Mantelthermoelemente werden in Öfen, Maschinen, Prozessanlagen, Prüfständen, Abgaskanälen, Werkzeugen und vielen weiteren industriellen Anwendungen eingesetzt. Sie sind kompakt, temperaturbeständig, mechanisch vergleichsweise robust und können aufgrund ihrer mineralisolierten Bauweise häufig auch bei Vibrationen und an schwer zugänglichen Messstellen verwendet werden.
Bei der Auswahl wird jedoch oft nur auf den Thermoelementtyp und die maximal zulässige Temperatur geachtet. Diese beiden Angaben reichen nicht aus. Ein Thermoelement Typ K mit 1 mm Manteldurchmesser verhält sich im Prozess völlig anders als ein Sensor desselben Typs mit 6 mm Durchmesser. Die dünne Ausführung reagiert schneller und lässt sich leichter verlegen, besitzt aber weniger mechanische Reserven. Der größere Durchmesser ist robuster, benötigt jedoch mehr Zeit, um einer Temperaturänderung zu folgen.
Zusätzlich beeinflussen die Ausführung der Messstelle, der Mantelwerkstoff, die Eintauchtiefe, der Prozessanschluss, der Einbauwinkel und ein eventuell vorhandenes Schutzrohr das Messergebnis. Auch der Biegeradius darf nicht unterschätzt werden. Eine mineralisolierte Leitung ist zwar formbar, darf aber nicht beliebig scharf, mehrfach oder direkt an der Messspitze gebogen werden.
Dieser Beitrag erklärt den Aufbau eines Mantelthermoelements, vergleicht typische Manteldurchmesser, zeigt die Unterschiede zwischen geerdeter und isolierter Messstelle und erläutert, worauf bei Biegung, Prozessanschluss, Leitungslänge und mechanischer Belastung zu achten ist.
Inhaltsverzeichnis
- Warum der Temperaturbereich allein nicht genügt
- Wie ein Mantelthermoelement aufgebaut ist
- Den passenden Thermoelementtyp auswählen
- Welchen Einfluss der Manteldurchmesser hat
- Wie der Durchmesser die Ansprechzeit beeinflusst
- Geerdete, isolierte und freiliegende Messstellen
- Den Mantelwerkstoff passend zur Anwendung wählen
- Mantelthermoelement richtig biegen
- Eintauchtiefe und Wärmeableitung beachten
- Messung in Bohrungen und festen Körpern
- Prozessanschluss und Befestigung auswählen
- Direkte Messung oder zusätzliches Schutzrohr?
- Leitungslänge, Übergang und Anschlusskabel
- Vibration, Strömung und mechanische Belastung
- Elektrischer Anschluss und Kaltstellenkompensation
- Manteldurchmesser im direkten Vergleich
- Fachgerechter Einbau in der Praxis
- Typische Auswahl- und Einbaufehler
- Praxisbeispiel: Verzögerte Temperaturregelung im Industrieofen
- Inbetriebnahme und Funktionsprüfung
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen zu Mantelthermoelementen
Warum der Temperaturbereich allein nicht genügt
Der Thermoelementtyp legt fest, aus welchen beiden Thermowerkstoffen die Leiter bestehen und welche Thermospannungskennlinie verwendet wird. Er beeinflusst unter anderem den nutzbaren Temperaturbereich, die Empfindlichkeit, die Langzeitstabilität und die Eignung für bestimmte Atmosphären.
Der zulässige Einsatz eines vollständigen Mantelthermoelements wird jedoch nicht allein durch den Thermoelementtyp bestimmt. Auch der Durchmesser der Thermodrähte, der Mantelwerkstoff, die Prozessatmosphäre, die Einbaulage und die Dauer der Temperaturbelastung sind entscheidend.
Eine Temperaturangabe aus einer allgemeinen Vergleichstabelle ist deshalb nicht automatisch die zulässige Dauertemperatur jeder konkreten Sensorausführung. Ein sehr dünnes Mantelthermoelement kann zwar eine schnelle Reaktion ermöglichen, besitzt bei hohen Temperaturen aber weniger Materialreserve gegen Oxidation, Korrosion und mechanischen Verschleiß.
