Die Fernleitung wird damit zusätzlich erwärmt.
Bei einer dafür nicht ausgelegten Konfiguration kann dies die Anzeige beeinflussen.
Besonders sorgfältig sollte die Umgebung berücksichtigt werden, wenn:
- die Kapillarleitung sehr lang ist,
- große Temperaturunterschiede entlang der Leitung bestehen,
- das Anzeigegehäuse sehr heiß oder sehr kalt wird,
- hohe Messgenauigkeit gefordert ist.
Den Verlegeweg der Kapillare richtig planen
Die kürzeste geometrische Verbindung ist nicht automatisch der beste Verlegeweg.
Die Fernleitung sollte möglichst:
- vor mechanischer Beschädigung geschützt sein,
- nicht unmittelbar an heißen Rohrleitungen entlanggeführt werden,
- nicht unnötig durch stark wechselnde Temperaturzonen verlaufen,
- von beweglichen Maschinenkomponenten ferngehalten werden,
- nicht über scharfe Kanten geführt werden,
- für Inspektion und Montage erreichbar bleiben.
Besonders ungünstig ist eine Verlegung unmittelbar neben:
- Dampfleitungen,
- Abgasleitungen,
- Öfen,
- Heizelementen,
- heißen Motor- oder Maschinengehäusen.
Ebenso sollte vermieden werden, dass ein Teil der Kapillare starken Sonneneinstrahlungen ausgesetzt ist, während ein anderer Teil dauerhaft im Schatten liegt, wenn dadurch große und wechselnde Temperaturunterschiede entstehen.
Bei unvermeidbaren thermischen Belastungen sollte bereits bei der Geräteauslegung geprüft werden, ob diese Bedingungen mit der vorgesehenen Fernleitung vereinbar sind.
Biegeradius der Kapillarleitung beachten
Eine Kapillarleitung darf gebogen werden.
Sie darf jedoch:
nicht geknickt werden.
Der zulässige Mindestbiegeradius hängt von der konkreten Fernleitung und ihrer Schutzummantelung ab.
Ein zu enger Bogen kann:
- den Querschnitt verformen,
- das Kapillarrohr beschädigen,
- eine lokale mechanische Schwachstelle erzeugen,
- im Extremfall das geschlossene Messsystem undicht machen.
Eine beschädigte Kapillare lässt sich nicht wie eine normale elektrische Leitung durch einfaches Verbinden zweier Enden reparieren.
Das Messsystem besitzt eine definierte Gasfüllung und muss als Einheit betrachtet werden.
Für den konkreten Thermometertyp muss deshalb der vom Hersteller vorgegebene Biegeradius eingehalten werden.
Bei der Montage sollten Bögen möglichst gleichmäßig und ohne scharfes Nachbiegen hergestellt werden.
Kapillarleitung mechanisch schützen
Die relativ dünne Fernleitung ist häufig empfindlicher gegen mechanische Beschädigung als das robuste Thermometergehäuse.
Gefahren entstehen beispielsweise durch:
- Werkzeuge,
- Wartungsarbeiten,
- bewegte Abdeckungen,
- scharfe Blechkanten,
- Scheuern an Maschinenbauteilen,
- Trittbelastung,
- Transportarbeiten.
In solchen Bereichen kann eine zusätzliche Schutzummantelung beziehungsweise ein Spiralschutz sinnvoll sein.
Dieser erhöht die mechanische Robustheit, verändert jedoch unter Umständen:
- den notwendigen Biegeradius,
- den Außendurchmesser,
- die maximal mögliche Leitungslänge,
- die Flexibilität der Leitung.
Deshalb sollte der Schutz bereits bei der Bestellung vorgesehen und nicht erst nachträglich improvisiert werden.
Fernleitung richtig befestigen
Eine Kapillarleitung sollte nicht lose über längere Strecken hängen.
