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 für eine solche Aufgabe grundsätzlich möglich. In vielen Maschinen und Prozessanlagen wird jedoch bewusst ein rein mechanisches Gasdruckthermometer mit Fernleitung eingesetzt.
Der Temperaturfühler befindet sich dabei direkt am Prozess, während das Anzeigegehäuse räumlich getrennt montiert wird. Beide Komponenten sind über eine dünne Kapillarleitung miteinander verbunden. Dadurch lässt sich die Temperatur auch dort mechanisch anzeigen, wo die eigentliche Messstelle schlecht zugänglich, sehr heiß oder stark vibrationsbelastet ist – und zwar ohne elektrische Hilfsenergie für die Anzeige.
Die Anwendung wirkt zunächst unkompliziert: Fühler am Prozess montieren, Kapillarleitung zur gewünschten Anzeigestelle führen und Gehäuse befestigen. In der Praxis entscheidet jedoch nicht allein der Temperaturbereich darüber, ob die Messstelle zuverlässig funktioniert. Die Fernleitung gehört zum eigentlichen Messsystem und kann deshalb nicht wie ein gewöhnliches Kabel beliebig verlegt, gekürzt oder nachträglich angepasst werden.
Kapillarlänge, Umgebungstemperatur entlang der Leitung, Temperatur am Anzeigegehäuse, zulässiger Biegeradius, mechanischer Schutz und Vibrationsbeanspruchung müssen bereits bei der Planung berücksichtigt werden. Ebenso wichtig sind Fühlerdurchmesser, aktive Fühlerlänge, Einbaustelle und Eintauchtiefe. Ein technisch einwandfreies Thermometer kann einen falschen Prozesswert anzeigen, wenn der Fühler beispielsweise nur wenige Millimeter in eine heiße Rohrleitung hineinragt und dadurch zu viel Wärme über den Prozessanschluss an die Umgebung verliert.
Auch ein Schutzrohr verändert die Messstelle. Es verbessert zwar die mechanische Sicherheit und ermöglicht häufig einen Fühlerwechsel ohne unmittelbares Öffnen des Prozesses, erzeugt aber eine zusätzliche thermische Barriere zwischen Medium und Fühler. Dadurch kann sich die Ansprechzeit deutlich verlängern.
Besonders sorgfältig muss die Kapillarleitung behandelt werden. Sie verbindet nicht lediglich zwei mechanische Bauteile, sondern enthält einen Teil des Messgases. Eine beschädigte oder gekürzte Fernleitung zerstört deshalb das geschlossene Messsystem. Auch große Temperaturunterschiede entlang einer sehr langen Kapillare können bei ungünstiger Auslegung die Messung beeinflussen.
Ein Gasdruckthermometer mit Fernleitung sollte deshalb als vollständiges Messsystem geplant werden. Messbereich, Fühler, Einbaulänge, Prozessanschluss, Kapillarlänge, Verlegeweg, Umgebungstemperaturen, mechanischer Schutz und Montageort der Anzeige müssen zusammenpassen.
Wie funktioniert ein Gasdruckthermometer?
Ein Gasdruckthermometer nutzt die temperaturabhängige Druckänderung eines eingeschlossenen Gases. Der Temperaturfühler beziehungsweise Tauchschaft, die Kapillarleitung und die Messfeder im Anzeigegehäuse bilden gemeinsam ein geschlossenes System, das mit einem geeigneten Gas gefüllt ist.
Ändert sich die Temperatur am Fühler, verändert sich der Druck innerhalb dieses geschlossenen Systems. Dieser Druck wirkt auf eine Rohr- beziehungsweise Messfeder im Anzeigegehäuse. Deren mechanische Bewegung wird über ein Zeigerwerk auf den Zeiger übertragen und als Temperaturwert auf dem Zifferblatt dargestellt.
Für die reine Temperaturanzeige wird damit keine elektrische Hilfsenergie benötigt. Das ist insbesondere bei einfachen industriellen Messstellen, abgelegenen Installationen oder Anwendungen interessant, bei denen bewusst eine rein mechanische Anzeige gewünscht wird.
| Bauteil | Aufgabe | Planungsrelevanter Einfluss |
|---|---|---|
| Temperaturfühler | nimmt die Prozesstemperatur auf | Durchmesser, aktive Länge, Einbaulage und Eintauchtiefe |
| Kapillarleitung | überträgt die Druckänderung zum Anzeigegehäuse | Länge, Temperatur, Biegeradius und mechanischer Schutz |
| Messfeder | wandelt den Gasdruck in eine mechanische Bewegung um | Umgebungsbedingungen am Anzeigegehäuse |
| Zeigerwerk und Zifferblatt | stellen die Temperatur mechanisch dar | Vibration, Ablesbarkeit und Montageort |
Ein wesentlicher Unterschied zu einem klassischen Bimetallthermometer besteht darin, dass Messelement und Anzeige räumlich getrennt werden können. Beim Bimetallthermometer befindet sich das temperaturempfindliche Element unmittelbar am Tauchschaft. Beim Gasdruckthermometer kann die temperaturabhängige Druckänderung dagegen über eine Fernleitung zu einem mehrere Meter entfernt montierten Anzeigeinstrument übertragen werden.