Hinzu kommen Bauteile außerhalb der eigentlichen mineralisolierten Strecke. Übergangshülse, Anschlussleitung, Steckverbinder, Kabelverschraubung und Anschlusskopf besitzen häufig deutlich niedrigere zulässige Temperaturen als der metallische Sensormantel. Diese Komponenten müssen außerhalb der heißen Zone liegen oder entsprechend ausgeführt werden.
Für eine fachgerechte Auswahl müssen daher mindestens Thermoelementtyp, Manteldurchmesser, Mantelwerkstoff, Messstellenart, Einbaulänge, Prozessanschluss und Anschlussausführung gemeinsam betrachtet werden.
Wie ein Mantelthermoelement aufgebaut ist
Ein Mantelthermoelement besteht im Kern aus zwei Thermodrähten unterschiedlicher Metalllegierungen. An der Messspitze sind diese Leiter miteinander verbunden. Durch den Seebeck-Effekt entsteht eine Thermospannung, die von der Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Vergleichsstelle abhängt.
Bei einer mineralisolierten Ausführung verlaufen die Thermodrähte innerhalb eines metallischen Außenmantels. Zwischen den Leitern sowie zwischen Leitern und Mantel befindet sich eine hoch verdichtete mineralische Isolierung, meist auf Basis eines keramischen Isolierstoffes.
Diese Konstruktion wird häufig als MI-Leitung bezeichnet. MI steht für „mineral insulated“. Im englischsprachigen Raum werden außerdem Bezeichnungen wie mineral-insulated metal-sheathed cable oder MIMS verwendet.
Der verdichtete Isolierstoff erfüllt mehrere Aufgaben. Er hält die Thermodrähte auf Abstand, isoliert sie elektrisch gegeneinander und gegenüber dem Mantel und unterstützt gleichzeitig die Wärmeübertragung von außen zur Messstelle.
Der metallische Mantel schützt die innenliegenden Leiter vor mechanischen Einwirkungen und – abhängig vom gewählten Werkstoff – vor Prozessatmosphäre, Oxidation und Korrosion. Die gesamte Leitung kann in verschiedenen Durchmessern hergestellt, auf eine definierte Länge zugeschnitten und teilweise in die erforderliche Form gebogen werden.
Am kalten Ende geht die MI-Leitung je nach Ausführung in eine Anschlussleitung, einen Steckverbinder, einen Anschlusskopf oder einen Transmitter über. Dieser Übergang ist häufig mit einer Hülse und einer Vergussmasse abgedichtet. Er gehört nicht zur frei formbaren Hochtemperaturstrecke und darf weder überhitzt noch mechanisch stark belastet werden.
Den passenden Thermoelementtyp auswählen
Für allgemeine industrielle Anwendungen wird häufig ein Thermoelement Typ K verwendet. Es bietet einen breiten Temperaturbereich und ist in zahlreichen Bauformen verfügbar. Für bestimmte Hochtemperatur- oder Langzeitanwendungen kann Typ N aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften eine interessante Alternative sein.
Typ J wird häufig in bestehenden Anlagen und in mittleren Temperaturbereichen eingesetzt. Seine Einsatzgrenzen und die Eignung der verwendeten Werkstoffe müssen insbesondere bei oxidierenden Atmosphären beachtet werden.
Typ T eignet sich besonders für niedrige Temperaturen und bestimmte Anwendungen in Labor, Kälte-, Lebensmittel- oder Verfahrenstechnik. Für sehr hohe Temperaturen werden Thermoelemente aus Edelmetallpaarungen wie Typ S, R oder B eingesetzt. Diese Sensoren besitzen jedoch häufig einen anderen konstruktiven Aufbau und sind nicht in jeder kleinen MI-Ausführung verfügbar.
Die Auswahl sollte nicht nur anhand der maximalen Prozesstemperatur erfolgen. Wichtig sind außerdem:
- kontinuierliche oder nur kurzzeitige Temperaturbelastung
- oxidierende, reduzierende oder inerte Atmosphäre
- mögliche schwefel-, kohlenstoff- oder wasserstoffhaltige Prozessbestandteile
- geforderte Toleranzklasse
- Alterungs- und Driftverhalten
- vorhandene Auswertegeräte und Anschlussleitungen
- Normbezug nach IEC 60584 oder einer anderen Spezifikation
Ein bereits vorhandener Eingang für Typ K darf nicht ohne Umparametrierung mit einem Thermoelement Typ J oder N verbunden werden. Die Thermospannungskennlinien unterscheiden sich. Ein falscher Eingangstyp führt daher zu erheblichen Messfehlern.