Andererseits darf sie durch die Befestigung nicht gequetscht oder eingeschnürt werden.
Eine geeignete Befestigung sollte:
- die Leitung sicher führen,
- keine scharfen Kanten aufweisen,
- keinen übermäßigen Druck auf das Kapillarrohr ausüben,
- Vibrationen und Scheuerbewegungen vermeiden,
- thermische Längenänderungen nicht unnötig behindern.
Besondere Aufmerksamkeit benötigen die Übergangsbereiche:
Fühler → Kapillare
und:
Kapillare → Anzeigegehäuse
.
Dort sollten keine dauerhaften Biege-, Zug- oder Torsionskräfte eingeleitet werden.
Was tun mit überschüssiger Kapillarlänge?
Eine werkseitig ausgeführte Kapillarleitung sollte nicht einfach gekürzt werden.
Das würde das geschlossene Messsystem öffnen und die Gasfüllung zerstören.
Eine gewisse Montagereserve muss deshalb durch geeignete Leitungsführung aufgenommen werden.
Dabei sollten keine sehr engen Wicklungen hergestellt werden.
Stattdessen kann die überschüssige Leitung in:
großen, spannungsfreien Bögen
geführt und befestigt werden.
Auch hier muss der zulässige Mindestbiegeradius eingehalten werden.
Sehr große zusätzliche Leitungslängen sollten aber nicht vorsorglich bestellt werden, wenn sie in der Anlage anschließend nur aufgewickelt werden müssen.
Die bessere Lösung ist eine möglichst passend dimensionierte Fernleitung.
Fühlerposition richtig wählen
Auch eine perfekt verlegte Kapillarleitung kann eine ungünstige Fühlerposition nicht kompensieren.
Der Temperaturfühler muss die Temperatur des tatsächlich interessierenden Mediums erfassen.
In einer Rohrleitung sollte er deshalb möglichst weit in den relevanten Strömungsbereich hineinreichen.
Ungeeignet können beispielsweise sein:
- Randzonen mit geringer Strömung,
- Toträume,
- unmittelbare Nähe zu beheizten Außenwänden,
- Positionen direkt hinter einer Einmischstelle, an denen das Medium noch nicht homogen ist.
Die richtige Einbaustelle hängt immer vom Prozess ab.
Die Temperatur an einer Rohrwand kann beispielsweise deutlich von der Temperatur in der Rohrmitte abweichen.
Ausreichende Eintauchtiefe sicherstellen
Der Fühler besitzt einen thermisch wirksamen beziehungsweise aktiven Bereich.
Dieser Bereich sollte möglichst vollständig der zu messenden Temperatur ausgesetzt sein.
Ist die Eintauchtiefe zu klein, entsteht Wärmeleitung zwischen:
- Prozessmedium,
- Prozessanschluss,
- Rohrwand beziehungsweise Behälterwand,
- Umgebung.
Die gemessene Temperatur kann dann zwischen Prozess- und Umgebungstemperatur liegen.
Beispiel
Das Medium besitzt:
180 °C
.
Der Fühler reicht jedoch nur wenige Millimeter in eine Rohrleitung hinein, während Prozessanschluss und Umgebung wesentlich kühler sind.
Über den metallischen Tauchschaft wird Wärme aus dem eigentlichen Messbereich abgeführt.
Die Anzeige kann dadurch zu niedrig sein, obwohl das Thermometer selbst technisch einwandfrei arbeitet.
Die erforderliche Mindest-Eintauchtiefe ist deshalb abhängig von:
- Fühlerdurchmesser,
- Fühlerkonstruktion,
- Temperaturbereich,
- Prozessanschluss,
- gegebenenfalls verwendetem Schutzrohr.
Wärmeableitungsfehler vermeiden
Wärmeableitung ist einer der wichtigsten Montageeinflüsse bei mechanischen Temperaturmessungen.