Welche Aufgabe hat die Kapillarleitung?
Die Kapillarleitung verbindet den Temperaturfühler mit der Messfeder im Anzeigegehäuse. Sie enthält dasselbe Messgas wie der Fühler und ist dadurch ein Bestandteil des eigentlichen Messsystems.
Der kleine Innendurchmesser der Kapillare ist konstruktiv wichtig. Das Gasvolumen innerhalb der Leitung soll im Verhältnis zum wirksamen Volumen des Fühlers möglichst klein bleiben, denn gemessen werden soll primär die Temperatur am Fühler und nicht eine mittlere Temperatur aus Fühler, Fernleitung und Messfeder.
Der Umgebungseinfluss kann durch die Konstruktion des Thermometers erheblich reduziert beziehungsweise kompensiert werden. Trotzdem sind Kapillarlänge und thermische Bedingungen nicht beliebig. Eine mehrere Meter lange Leitung, die teilweise durch einen 20 °C kalten Schaltschrank und anschließend unmittelbar an einer 100 °C heißen Leitung entlanggeführt wird, stellt andere Anforderungen als eine kurze Kapillare in einer weitgehend konstanten Umgebung.
Genau deshalb sollte die Fernleitung nicht erst während der Montage als nebensächliches Verbindungselement betrachtet werden.
Wie lang darf die Fernleitung sein?
Die maximal mögliche Kapillarlänge hängt vom konkreten Thermometertyp und seiner konstruktiven Ausführung ab. Bei industriellen Gasdruckthermometern sind durchaus mehrere Meter und bei entsprechenden Ausführungen auch deutlich längere Fernleitungen möglich.
Das bedeutet jedoch nicht, dass vorsorglich eine möglichst lange Leitung gewählt werden sollte. Die Kapillare sollte vielmehr nur so lang sein, wie es der tatsächliche Anlagenaufbau erfordert. Mit zunehmender Länge wächst nicht nur das thermisch beeinflusste Gasvolumen, sondern auch der Leitungsweg, der mechanisch geschützt und sauber befestigt werden muss.
Hinzu kommt das Risiko von Knickstellen, Scheuerstellen und ungünstiger Verlegung durch verschiedene Temperaturzonen. Eine unnötig lange Leitung erzeugt außerdem überschüssige Kapillare, die später in großen Bögen untergebracht werden muss.
| Planungsgröße | Zu berücksichtigen | Typischer Fehler |
|---|---|---|
| Direkter Abstand | räumliche Entfernung zwischen Fühler und Anzeige | nur die Luftlinie verwenden |
| Realer Leitungsweg | Bögen, Umgehungen und Maschinenkonstruktion | Montageweg unterschätzen |
| Montagereserve | kleine zusätzliche Länge für saubere Montage | entweder keine Reserve oder mehrere Meter Überschuss |
| Thermische Umgebung | heiße und kalte Leitungsabschnitte | kürzesten statt thermisch sinnvollsten Weg wählen |
| Mechanischer Schutz | Schutzummantelung und Befestigung | erst auf der Baustelle improvisieren |
Für die Bestellung sollte deshalb nicht nur der geometrische Abstand angegeben werden. Sinnvoll ist die Betrachtung realer Leitungsweg + Bögen + Montageweg + kleine Service-/Montagereserve.
Warum beeinflusst die Umgebungstemperatur die Messung?
Das Messgas befindet sich nicht ausschließlich im temperaturbeaufschlagten Fühler. Auch Kapillarleitung, Übergänge und Messfeder enthalten einen Teil der Gasfüllung. Verändert sich die Temperatur dieser Bereiche, verändert sich ebenfalls der Druck innerhalb des geschlossenen Systems.
Die Konstruktion industrieller Gasdruckthermometer ist darauf ausgelegt, diesen Umgebungseinfluss möglichst gering zu halten. Je größer jedoch das Gasvolumen außerhalb des eigentlichen Fühlers ist und je stärker dessen Temperatur variiert, desto wichtiger wird die thermische Umgebung.
Angenommen, der Fühler misst konstant 100 °C. Die erste Hälfte der Fernleitung befindet sich bei 20 °C, mehrere weitere Meter verlaufen jedoch dicht neben einer heißen Prozessleitung und erreichen dort etwa 80 °C. Die Kapillare wird damit erheblich zusätzlich erwärmt. Bei einer dafür ungünstigen beziehungsweise nicht ausreichend kompensierten Ausführung kann sich dies auf die Anzeige auswirken.