Welchen Einfluss der Manteldurchmesser hat
Der Manteldurchmesser ist eine der wichtigsten Größen bei der Auswahl. Er beeinflusst gleichzeitig die Ansprechzeit, mechanische Festigkeit, Formbarkeit, Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer.
Kleine Manteldurchmesser besitzen eine geringe thermische Masse. Dadurch kann die Messspitze einer Temperaturänderung schnell folgen. Sie lassen sich außerdem in kleinen Bohrungen, engen Kanälen und an schwer zugänglichen Stellen einsetzen.
Die geringere Materialstärke bedeutet jedoch auch weniger Widerstand gegen mechanische Belastung, Abrasion, Korrosion und hohe Strömungskräfte. Ein Sensor mit 0,5 oder 1 mm Durchmesser ist nicht für dieselben mechanischen Bedingungen geeignet wie ein Sensor mit 4,5 oder 6 mm Durchmesser.
Ein größerer Durchmesser erhöht die Stabilität und kann bei rauen Betriebsbedingungen eine längere Lebensdauer ermöglichen. Gleichzeitig nimmt die thermische Masse zu. Die Messstelle benötigt daher mehr Zeit, um sich an die Temperatur des Mediums anzupassen.
Die Wahl ist somit immer ein Kompromiss. Der kleinstmögliche Sensor ist nicht automatisch die beste Lösung. Ebenso ist der größte verfügbare Durchmesser nicht automatisch der robusteste Sensor für jede Anwendung, da ein großer Querschnitt stärkere Wärmeableitungsfehler verursachen und den Prozess mechanisch beeinflussen kann.
Wie der Durchmesser die Ansprechzeit beeinflusst
Die Ansprechzeit beschreibt, wie schnell ein Temperaturfühler einer Temperaturänderung folgt. Häufig werden dafür Werte wie t50, t63 oder t90 verwendet. Sie geben an, nach welcher Zeit der Sensor 50, 63 oder 90 Prozent der endgültigen Temperaturänderung erreicht.
Eine Ansprechzeit ist nie nur eine unveränderliche Eigenschaft des Sensors. Sie hängt auch vom Prüfmedium, der Strömungsgeschwindigkeit, der Temperaturdifferenz und der Einbausituation ab.
Ein Sensor reagiert in bewegtem Wasser normalerweise deutlich schneller als in ruhender Luft. Ein im Datenblatt angegebener Wert kann deshalb nicht ohne Weiteres auf einen Ofen, eine Rohrleitung oder eine Bohrung in einem Metallblock übertragen werden.
Grundsätzlich verkürzt ein kleinerer Manteldurchmesser die Reaktionszeit. Zusätzlich beeinflussen die Wandstärke des Mantels, die Lage der Messstelle und die Wärmeleitung zwischen Messstelle und Außenmantel das dynamische Verhalten.
Ein Schutzrohr kann den Geschwindigkeitsvorteil eines dünnen Mantelthermoelements stark reduzieren. Die Wärme muss dann zunächst das Schutzrohr, gegebenenfalls einen Luftspalt und anschließend den Mantel des Thermoelements durchdringen.
Auch eine zu große Bohrung in einem festen Körper verzögert die Messung. Der Luftspalt zwischen Sensor und Bohrungswand wirkt wie eine thermische Isolierung. Der Sensor misst dann stärker seine eigene Umgebung innerhalb der Bohrung als die tatsächliche Bauteiltemperatur.
Bei schnellen Regelprozessen sollte daher nicht nur ein möglichst dünner Sensor gewählt werden. Die gesamte thermische Messkette einschließlich Einbaustelle, Kontaktfläche und Schutzkonstruktion muss betrachtet werden.
Geerdete, isolierte und freiliegende Messstellen
Bei einem Mantelthermoelement kann die eigentliche Messstelle unterschiedlich mit dem metallischen Außenmantel verbunden sein. Die beiden wichtigsten Ausführungen sind die geerdete und die isolierte Messstelle.