Sie entsteht, wenn über den Fühler oder Anschluss Wärme zwischen dem Prozess und der Umgebung transportiert wird.
Besonders kritisch sind:
- sehr kurze Einbaulängen,
- kleine Rohrdurchmesser,
- große Temperaturunterschiede zwischen Prozess und Umgebung,
- massive metallische Prozessanschlüsse,
- geringe Strömungsgeschwindigkeit des Mediums.
Eine größere Eintauchtiefe verbessert häufig die thermische Kopplung zum Prozess.
In kleinen Rohrleitungen kann es sinnvoll sein, den Fühler:
- schräg,
- in einem Rohrbogen,
- oder entgegen der Strömungsrichtung
einzubauen, sofern dies mechanisch und prozesstechnisch zulässig ist.
Das Ziel ist immer, dass der aktive Fühlerbereich möglichst vollständig von dem Medium umströmt wird, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Einfluss eines Schutzrohres
In vielen Prozessanlagen wird der Temperaturfühler nicht direkt in das Medium eingebaut, sondern in ein:
Schutzrohr
.
Das bietet mehrere Vorteile.
Der Fühler kann beispielsweise ausgebaut werden, ohne den Prozess unmittelbar zu öffnen.
Außerdem schützt das Schutzrohr den Fühler gegen:
- Prozessdruck,
- Strömungskräfte,
- korrosive Medien,
- mechanische Beanspruchung.
Thermisch entsteht jedoch eine zusätzliche Barriere zwischen Medium und Fühler.
Dadurch kann sich die Ansprechzeit verlängern.
Für eine schnelle Messung sind deshalb unter anderem relevant:
- passender Innendurchmesser des Schutzrohres,
- passender Fühlerdurchmesser,
- geringe unnötige Luftspalte,
- ausreichende Eintauchtiefe,
- geeignete Schutzrohrkonstruktion.
Das Schutzrohr darf daher nicht ausschließlich nach dem Prozessgewinde ausgewählt werden.
Mechanische Festigkeit und thermisches Verhalten müssen gemeinsam betrachtet werden.
Was beeinflusst die Ansprechzeit?
Die Anzeige eines mechanischen Thermometers reagiert nicht augenblicklich auf eine Temperaturänderung.
Die Ansprechzeit hängt unter anderem ab von:
- Fühlerdurchmesser,
- Fühlermasse,
- Wärmeübergang vom Medium zum Fühler,
- Strömungsgeschwindigkeit,
- Art des Mediums,
- Verwendung eines Schutzrohres,
- Abmessungen des Schutzrohres.
Ein dünner, direkt angeströmter Fühler in einer Flüssigkeit kann wesentlich schneller reagieren als ein massives Schutzrohr in langsam strömender Luft.
Bei einer trägen Anzeige sollte deshalb nicht automatisch eine zu lange Kapillarleitung als Ursache angenommen werden.
Der komplette thermische Aufbau vom Prozessmedium bis zum temperaturempfindlichen Bereich des Fühlers muss betrachtet werden.
Anzeigegehäuse richtig montieren
Der Vorteil der Fernleitung besteht gerade darin, dass die Anzeige unabhängig von der eigentlichen Messstelle positioniert werden kann.
Diese Freiheit sollte genutzt werden.
Das Anzeigegehäuse sollte möglichst:
- gut ablesbar,
- zugänglich,
- vor übermäßiger Umgebungstemperatur geschützt,
- mechanisch stabil montiert,
- möglichst vibrationsarm
angeordnet werden.
Eine häufig ungünstige Lösung ist beispielsweise, ein Fernthermometer zu verwenden und das Anzeigegehäuse anschließend unmittelbar über einer sehr heißen Prozessleitung zu montieren.
Die Fernleitung bietet gerade die Möglichkeit, einen thermisch und mechanisch günstigeren Montageort zu wählen.
Vibrationen und Fernleitung
Starke Vibrationen beanspruchen insbesondere das mechanische Zeigerwerk eines Thermometers.