Besondere Aufmerksamkeit ist deshalb bei langen Fernleitungen, großen Temperaturunterschieden entlang der Strecke, extremen Umgebungstemperaturen am Anzeigegehäuse und hohen Genauigkeitsanforderungen erforderlich.
Den Verlegeweg der Kapillare richtig planen
Der kürzeste geometrische Weg zwischen Fühler und Anzeige ist nicht automatisch der beste Leitungsweg. Häufig ist eine etwas längere, thermisch und mechanisch günstigere Route die bessere Lösung.
Die Kapillarleitung sollte nach Möglichkeit nicht unmittelbar an Dampf-, Abgas- oder anderen heißen Prozessleitungen entlanggeführt werden. Ebenso ungünstig sind Bereiche in unmittelbarer Nähe von Öfen, Heizelementen oder stark erwärmten Maschinengehäusen.
Mechanisch sollte die Fernleitung nicht über scharfe Blechkanten, bewegliche Maschinenteile oder Wartungsbereiche geführt werden, in denen regelmäßig Werkzeuge oder Abdeckungen bewegt werden. Gleichzeitig muss sie für Inspektion und Montage ausreichend zugänglich bleiben.
Auch wechselnde solare Belastung kann relevant sein. Verläuft beispielsweise ein Teil der Kapillare dauerhaft im Schatten und ein anderer Bereich ungeschützt in starker Sonneneinstrahlung, entstehen zusätzliche und möglicherweise stark wechselnde Temperaturgradienten.
Biegeradius der Kapillarleitung beachten
Eine Kapillarleitung kann und muss in den meisten Installationen gebogen werden. Sie darf jedoch nicht geknickt werden. Der zulässige Mindestbiegeradius ist abhängig von der konkreten Kapillarausführung und einer eventuell vorhandenen Schutzummantelung.
Ein zu enger Bogen kann den Querschnitt des Kapillarrohrs verformen und eine lokale mechanische Schwachstelle erzeugen. Bei stärkerer Beschädigung kann das geschlossene Messsystem undicht werden und seine definierte Gasfüllung verlieren.
Eine solche Leitung lässt sich nicht wie ein elektrisches Kabel einfach durch Trennen und Wiederverbinden reparieren. Fühler, Kapillare und Messfeder bilden eine funktionale Einheit.
Bei der Montage sollten deshalb gleichmäßige, großzügige Bögen hergestellt und mehrfaches scharfes Nachbiegen vermieden werden. Die Herstellervorgabe zum Mindestbiegeradius ist verbindlich.
Kapillarleitung mechanisch schützen
Die dünne Kapillarleitung ist häufig mechanisch empfindlicher als das robuste Anzeigegehäuse oder der eigentliche Temperaturfühler. Besonders gefährdet ist sie in Wartungsbereichen, hinter beweglichen Abdeckungen, an Blechkanten oder dort, wo Werkzeuge und andere Gegenstände mit der Leitung in Kontakt kommen können.
In solchen Bereichen kann eine Schutzummantelung oder ein Spiralschutz sinnvoll sein. Dieser verbessert die mechanische Robustheit, beeinflusst aber gleichzeitig Außendurchmesser, Flexibilität und möglicherweise den erforderlichen Biegeradius.
Deshalb sollte ein benötigter mechanischer Schutz möglichst bereits bei der Bestellung vorgesehen werden. Eine nachträglich improvisierte Ummantelung kann die Leitung stärker belasten, als sie tatsächlich schützt.
Fernleitung richtig befestigen
Eine Kapillarleitung sollte über längere Strecken nicht frei und unkontrolliert hängen. Dauerhafte Eigenbewegungen und Vibrationen können insbesondere an den Übergangsstellen eine mechanische Belastung erzeugen.
Die Befestigung darf die dünne Kapillare jedoch nicht quetschen. Geeignete Halterungen führen die Leitung sicher, besitzen keine scharfen Kanten und üben nur den notwendigen mechanischen Halt aus.
Besondere Aufmerksamkeit verdienen die Übergänge vom Fühler zur Kapillare und von der Kapillare zum Anzeigegehäuse. An diesen Stellen sollten weder dauerhafte Zugkräfte noch starke Biege- oder Torsionsbeanspruchungen entstehen.
Auch thermische Längenänderungen sollten nicht vollständig blockiert werden. Eine fachgerechte Befestigung führt die Leitung kontrolliert, ohne sie starr einzuspannen.
Was tun mit überschüssiger Kapillarlänge?
Eine werkseitig gefüllte Kapillarleitung darf nicht einfach auf die gewünschte Länge gekürzt werden. Dadurch würde das geschlossene gasgefüllte Messsystem geöffnet und die Funktionsfähigkeit des Thermometers zerstört.