Geerdete Messstelle
Bei einer geerdeten Messstelle ist die Verbindung der beiden Thermodrähte elektrisch und thermisch mit dem Boden beziehungsweise Mantel der Messspitze verbunden. Im Englischen wird diese Ausführung als grounded junction bezeichnet.
Durch den direkten thermischen Kontakt reagiert eine geerdete Messstelle typischerweise schneller als eine isolierte Ausführung mit identischem Durchmesser. Sie eignet sich daher gut für dynamische Messungen, bei denen eine schnelle Reaktion besonders wichtig ist.
Der metallische Mantel und die Messstelle besitzen jedoch dasselbe elektrische Potenzial. Ist der Mantel mit einer geerdeten Maschine oder Rohrleitung verbunden, kann dies Erdschleifen, Ausgleichsströme oder Störeinflüsse verursachen.
Ob eine geerdete Messstelle verwendet werden kann, hängt deshalb auch vom Eingang des Messgerätes, der galvanischen Trennung und dem Erdungskonzept der Anlage ab.
Isolierte Messstelle
Bei einer isolierten Messstelle ist die Verbindung der Thermodrähte innerhalb der mineralischen Isolierung vom Außenmantel getrennt. Diese Ausführung wird auch als ungeerdete oder ungrounded junction bezeichnet.
Die elektrische Trennung reduziert das Risiko von Erdschleifen und kann bei geerdeten Maschinen, elektrisch beheizten Anlagen, Frequenzumrichtern oder mehreren Messstellen an einem gemeinsamen Auswertegerät vorteilhaft sein.
Da die Wärme den Spalt beziehungsweise die Isolationsschicht zwischen Mantel und Messstelle überwinden muss, ist die Reaktion meist etwas langsamer als bei einer geerdeten Messstelle desselben Durchmessers.
Durch einen kleineren Manteldurchmesser kann dieser Geschwindigkeitsnachteil teilweise ausgeglichen werden. Die endgültige Auswahl muss jedoch sowohl das dynamische Verhalten als auch die elektrische Messsicherheit berücksichtigen.
Freiliegende Messstelle
Bei einer freiliegenden Messstelle befindet sich die Verbindungsstelle der Thermodrähte außerhalb des schützenden Mantels. Diese Bauform kann besonders schnell reagieren, ist jedoch mechanisch und chemisch kaum geschützt.
Sie eignet sich nur für Anwendungen, in denen keine hohen Drücke, aggressiven Medien, starken Strömungen oder mechanischen Berührungen auftreten. In industriellen Prozessanlagen ist sie daher deutlich seltener einsetzbar als geerdete oder isolierte Mantelspitzen.
| Messstellenart | Reaktionsverhalten | Elektrische Trennung | Typische Eignung |
|---|---|---|---|
| Geerdet | Schnell | Nein | Dynamische Messung bei beherrschtem Erdungskonzept |
| Isoliert | Etwas langsamer | Ja | Störbehaftete Anlagen, geerdete Bauteile und mehrere Messkanäle |
| Freiliegend | Sehr schnell | Je nach Aufbau | Saubere, trockene, drucklose und mechanisch unkritische Umgebung |
Den Mantelwerkstoff passend zur Anwendung wählen
Der metallische Mantel steht direkt mit dem Prozess oder der umgebenden Atmosphäre in Kontakt. Seine Eignung ist daher ebenso wichtig wie der Thermoelementtyp.
Edelstähle werden häufig bei moderaten bis erhöhten Temperaturen und in vielen allgemeinen Industrieanwendungen eingesetzt. Nickelbasislegierungen wie Alloy 600 beziehungsweise vergleichbare Werkstoffe bieten bei höheren Temperaturen und bestimmten korrosiven Atmosphären Vorteile.
Eine allgemeine Aussage zur Medienbeständigkeit ist jedoch nicht ausreichend. Die Eignung hängt von Medium, Konzentration, Temperatur, Druck, Strömungsgeschwindigkeit und Einwirkdauer ab.
Besonders kritisch können schwefelhaltige, reduzierende oder stark aufkohlende Atmosphären sein. Auch Chloride, Säuren, Laugen und heiße Verbrennungsgase können bestimmte Mantelwerkstoffe angreifen.