Eine Fernleitung ermöglicht es, das Anzeigegehäuse von einem stark vibrierenden Messort zu trennen.
Beispielsweise kann der Fühler an:
- Pumpe,
- Kompressor,
- Motor,
- vibrierender Rohrleitung
installiert sein, während das Anzeigegehäuse an einem separaten Halter oder Schaltschrank montiert wird.
Die Kapillarleitung selbst muss in diesem Fall jedoch ebenfalls so geführt werden, dass keine dauernde Biegebewegung an ihren Übergangsstellen entsteht.
Ein frei schwingender Kapillarabschnitt unmittelbar am Fühler oder am Gehäuse kann langfristig mechanisch belastend sein.
Kapillarlänge bereits bei der Bestellung festlegen
Die Fernleitung eines Gasdruckthermometers ist kein typisches Zubehörteil, das auf der Baustelle beliebig angepasst wird.
Sie gehört zum geschlossenen Messsystem.
Deshalb sollten vor der Bestellung mindestens folgende Angaben feststehen:
- Messbereich beziehungsweise Anzeigebereich.
- Prozesstemperatur.
- Prozessmedium.
- Prozessanschluss.
- Fühlerdurchmesser.
- erforderliche Einbaulänge.
- Position des Anzeigegehäuses.
- realer Leitungsweg zwischen Fühler und Anzeige.
- benötigte Kapillarlänge.
- Umgebungstemperatur am Anzeigegehäuse.
- Temperaturbedingungen entlang der Kapillare.
- notwendiger mechanischer Schutz der Fernleitung.
- Vibrationsbeanspruchung.
- gegebenenfalls benötigtes Schutzrohr.
Eine passende Kapillarlänge wird geplant und bestellt – sie sollte nicht erst während der Montage durch Kürzen oder improvisierte enge Wicklungen angepasst werden.
Praxisbeispiel: Temperaturanzeige 8 m vom Prozess entfernt
In einer Produktionsanlage soll die Temperatur einer heißen Flüssigkeit in einer Rohrleitung gemessen werden.
Der Messbereich beträgt:
0...200 °C
.
Die Rohrleitung befindet sich hinter einer Maschinenverkleidung und ist während des Betriebs nur schlecht zugänglich.
Die Temperatur soll deshalb an einer Bedienseite der Anlage abgelesen werden.
Der direkte Abstand beträgt:
ca. 6 m
.
Schritt 1: tatsächlichen Verlegeweg bestimmen
Aufgrund der Maschinenkonstruktion kann die Kapillarleitung nicht direkt verlegt werden.
Sie muss:
- zunächst nach oben,
- entlang eines Kabel- und Rohrbereichs,
- um eine Maschinenverkleidung,
- anschließend zur Anzeigetafel
geführt werden.
Der tatsächliche Leitungsweg beträgt dadurch ungefähr:
7,5 m
.
Schritt 2: kleine Montagereserve berücksichtigen
Es wird eine Fernleitung vorgesehen, die den realen Verlegeweg mit einer sinnvollen Montagereserve abdeckt.
Eine erheblich längere Leitung wird vermieden.
Schritt 3: heiße Bereiche vermeiden
Ein ursprünglich geplanter Abschnitt würde über mehrere Meter unmittelbar parallel zu einer heißen Dampfleitung verlaufen.
Die Kapillare wird stattdessen mit Abstand auf einer thermisch günstigeren Route geführt.
Schritt 4: mechanischen Schutz festlegen
Im Bereich einer Wartungsöffnung besteht die Gefahr, dass die Leitung beim Service beschädigt wird.
Dort wird eine mechanisch geschützte Ausführung vorgesehen.
Schritt 5: Fühler richtig einbauen
Der Fühler wird so positioniert, dass sein aktiver Bereich ausreichend in die Prozessströmung hineinragt.