Eine kleinere Montagereserve muss deshalb durch die Leitungsführung aufgenommen werden. Dafür eignen sich große, spannungsfreie Bögen, bei denen der vorgeschriebene Mindestbiegeradius eingehalten wird.
Sehr enge Wicklungen sollten dagegen vermieden werden. Ebenso wenig sinnvoll ist es, vorsorglich mehrere Meter zusätzliche Leitung zu bestellen, die später lediglich aufgewickelt werden müssen.
Die technisch bessere Lösung ist eine Kapillarlänge, die möglichst genau auf den realen Verlegeweg mit einer vernünftigen Montagereserve abgestimmt wurde.
Fühlerposition richtig wählen
Auch eine perfekt geplante Fernleitung kann eine ungünstige Fühlerposition nicht kompensieren. Der Temperaturfühler muss die Temperatur genau des Mediums beziehungsweise Prozessbereiches erfassen, der tatsächlich von Interesse ist.
In einer Rohrleitung sollte der aktive Fühlerbereich deshalb möglichst weit in die repräsentative Strömungszone hineinragen. Ein Einbau unmittelbar an der Rohrwand kann je nach Prozess einen anderen Wert liefern als die Temperatur in der Rohrmitte.
Auch Toträume, Bereiche mit sehr geringer Strömung oder Positionen direkt hinter einer Einmischstelle können ungeeignet sein. Dort ist das Medium möglicherweise noch nicht homogen durchmischt oder besitzt lokale Temperaturgradienten.
Die richtige Einbaustelle ist deshalb immer eine prozesstechnische Entscheidung und nicht lediglich eine Frage des verfügbaren Anschlussgewindes.
Ausreichende Eintauchtiefe sicherstellen
Der Temperaturfühler besitzt einen thermisch wirksamen Bereich. Dieser sollte möglichst vollständig der tatsächlich zu messenden Temperatur ausgesetzt sein. Wird nur ein kleiner Teil des Fühlers in das Medium eingebracht, entsteht ein zusätzlicher Wärmefluss über den Tauchschaft und den Prozessanschluss zur Umgebung.
Angenommen, eine Flüssigkeit besitzt eine Temperatur von 180 °C. Der Fühler ragt jedoch nur wenige Millimeter in die Rohrleitung hinein, während Rohrwand, Prozessanschluss und Umgebung deutlich kühler sind. Über das Metall des Fühlers wird dann Wärme aus dem Messbereich abgeführt.
Die Anzeige kann dadurch deutlich unter der tatsächlichen Mediumtemperatur liegen, obwohl das Thermometer selbst vollkommen korrekt arbeitet.
| Einfluss | Bei ungünstiger Auslegung | Mögliche Folge |
|---|---|---|
| Zu geringe Eintauchtiefe | aktiver Fühlerbereich nicht vollständig im Prozess | Messwert wird in Richtung Umgebungstemperatur verfälscht |
| Massiver Prozessanschluss | starke Wärmeableitung | zu niedrige oder zu hohe Anzeige |
| Geringe Strömung | schlechter Wärmeübergang zum Fühler | langsame und möglicherweise verfälschte Messung |
| Großer Schutzrohr-Luftspalt | schlechter thermischer Kontakt | lange Ansprechzeit |
| Fühler ungünstig an Rohrwand | lokale Wandtemperatur dominiert | nicht repräsentativer Prozesswert |
Die erforderliche Eintauchtiefe hängt unter anderem von Fühlerdurchmesser, Fühlerkonstruktion, Temperaturbereich, Prozessanschluss und einem eventuell verwendeten Schutzrohr ab.
Wärmeableitungsfehler vermeiden
Wärmeableitung gehört zu den wichtigsten Montageeinflüssen bei mechanischen Temperaturmessungen. Sie entsteht immer dann, wenn über Fühler, Tauchschaft oder Prozessanschluss Wärme zwischen Prozess und Umgebung übertragen wird.
Besonders problematisch sind kurze Einbaulängen in kleinen Rohrleitungen, große Temperaturunterschiede zwischen Prozess und Umgebung, massive metallische Anschlüsse und geringe Strömungsgeschwindigkeiten. Unter solchen Bedingungen kann die Temperatur am aktiven Fühlerbereich deutlich von der eigentlichen Mediumtemperatur abweichen.
Eine größere Eintauchtiefe verbessert häufig die thermische Kopplung zum Prozess. In kleinen Rohrleitungen kann – sofern mechanisch und prozesstechnisch zulässig – auch ein schräger Einbau, ein Einbau in einem Rohrbogen oder eine Position entgegen der Strömungsrichtung sinnvoll sein.