Bei abrasiven Medien ist nicht nur die chemische Beständigkeit zu bewerten. Partikel in hoher Strömungsgeschwindigkeit können einen dünnen Mantel mechanisch abtragen. In diesem Fall kann ein größerer Durchmesser, ein Schutzrohr oder eine veränderte Einbauposition erforderlich sein.
Die endgültige Werkstoffauswahl muss vom Anlagenbetreiber anhand der tatsächlichen Prozessbedingungen bestätigt werden. Eine allgemeine Beständigkeitstabelle kann eine applikationsbezogene Prüfung nicht ersetzen.
Mantelthermoelement richtig biegen
Mineralisolierte Mantelthermoelemente sind grundsätzlich formbar. Diese Eigenschaft erleichtert die Montage in engen Maschinen, an Öfen oder entlang gekrümmter Bauteile.
Formbar bedeutet jedoch nicht beliebig flexibel. Der zulässige Mindestbiegeradius ist vom Durchmesser, Mantelwerkstoff, Sensoraufbau und Hersteller abhängig. Typische Herstellerangaben liegen je nach Ausführung etwa beim Drei- bis Fünffachen des Manteldurchmessers.
Bei einem Manteldurchmesser von 3 mm kann ein erforderlicher Radius vom Fünffachen des Durchmessers beispielsweise 15 mm betragen. Der Radius beschreibt dabei nicht den Durchmesser der gesamten Biegung, sondern den Abstand vom Mittelpunkt des gedachten Kreisbogens bis zur Mitte der Leitung.
Entscheidend ist immer die Angabe im Datenblatt des konkreten Thermoelements. Ein allgemeiner Erfahrungswert darf nicht verwendet werden, wenn der Hersteller einen größeren Radius vorgibt.
Die Messspitze darf in der Regel nicht gebogen werden. Dort befindet sich die empfindliche Verbindungsstelle der Thermodrähte. Eine Verformung kann die Messstelle, die Isolation oder den Mantelboden beschädigen.
Auch der Übergang zwischen MI-Leitung und Anschlusskabel darf nicht gebogen oder als Hebelpunkt verwendet werden. In diesem Bereich befinden sich Dichtung, Verguss und die elektrische Verbindung zu den Anschlussleitern.
Die Biegung sollte mit einem geeigneten Radius und möglichst in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Wiederholtes Hin- und Herbiegen führt zu Kaltverfestigung und Materialermüdung. Selbst wenn der Mantel äußerlich unbeschädigt erscheint, können im Inneren Thermodrähte oder Isolationsabstände beeinträchtigt sein.
Ein bereits scharf geknicktes Thermoelement sollte nicht einfach zurückgebogen und weiterverwendet werden. Bei sicherheits- oder qualitätsrelevanten Messungen ist eine elektrische Prüfung beziehungsweise ein Austausch sinnvoll.
Eintauchtiefe und Wärmeableitung beachten
Ein Temperaturfühler misst nicht automatisch exakt die Temperatur des Mediums, nur weil seine Spitze in den Prozess hineinragt. Eine zu geringe Eintauchtiefe kann dazu führen, dass Wärme über den Mantel und Prozessanschluss nach außen abgeleitet wird.
Die Messspitze wird dann von der kühleren Umgebung, dem Anschlussgewinde oder der Behälterwand beeinflusst. Die Anzeige liegt beispielsweise unterhalb der tatsächlichen Gastemperatur in einem Ofen oder oberhalb der tatsächlichen Temperatur in einer Kälteanwendung.
Als allgemeine Orientierung werden häufig mehrere Manteldurchmesser Eintauchtiefe benötigt. Der tatsächlich erforderliche Wert hängt jedoch von Medium, Strömung, Temperaturdifferenz, Mantelwerkstoff und Einbaukonstruktion ab.
In Gasen ist meist eine größere Eintauchtiefe erforderlich als in Flüssigkeiten. Gase übertragen Wärme schlechter, sodass Wärmeableitung entlang des Sensors einen stärkeren Einfluss haben kann.
Bei Rohrleitungen sollte die Messspitze in einen Bereich mit repräsentativer Strömung reichen. Eine Montage unmittelbar an der Rohrwand kann zu einem Messwert führen, der stärker von der Wandtemperatur als von der Mediumstemperatur beeinflusst wird.