Schritt 6: Anzeigegehäuse montieren
Das Anzeigegehäuse sitzt an einem:
- gut ablesbaren,
- vibrationsarmen,
- thermisch moderaten
Montageort.
Damit werden die Vorteile eines Gasdruckthermometers mit Fernleitung tatsächlich genutzt.
Messabweichung systematisch eingrenzen
Zeigt ein Fernthermometer einen unerwarteten Wert, sollte nicht sofort davon ausgegangen werden, dass das Thermometer neu kalibriert werden muss.
Die gesamte Messstelle sollte untersucht werden.
Schritt 1: Vergleichstemperatur prüfen
Zunächst wird mit einem geeigneten Referenzthermometer festgestellt, welche Temperatur am tatsächlichen Fühlerort vorliegt.
Schritt 2: Fühlerposition kontrollieren
Ist der Fühler ausreichend tief eingebaut und befindet sich der aktive Bereich tatsächlich im Medium?
Schritt 3: Schutzrohr prüfen
Ist der Fühler vollständig eingeschoben?
Besteht ein ungewöhnlich großer Luftspalt oder eine falsche Schutzrohrdimension?
Schritt 4: Kapillarleitung kontrollieren
Zu prüfen sind:
- Knickstellen,
- Quetschungen,
- Scheuerstellen,
- enge Biegeradien,
- ungewöhnlich heiße oder kalte Leitungsabschnitte.
Schritt 5: Anzeigegehäuse prüfen
Befindet sich das Gehäuse innerhalb der zulässigen Umgebungsbedingungen?
Ist es starken Vibrationen oder einer lokalen Wärmequelle ausgesetzt?
Schritt 6: Messsystem vergleichen
Bleibt die Abweichung unter kontrollierten Bedingungen bestehen, kann die komplette Thermometereinheit gegen eine geeignete Temperaturreferenz geprüft werden.
Da Fühler, Kapillare und Messfeder ein zusammengehöriges Messsystem bilden, sollte die Einheit als Ganzes betrachtet werden.
Häufige Planungs- und Montagefehler
- Fernleitung nach Luftlinie bestellen: Der tatsächliche Verlegeweg mit Bögen und Umgehungen ist länger.
- Unnötig lange Kapillare wählen: Die überschüssige Leitung muss später aufwendig und thermisch ungünstig untergebracht werden.
- Kapillare nachträglich kürzen: Dadurch wird das geschlossene Messsystem geöffnet.
- Zu kleinen Biegeradius verwenden: Das Kapillarrohr kann verformt oder beschädigt werden.
- Kapillare knicken: Eine einmal beschädigte Fernleitung ist kein normal reparierbarer Leitungsschaden.
- Fernleitung direkt an einer heißen Rohrleitung verlegen: Die Umgebung der Kapillare wird unnötig stark aufgeheizt.
- Kapillare ungeschützt über eine Wartungsöffnung führen: Mechanische Beschädigungen sind vorprogrammiert.
- Leitung zu fest einklemmen: Die Befestigung kann die dünne Kapillare verformen.
- Fühler nicht ausreichend eintauchen: Wärmeableitung verfälscht die Messung.
- Nur die Spitze des Fühlers in den Prozess einbringen: Der aktive Bereich wird nicht vollständig auf Prozesstemperatur gebracht.
- Zu großes Schutzrohr verwenden: Ein großer Luftspalt verlängert die thermische Reaktion.
- Anzeigegehäuse direkt an einer Vibrationsquelle montieren: Der Vorteil der Fernleitung wird nicht genutzt.
- Umgebungstemperatur ignorieren: Besonders lange Kapillarleitungen reagieren stärker auf ungünstige thermische Bedingungen.
- Träge Messung automatisch der Kapillarlänge zuschreiben: Häufig sind Schutzrohr, Fühlerdimension und Wärmeübergang die wichtigeren Ursachen.