Ziel ist immer, dass der temperaturempfindliche Bereich möglichst vollständig vom Medium umströmt beziehungsweise thermisch von diesem bestimmt wird.
Einfluss eines Schutzrohres
In vielen Industrieanlagen wird der Temperaturfühler nicht direkt in das Prozessmedium eingebaut, sondern in ein Schutzrohr eingesetzt. Das bietet erhebliche mechanische und betriebliche Vorteile. Der Fühler kann beispielsweise gewechselt werden, ohne den Prozess unmittelbar zu öffnen, und wird besser gegen Prozessdruck, Strömungskräfte oder aggressive Medien geschützt.
Thermisch entsteht jedoch eine zusätzliche Barriere. Die Wärme muss zunächst vom Medium auf das Schutzrohr und anschließend vom Schutzrohr auf den Temperaturfühler übertragen werden. Dadurch erhöht sich die thermische Masse und die Messung reagiert langsamer auf schnelle Temperaturänderungen.
Fühler- und Schutzrohrdurchmesser sollten deshalb aufeinander abgestimmt sein. Ein unnötig großer Luftspalt verschlechtert den Wärmeübergang zusätzlich. Auch Schutzrohrwandstärke, Werkstoff, Einbaulänge und Strömungsverhältnisse beeinflussen die Reaktionszeit.
Ein Schutzrohr sollte deshalb nicht ausschließlich anhand des passenden Prozessgewindes ausgewählt werden. Mechanische Festigkeit und thermisches Verhalten müssen gemeinsam betrachtet werden.
Was beeinflusst die Ansprechzeit?
Ein mechanisches Thermometer reagiert nicht augenblicklich auf eine Temperaturänderung. Die Ansprechzeit wird vom gesamten Wärmeübertragungsweg zwischen Prozessmedium und temperaturempfindlichem Bereich bestimmt.
Ein dünner Fühler, der direkt von einer schnell strömenden Flüssigkeit umgeben ist, kann vergleichsweise schnell reagieren. Ein massives Schutzrohr in langsam strömender Luft besitzt dagegen eine wesentlich größere thermische Trägheit.
Neben Fühlerdurchmesser und Masse spielen deshalb Medium, Strömungsgeschwindigkeit, Schutzrohrkonstruktion und Wärmeübergang eine wichtige Rolle.
Bei einer trägen Anzeige sollte daher nicht automatisch eine lange Kapillarleitung als Hauptursache angenommen werden. Häufig ist der thermische Aufbau an der eigentlichen Messstelle wesentlich entscheidender.
Anzeigegehäuse richtig montieren
Der wesentliche Vorteil einer Fernleitung besteht darin, dass das Anzeigegehäuse unabhängig von der eigentlichen Messstelle positioniert werden kann. Diese Möglichkeit sollte konstruktiv genutzt werden.
Das Gehäuse sollte an einem gut ablesbaren und zugänglichen Ort montiert werden, der gleichzeitig möglichst moderate Umgebungstemperaturen und geringe Vibrationen aufweist. Eine stabile mechanische Befestigung ist ebenfalls wichtig für eine zuverlässige Zeigeranzeige.
Es wäre beispielsweise wenig sinnvoll, ein Fernthermometer zu verwenden und das Anzeigegehäuse anschließend direkt oberhalb einer stark erhitzten Dampfleitung zu montieren. Die Fernleitung ermöglicht gerade, einen thermisch und mechanisch besseren Montageort zu wählen.
Vibrationen und Fernleitung
Starke Vibrationen können das mechanische Zeigerwerk eines Thermometers dauerhaft beanspruchen. Eine Fernleitung ermöglicht es, Fühler und Anzeige voneinander zu trennen und damit das empfindlichere Anzeigegehäuse aus einem vibrationsreichen Bereich herauszunehmen.
Der Fühler kann beispielsweise an einer Pumpe, einem Kompressor, Motor oder einer vibrierenden Rohrleitung montiert sein, während die Anzeige an einem separaten Halter beziehungsweise Schaltschrank sitzt.
Die Kapillarleitung selbst darf dabei jedoch nicht vergessen werden. Ein frei schwingender Leitungsabschnitt unmittelbar am Fühler oder am Gehäuse erzeugt wiederholte Biegebeanspruchungen an genau den besonders empfindlichen Übergangsstellen.
Auch bei vibrationsbelasteten Anwendungen ist deshalb eine mechanisch sichere und gleichzeitig spannungsarme Leitungsführung erforderlich.
Kapillarlänge bereits bei der Bestellung festlegen
Die Fernleitung eines Gasdruckthermometers ist kein gewöhnliches Zubehörteil, das auf der Baustelle beliebig angepasst werden kann. Sie ist Bestandteil des geschlossenen Messsystems. Deshalb sollten die wesentlichen mechanischen, thermischen und prozesstechnischen Daten bereits vor der Bestellung feststehen.