Gleichzeitig darf der Sensor nicht so weit in eine schnelle Strömung hineinragen, dass unzulässige Biegekräfte entstehen. Messqualität und mechanische Belastbarkeit müssen gemeinsam bewertet werden.
Messung in Bohrungen und festen Körpern
Mantelthermoelemente werden häufig in Bohrungen von Werkzeugen, Heizplatten, Formen, Lagern, Maschinengehäusen und Prüfblöcken eingesetzt.
Der Bohrungsdurchmesser sollte nur geringfügig größer als der Manteldurchmesser sein. Ein großer Luftspalt wirkt isolierend und verzögert die Wärmeübertragung.
Bei bestimmten Sensorausführungen empfehlen Hersteller, die Bohrung höchstens etwa 1 mm größer als den Fühlerdurchmesser auszuführen. Die konkrete Vorgabe des Sensors und des Bauteils ist jedoch maßgeblich.
Der Fühler sollte möglichst weit bis zum vorgesehenen Messpunkt eingeschoben werden. Liegt nur die Spitze an der Bohrungswand an, während der übrige Sensor frei im Hohlraum liegt, kann die Reaktion instabil und schlecht reproduzierbar sein.
Ein federnder Anpressmechanismus kann bei Oberflächen- oder Bohrungsmessungen den thermischen Kontakt verbessern. Dabei darf jedoch keine unzulässige Kraft auf die Messspitze ausgeübt werden.
Wärmeleitpaste kann in bestimmten Anwendungen den thermischen Kontakt verbessern. Ihre Temperaturbeständigkeit, elektrische Eigenschaft, Alterung und mögliche Verunreinigung des Prozesses müssen jedoch geprüft werden.
Prozessanschluss und Befestigung auswählen
Ein Mantelthermoelement kann ohne festen Prozessanschluss, mit Klemmverschraubung, Einschraubgewinde, Flansch, Bajonettverschluss oder einer kundenspezifischen Befestigung geliefert werden.
Eine glatte Ausführung ohne festen Anschluss lässt sich flexibel in eine vorhandene Bohrung oder Führung einführen. Sie benötigt jedoch eine separate Zugentlastung oder Befestigung.
Eine Klemmverschraubung ermöglicht die Einstellung der Einbaulänge. Je nach Ausführung kann sie mit Metallklemmring oder einem weicheren Dichtelement ausgestattet sein.
Metallische Schneid- oder Klemmringe können eine druckfeste Verbindung herstellen, verformen den Mantel jedoch teilweise dauerhaft. Nach dem Anziehen lässt sich die Einbaulänge häufig nicht mehr ohne Weiteres verändern.
Weichere Klemmringe können eine wiederholte Positionierung ermöglichen, besitzen jedoch meist geringere zulässige Druck- und Temperaturbereiche. Die konkrete Belastbarkeit der Verschraubung muss zum Prozess passen.
Bei einem festen Einschraubanschluss muss berücksichtigt werden, dass der gesamte Sensor beim Einschrauben gedreht wird. Ein bereits gebogener Sensor oder eine angeschlossene Leitung kann dadurch beschädigt werden.
Bei vorgebogenen Thermoelementen ist eine drehbare Verschraubung oder eine andere Montageform häufig besser geeignet als ein fest mit dem Mantel verbundener Gewindeanschluss.
Der Prozessanschluss muss außerdem gegen Druck, Temperatur und Medium geeignet sein. Ein für eine drucklose Ofenmessung geeigneter Anschluss darf nicht ohne Prüfung in einer druckbeaufschlagten Rohrleitung eingesetzt werden.
Direkte Messung oder zusätzliches Schutzrohr?
Ein direkt in das Medium eingebautes Mantelthermoelement bietet normalerweise eine kürzere Ansprechzeit. Die Prozesswärme gelangt unmittelbar über den dünnen Metallmantel zur Messstelle.
Das Thermoelement ist dabei jedoch direkt Druck, Strömung, Korrosion, Abrasion und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Bei einem Ausfall kann der Prozess gegebenenfalls geöffnet oder heruntergefahren werden müssen.
Ein zusätzliches Schutzrohr trennt den Fühler vom Prozess. Es erleichtert häufig den Austausch des Messeinsatzes und erhöht die mechanische sowie chemische Schutzwirkung.