Passendes Gasdruckthermometer
Für mechanische Temperaturmessungen mit räumlich getrennter Anzeige bietet sich beispielsweise das WIKA Typ 73 Gasdruckthermometer in der Ausführung F73 mit Fernleitung an.
Der Typ 73 ist für industrielle Anwendungen unter anderem in:
- Chemie und Petrochemie,
- Öl- und Gasindustrie,
- Energietechnik,
- Maschinen- und Anlagenbau,
- Behälter- und Apparatebau,
- Wasser- und Abwassertechnik
vorgesehen.
Für Anwendungen mit Fernleitung besonders relevant sind:
- mechanische Temperaturmessung ohne elektrische Hilfsenergie,
- Ausführung mit räumlich getrenntem Anzeigegehäuse,
- verschiedene Kapillarlängen,
- verschiedene Prozessanschlüsse,
- verschiedene Fühlerdurchmesser und Einbaulängen,
- optionaler mechanischer Schutz der Fernleitung,
- Edelstahlausführung für industrielle Einsatzbedingungen.
Die genaue Ausführung sollte anhand von Messbereich, Einbaustelle, benötigter Fernleitung und den thermischen sowie mechanischen Umgebungsbedingungen festgelegt werden.
Weitere Gasdruck-, Bimetall-, Widerstands- und elektronische Thermometer sowie Temperaturfühler finden Sie unter Temperaturmesstechnik bei ICS Schneider.
Fazit
Ein Gasdruckthermometer mit Fernleitung ermöglicht eine rein mechanische Temperaturanzeige weit entfernt von der eigentlichen Messstelle.
Der große Vorteil ist die räumliche Trennung von:
Temperaturfühler
und:
Anzeige
.
Die Kapillarleitung ist dabei jedoch Bestandteil des gasgefüllten Messsystems und muss entsprechend sorgfältig geplant werden.
Eine unnötig lange Fernleitung, starke Temperaturunterschiede entlang der Kapillare, zu enge Biegeradien oder eine ungeschützte Verlegung können die Zuverlässigkeit der Messstelle beeinträchtigen.
Mindestens genauso wichtig ist der eigentliche Fühlereinbau.
Der aktive Bereich des Fühlers muss ausreichend in das zu messende Medium eintauchen. Eine zu geringe Eintauchtiefe kann durch Wärmeableitung erhebliche Messabweichungen erzeugen.
Wird zusätzlich ein Schutzrohr eingesetzt, muss dessen thermische Trägheit bei der gewünschten Ansprechzeit berücksichtigt werden.
Die Fernleitung bietet außerdem die Möglichkeit, das Anzeigegehäuse von heißen, schwer zugänglichen oder stark vibrierenden Messstellen zu entfernen.
Eine zuverlässige Messstelle entsteht deshalb nicht allein durch die Auswahl des richtigen Temperaturbereichs. Entscheidend ist das komplette System aus Fühler, Eintauchtiefe, Prozessanschluss, Kapillarlänge, Verlegeweg, Umgebungstemperatur, mechanischem Schutz und Montageort der Anzeige.
FAQ: Gasdruckthermometer mit Kapillarleitung
Wie funktioniert ein Gasdruckthermometer mit Fernleitung?
Fühler, Kapillarleitung und Messfeder bilden ein geschlossenes, gasgefülltes Messsystem. Ändert sich die Temperatur am Fühler, verändert sich der Innendruck. Dieser wirkt auf eine Messfeder im Anzeigegehäuse und bewegt über ein Zeigerwerk den Zeiger.
Benötigt ein Gasdruckthermometer eine Spannungsversorgung?
Ein rein mechanisches Gasdruckthermometer benötigt für die Temperaturanzeige keine elektrische Hilfsenergie. Das ist ein Vorteil bei einfachen lokalen beziehungsweise entfernten mechanischen Anzeigen.