- Mess- beziehungsweise Anzeigebereich festlegen.
- Normale und maximale Prozesstemperatur bestimmen.
- Prozessmedium und Prozessanschluss festlegen.
- Geeigneten Fühlerdurchmesser und erforderliche Einbaulänge bestimmen.
- Position des Anzeigegehäuses definieren.
- Realen Leitungsweg zwischen Fühler und Anzeige vermessen.
- Notwendige Kapillarlänge einschließlich sinnvoller Montagereserve bestimmen.
- Umgebungstemperaturen am Anzeigegehäuse und entlang der Fernleitung bewerten.
- Notwendigen mechanischen Schutz der Kapillare festlegen.
- Vibrationsbeanspruchung an Fühler, Leitung und Gehäuse berücksichtigen.
- Prüfen, ob ein Schutzrohr benötigt wird und welche Abmessungen erforderlich sind.
Eine passende Kapillarlänge wird geplant und bestellt. Sie sollte nicht erst während der Montage durch Kürzen oder improvisierte enge Wicklungen an die Anlage 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 liegt hinter einer Maschinenverkleidung und ist während des Betriebes nur schwer zugänglich. Die Anzeige soll deshalb auf der Bedienseite der Anlage montiert werden.
Der direkte geometrische Abstand zwischen Messstelle und Anzeigetafel beträgt ungefähr 6 m. Eine Leitung kann jedoch nicht geradlinig verlegt werden. Sie muss zunächst nach oben geführt, anschließend einen Maschinenbereich umgehen und erst danach zur Schalttafel geführt werden. Der reale Leitungsweg beträgt dadurch etwa 7,5 m.
Für die Bestellung wird nicht einfach eine wesentlich längere Standardleitung gewählt. Stattdessen wird die tatsächliche Strecke mit einer kleinen Montagereserve angesetzt.
Bei der Leitungsplanung zeigt sich außerdem, dass der zunächst vorgesehene Weg mehrere Meter parallel zu einer heißen Dampfleitung verlaufen würde. Die Kapillare wird deshalb mit ausreichendem Abstand auf einer thermisch günstigeren Route geführt.
Im Bereich einer Wartungsöffnung besteht dagegen ein erhöhtes Risiko mechanischer Beschädigung. Dort wird eine geschützte Ausführung beziehungsweise eine geeignete mechanische Führung vorgesehen.
Der Fühler wird so eingebaut, dass sein aktiver Bereich ausreichend tief in die Flüssigkeitsströmung hineinragt. Das Anzeigegehäuse sitzt an einem gut ablesbaren, vibrationsarmen und thermisch moderaten Montageort.
Damit wird der eigentliche Vorteil des Fernthermometers vollständig genutzt: Die Temperatur wird direkt im Prozess erfasst, während die Anzeige an einer sicher zugänglichen und für das Instrument günstigeren Position sitzt.
Messabweichung systematisch eingrenzen
Zeigt ein Gasdruckthermometer mit Fernleitung einen unerwarteten Temperaturwert, sollte nicht automatisch von einer veränderten Kalibrierung oder einem defekten Instrument ausgegangen werden. Zunächst muss die gesamte Messstelle betrachtet werden.
Als erster Schritt sollte mit einem geeigneten Referenzthermometer geprüft werden, welche Temperatur am tatsächlichen Fühlerort vorliegt. Danach wird kontrolliert, ob der Fühler ausreichend tief eingebaut ist und sein aktiver Bereich tatsächlich von dem Medium umgeben wird, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Bei Verwendung eines Schutzrohres ist zu prüfen, ob der Fühler vollständig eingeschoben ist und ob ein übermäßig großer Luftspalt zwischen Fühler und Schutzrohr besteht. Anschließend wird die Kapillarleitung auf Knickstellen, Quetschungen, Scheuerstellen und ungewöhnlich enge Biegeradien untersucht.
Ebenso relevant sind thermisch auffällige Leitungsabschnitte. Verläuft ein Teil der Kapillare inzwischen unmittelbar an einer heißen Leitung oder einer anderen Wärmequelle, kann sich die Umgebung gegenüber der ursprünglichen Planung verändert haben.
Danach folgt die Kontrolle des Anzeigegehäuses. Es sollte sich innerhalb der zulässigen Umgebungsbedingungen befinden und keiner unnötigen Vibrations- oder Wärmebelastung ausgesetzt sein.
Bleibt die Abweichung unter kontrollierten Bedingungen bestehen, kann die komplette Thermometereinheit gegen eine geeignete Temperaturreferenz geprüft werden. Fühler, Kapillare und Messfeder sollten dabei als zusammengehöriges Messsystem betrachtet werden.
Häufige Planungs- und Montagefehler
- Fernleitung nur nach Luftlinie bestellen: Der tatsächliche Montageweg mit Bögen und Umgehungen ist länger.