Dafür entsteht eine zusätzliche thermische Masse. Zwischen Schutzrohr und Sensor kann außerdem ein Luftspalt vorhanden sein. Die Messung reagiert dadurch langsamer.
Ein dünnes Mantelthermoelement in einem massiven Schutzrohr reagiert deshalb nicht automatisch schnell. Das Schutzrohr bestimmt in diesem Aufbau häufig einen großen Teil des dynamischen Verhaltens.
Die Entscheidung sollte auf Basis von Druck, Strömung, Korrosion, Austauschbarkeit, erforderlicher Ansprechzeit und Sicherheitsanforderungen erfolgen. Bei Rohrleitungen und hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist zusätzlich eine Festigkeits- beziehungsweise Schwingungsberechnung des Schutzrohrs erforderlich.
Leitungslänge, Übergang und Anschlusskabel
Die Länge der mineralisolierten Strecke bestimmt, wie weit das Thermoelement in den Prozess geführt und außerhalb der heißen Zone verlegt werden kann.
Die Übergangshülse zum flexiblen Anschlusskabel muss außerhalb der für sie zulässigen Temperatur liegen. Wird sie zu nahe an einen Ofen, eine Heizplatte oder eine heiße Rohrleitung gesetzt, können Vergussmasse und Kabelisolierung vorzeitig altern.
Die Anschlussleitung muss zum Thermoelementtyp passen. Thermoleitungen und Ausgleichsleitungen besitzen definierte Werkstoffpaarungen. Eine gewöhnliche Kupferleitung darf nicht beliebig als Verlängerung zwischen Thermoelement und Auswertegerät eingesetzt werden.
Zusätzliche Materialübergänge erzeugen weitere thermische Kontaktstellen. Befinden sich diese Übergänge auf unterschiedlichen Temperaturen, können unerwünschte Thermospannungen und damit Messfehler entstehen.
Steckverbinder müssen ebenfalls zum Thermoelementtyp passen. Miniaturstecker für Typ K, J oder T können äußerlich ähnlich aussehen, besitzen aber unterschiedliche Kontaktwerkstoffe und Kennzeichnungen.
Bei langen Leitungswegen sind elektromagnetische Störungen zu berücksichtigen. Thermoelemente erzeugen nur kleine Spannungen im Millivoltbereich. Parallel verlegte Motorleitungen, Frequenzumrichterausgänge und Schützleitungen können deshalb erhebliche Störungen einkoppeln.
Geschirmte Leitungen, getrennte Kabelwege, geeignete Erdung und ein galvanisch getrennter Messumformer können die Störfestigkeit verbessern. Die Schirmanbindung muss zum Anlagenkonzept passen.
Vibration, Strömung und mechanische Belastung
Mineralisolierte Thermoelemente sind für viele vibrierende Industrieanwendungen gut geeignet. Dennoch sind sie keine beliebig belastbaren mechanischen Bauteile.
Ein langer, dünner Sensor kann in einer schnellen Gas- oder Flüssigkeitsströmung schwingen. Die wechselnde Biegebelastung konzentriert sich häufig am Prozessanschluss und kann dort zu Ermüdungsrissen führen.
Der freie, ungestützte Teil des Sensors sollte deshalb so kurz wie möglich gehalten werden. Bei Bedarf sind ein größerer Durchmesser, eine zusätzliche Führung oder ein geeignetes Schutzrohr zu verwenden.
Ein Sensor darf nicht als mechanischer Anschlag, Griff oder Führung für andere Komponenten genutzt werden. Auch das Anschlusskabel darf keine dauerhafte Zugkraft auf die Übergangshülse ausüben.
Bei bewegten Maschinenteilen muss geklärt werden, ob das Thermoelement nur einmal in Form gebracht oder während des Betriebs ständig bewegt wird. Eine MI-Leitung ist zwar formbar, aber nicht automatisch als dauerflexible Schleppkettenleitung geeignet.
Für wiederkehrende Bewegungen werden spezielle Konstruktionen, flexible Leitungen und mechanische Entlastungen benötigt.