Wie lang kann eine Kapillarleitung eines Gasdruckthermometers sein?
Die maximal mögliche Länge hängt vom jeweiligen Hersteller und Gerätetyp ab. Beim WIKA Typ 73 sind je nach Ausführung Fernleitungen bis zu mehreren zehn Metern möglich. Die Leitung sollte dennoch nur so lang gewählt werden, wie es die Anlage tatsächlich erfordert.
Beeinflusst die Kapillarlänge die Messgenauigkeit?
Sie kann relevant sein, weil sich auch in der Kapillarleitung Messgas befindet. Je länger die Leitung und je stärker sich deren Umgebungstemperatur verändert, desto wichtiger wird der Umgebungseinfluss. Deshalb muss die Fernleitung zur Anwendung und zur geforderten Genauigkeit passen.
Darf eine Kapillarleitung gekürzt werden?
Nein, eine fertig gefüllte Fernleitung sollte nicht auf der Baustelle gekürzt werden. Fühler, Kapillare und Messfeder bilden ein geschlossenes Messsystem mit definierter Gasfüllung.
Darf die Kapillare gebogen werden?
Ja, jedoch nur unter Einhaltung des vom Hersteller angegebenen Mindestbiegeradius. Die Leitung darf nicht geknickt, gequetscht oder über scharfe Kanten geführt werden.
Kann ich überschüssige Kapillare aufrollen?
Eine kleine Montagereserve kann in ausreichend großen, spannungsfreien Bögen geführt werden. Sehr enge Wicklungen sind zu vermeiden. Besser ist es, die Fernleitung bereits bei der Bestellung möglichst passend zum tatsächlichen Verlegeweg auszulegen.
Darf die Kapillarleitung neben einer heißen Rohrleitung verlegt werden?
Wenn möglich, sollte eine dauerhaft starke zusätzliche Erwärmung vermieden werden. Die Kapillarleitung ist Bestandteil des gasgefüllten Messsystems, sodass starke und wechselnde Umgebungstemperaturen insbesondere bei langen Fernleitungen berücksichtigt werden müssen.
Warum zeigt das Thermometer trotz korrekter Kalibrierung zu wenig Temperatur an?
Eine häufige Ursache ist eine zu geringe Eintauchtiefe. Wird der aktive Fühlerbereich nicht ausreichend vom Prozessmedium erwärmt, kann Wärme über den Tauchschaft und Prozessanschluss an die Umgebung abgeführt werden.
Wie tief muss der Fühler eingebaut werden?
Der aktive beziehungsweise temperaturempfindliche Bereich sollte möglichst vollständig der zu messenden Temperatur ausgesetzt sein. Die konkrete Mindest-Eintauchtiefe hängt von Fühlerdurchmesser, Messbereich und Anschlussausführung ab und ist den Gerätedaten zu entnehmen.
Verlangsamt ein Schutzrohr die Temperaturmessung?
Ja, ein Schutzrohr kann die Ansprechzeit verlängern, weil die Wärme zunächst durch das Schutzrohr und anschließend zum Fühler übertragen werden muss. Konstruktion, Wandstärke, Passung und Medium beeinflussen diesen Effekt.
Kann eine Fernleitung bei starken Vibrationen helfen?
Ja. Der Fühler kann an der vibrierenden Messstelle verbleiben, während das empfindlichere Anzeigegehäuse an einem vibrationsärmeren Ort montiert wird. Die Kapillarleitung selbst muss dabei ebenfalls mechanisch sicher geführt werden.
Was ist bei der Bestellung eines Gasdruckthermometers mit Fernleitung besonders wichtig?
Neben dem Temperaturbereich müssen insbesondere Fühlerabmessungen, Prozessanschluss, Einbaulänge, gewünschte Kapillarlänge, Montageort der Anzeige, Umgebungstemperaturen und gegebenenfalls ein mechanischer Schutz der Fernleitung festgelegt werden.