- Unnötig lange Kapillare wählen: Große überschüssige Leitungslängen müssen anschließend thermisch und mechanisch ungünstig untergebracht werden.
- Kapillare auf der Baustelle kürzen: Dadurch wird das geschlossene gasgefüllte Messsystem geöffnet.
- Zu kleinen Biegeradius verwenden: Das Kapillarrohr kann verformt oder dauerhaft beschädigt werden.
- Kapillarleitung knicken: Ein solcher Schaden lässt sich nicht wie bei einem gewöhnlichen Kabel einfach reparieren.
- Fernleitung direkt an einer heißen Rohrleitung führen: Die Kapillare wird unnötig stark thermisch beeinflusst.
- Kapillare ungeschützt durch Wartungsbereiche führen: Mechanische Beschädigungen durch Werkzeuge oder Abdeckungen werden wahrscheinlicher.
- Leitung zu fest befestigen: Die Halterung kann die dünne Kapillare quetschen oder lokale Spannungen erzeugen.
- Fühler zu wenig eintauchen: Wärmeableitung über Tauchschaft und Anschluss verfälscht den Messwert.
- Nur die Fühlerspitze in den Prozess bringen: Der gesamte aktive Fühlerbereich erreicht nicht die tatsächliche Prozesstemperatur.
- Zu großes Schutzrohr beziehungsweise zu großen Luftspalt verwenden: Die thermische Reaktion wird unnötig langsam.
- Anzeige direkt an einer Vibrationsquelle montieren: Der konstruktive Vorteil der Fernleitung wird nicht genutzt.
- Umgebungstemperatur entlang der Kapillare ignorieren: Besonders lange Fernleitungen können dadurch stärker beeinflusst werden.
- Eine träge Messung automatisch der Fernleitung zuschreiben: Häufig sind Fühler, Schutzrohr und Wärmeübergang die entscheidenderen Ursachen.
Passendes Gasdruckthermometer
Für industrielle mechanische Temperaturmessungen mit räumlich getrennter Anzeige bietet sich beispielsweise das WIKA Typ 73 Gasdruckthermometer in der Ausführung F73 mit Fernleitung an. Das Gerät ist für industrielle Anwendungen ausgelegt, bei denen Temperaturfühler und Anzeige nicht unmittelbar am selben Ort montiert werden können.
| Merkmal | Bedeutung für die Anwendung |
|---|---|
| Mechanisches Messprinzip | Temperaturanzeige ohne elektrische Hilfsenergie |
| Fernleitung | räumliche Trennung von Fühler und Anzeige möglich |
| Verschiedene Kapillarlängen | Anpassung an den tatsächlichen Verlegeweg |
| Unterschiedliche Prozessanschlüsse | Anpassung an Rohrleitung, Behälter oder Schutzrohr |
| Verschiedene Fühlerabmessungen | Anpassung von Einbaulänge und thermischem Verhalten |
| Optionaler Schutz der Fernleitung | verbesserte mechanische Robustheit in industrieller Umgebung |
| Edelstahlausführung | geeignet für anspruchsvolle industrielle Einsatzbedingungen |
Die konkrete Ausführung sollte anhand von Messbereich, Prozessanschluss, Einbaustelle, benötigter Kapillarlänge sowie den thermischen und mechanischen Umgebungsbedingungen festgelegt werden. Gerade bei längeren Fernleitungen ist eine applikationsbezogene Auswahl sinnvoll.
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 an einem räumlich vom eigentlichen Prozess getrennten Ort. Dadurch kann der Temperaturfühler unmittelbar an einer heißen, schwer zugänglichen oder vibrationsbelasteten Messstelle verbleiben, während das Anzeigegehäuse an einer gut ablesbaren und mechanisch günstigeren Position montiert wird.
Die Kapillarleitung ist dabei jedoch kein gewöhnliches Verbindungskabel. Sie enthält einen Teil der Gasfüllung und gehört zum geschlossenen Messsystem. Länge, thermische Belastung, Mindestbiegeradius, Befestigung und mechanischer Schutz müssen deshalb von Anfang an berücksichtigt werden.
Eine unnötig lange Fernleitung bringt in der Praxis kaum Vorteile. Sie erzeugt vielmehr zusätzliches thermisch beeinflusstes Gasvolumen und einen längeren mechanisch zu schützenden Leitungsweg. Die Kapillare sollte deshalb möglichst genau nach dem tatsächlichen Verlegeweg ausgewählt werden.
Für die Messqualität ist der Fühlereinbau mindestens ebenso wichtig. Eine zu geringe Eintauchtiefe kann durch Wärmeableitung erhebliche Abweichungen verursachen. Bei einem Schutzrohr kommen zusätzlich dessen thermische Masse, Passung und Luftspalte zwischen Schutzrohr und Fühler hinzu.
Auch eine langsame Anzeige ist nicht automatisch auf die Länge der Kapillare zurückzuführen. Fühlerdurchmesser, Schutzrohrkonstruktion, Strömungsgeschwindigkeit und Wärmeübergang bestimmen die Dynamik der Messstelle häufig wesentlich stärker.
Eine zuverlässige Messstelle entsteht deshalb nicht allein durch die Auswahl des richtigen Temperaturbereichs. Entscheidend ist das vollständige System aus Fühler, Eintauchtiefe, Prozessanschluss, Kapillarlänge, Verlegeweg, thermischer Umgebung, mechanischem Schutz, Schutzrohr 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 Druck wirkt auf die Messfeder im Anzeigegehäuse und wird über ein Zeigerwerk als Temperatur angezeigt.
Benötigt ein Gasdruckthermometer eine Spannungsversorgung?
Ein rein mechanisches Gasdruckthermometer benötigt für die eigentliche Temperaturanzeige keine elektrische Hilfsenergie.
Wie lang kann die Kapillarleitung eines Gasdruckthermometers sein?
Die maximal mögliche Länge hängt vom Hersteller, Gerätetyp und der jeweiligen Ausführung ab. Bei industriellen Gasdruckthermometern sind auch lange Fernleitungen möglich. Die Leitung sollte jedoch nur so lang gewählt werden, wie es der reale Anlagenaufbau tatsächlich erfordert.
Beeinflusst die Kapillarlänge die Messgenauigkeit?
Die Kapillarlänge kann relevant sein, weil sich auch innerhalb der Fernleitung Messgas befindet. Je länger die Kapillare ist und je stärker sich ihre Umgebungstemperatur verändert, desto wichtiger wird die konstruktive Kompensation beziehungsweise die applikationsgerechte Auslegung.
Darf eine Kapillarleitung gekürzt werden?
Eine werkseitig gefüllte Kapillarleitung darf nicht einfach auf der Baustelle gekürzt werden. Fühler, Kapillare und Messfeder bilden ein geschlossenes Messsystem mit definierter Gasfüllung.
Darf die Kapillare gebogen werden?
Ja. Der vom Hersteller angegebene Mindestbiegeradius muss jedoch eingehalten werden. Die Leitung darf nicht geknickt, gequetscht oder scharf über Kanten geführt werden.
Kann überschüssige Kapillarleitung aufgerollt werden?
Eine kleinere Montagereserve kann in großen, spannungsfreien Bögen geführt werden. Sehr enge Wicklungen sollten vermieden werden. Besser ist eine bereits bei der Bestellung möglichst passend dimensionierte Fernleitung.
Darf die Kapillarleitung neben einer heißen Rohrleitung verlegt werden?
Eine starke zusätzliche Erwärmung sollte möglichst vermieden werden. Die Fernleitung enthält Messgas und ist Bestandteil des Messsystems. Große beziehungsweise stark wechselnde Umgebungstemperaturen müssen insbesondere bei langen Kapillaren berücksichtigt werden.
Warum zeigt das Thermometer trotz korrekter Kalibrierung zu wenig Temperatur an?
Eine mögliche Ursache ist eine zu geringe Eintauchtiefe. Wird der temperaturempfindliche Bereich nicht ausreichend vom Prozessmedium erwärmt, kann über Tauchschaft und Prozessanschluss Wärme an die kühlere 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 erforderliche Mindest-Eintauchtiefe hängt unter anderem von Fühlerdurchmesser, Konstruktion, Messbereich und Einbausituation ab.
Verlangsamt ein Schutzrohr die Temperaturmessung?
Ja. Die Wärme muss zunächst vom Prozessmedium durch das Schutzrohr und anschließend zum Fühler gelangen. Schutzrohrkonstruktion, Wandstärke, Passung, Medium und Strömungsverhältnisse beeinflussen deshalb die Ansprechzeit.
Kann eine Fernleitung bei starken Vibrationen helfen?
Ja. Der Fühler kann an der vibrationsbelasteten Messstelle verbleiben, während das empfindlichere Anzeigegehäuse an einem ruhigeren Ort montiert wird. Die Kapillarleitung selbst muss dabei ebenfalls vibrationssicher geführt werden.
Was ist bei der Bestellung eines Gasdruckthermometers mit Fernleitung besonders wichtig?
Neben dem Temperaturbereich sollten insbesondere Prozessanschluss, Fühlerdurchmesser, Einbaulänge, tatsächlicher Verlegeweg, benötigte Kapillarlänge, Montageort der Anzeige, Umgebungstemperaturen, Vibrationsbeanspruchung und gegebenenfalls der mechanische Schutz der Fernleitung festgelegt werden.