Elektrischer Anschluss und Kaltstellenkompensation
Ein Thermoelement misst physikalisch die Temperaturdifferenz zwischen der heißen Messstelle und den Übergängen am kalten Leitungsende. Damit das Auswertegerät die tatsächliche Messtemperatur bestimmen kann, benötigt es eine Kaltstellenkompensation.
Moderne Temperaturanzeigen, Regler, SPS-Eingangsmodule und Transmitter besitzen häufig eine integrierte Kompensation. Dafür muss der Thermoelementtyp korrekt parametriert und der Anschluss entsprechend der vorgegebenen Polarität vorgenommen werden.
Eine vertauschte Polarität führt meist dazu, dass die Anzeige bei steigender Temperatur fällt oder einen deutlich falschen Wert liefert.
Die Farbkennzeichnung von Thermoleitungen unterscheidet sich je nach Normsystem. Eine Verdrahtung sollte deshalb nicht ausschließlich anhand einer aus einer anderen Norm bekannten Farbe erfolgen.
Bei isolierten Messstellen kann der Isolationswiderstand zwischen Thermodrähten und Mantel geprüft werden. Ein zu niedriger Wert kann auf Feuchtigkeit, Beschädigung oder eine thermische Überlastung des Sensors hinweisen.
Bei einer geerdeten Messstelle ist eine elektrische Verbindung zwischen Messstelle und Mantel konstruktiv vorgesehen. Eine Durchgangsmessung zum Mantel ist dort daher nicht automatisch ein Fehler.
Manteldurchmesser im direkten Vergleich
| Manteldurchmesser | Typisches Verhalten | Vorteile | Zu beachtende Punkte |
|---|---|---|---|
| Unter 1 mm | Sehr geringe thermische Masse | Sehr schnelle Reaktion, Einsatz in kleinsten Bohrungen | Sehr empfindlich gegen Knicken, Abrasion und mechanische Kräfte |
| Ca. 1 bis 2 mm | Schnelles Ansprechverhalten | Guter Kompromiss für dynamische Messungen und enge Einbauräume | Begrenzte mechanische Reserve bei langen freien Einbaulängen |
| Ca. 3 mm | Mittlere thermische Masse | Vielseitige Industrieausführung mit guter Formbarkeit | Reaktion langsamer als bei sehr dünnen Sensoren |
| Ca. 4,5 bis 6 mm | Höhere mechanische Stabilität | Geeignet für rauere Betriebsbedingungen und längere Einbaulängen | Größere Ansprechzeit und stärkere Wärmeableitung |
| Über 6 mm | Hohe Masse und Stabilität | Robuste Sonder- und Prozessausführungen | Deutlich träger, größerer Platzbedarf und höherer Einfluss auf den Prozess |
Die Einteilung ist eine allgemeine Orientierung. Die tatsächliche mechanische Belastbarkeit und Ansprechzeit hängen zusätzlich von Mantelwerkstoff, Wandstärke, Messstellenart, Einbaulänge und Prozessbedingungen ab.
Bei hoher Strömungsgeschwindigkeit kann ein kurzer Sensor mit 3 mm Durchmesser stabiler sein als ein sehr langer Sensor mit 6 mm Durchmesser. Die Geometrie der gesamten Messstelle ist daher wichtiger als der Durchmesser allein.
Fachgerechter Einbau in der Praxis
Vor der Montage sollten Typenschild, Thermoelementtyp, Manteldurchmesser, Einbaulänge und Prozessanschluss mit der Anlagenzeichnung verglichen werden.
Die Messspitze und der Mantel werden auf Quetschungen, scharfe Knicke, Risse oder Korrosionsspuren kontrolliert. Ein beschädigter Sensor sollte nicht in den Prozess eingebaut werden.
Muss das Thermoelement gebogen werden, wird zunächst der zulässige Radius aus dem Datenblatt ermittelt. Die Biegung erfolgt außerhalb von Messspitze und Übergangshülse mit einer geeigneten Vorrichtung oder einer gleichmäßigen Form.
Der Sensor wird anschließend ohne Gewalt in die Bohrung, Verschraubung oder das Schutzrohr eingeführt. Spürbarer Widerstand kann auf eine zu enge Bohrung, einen Grat, eine falsche Biegung oder einen beschädigten Mantel hinweisen.
Bei einer Klemmverschraubung wird die Einbaulänge vor dem endgültigen Anziehen kontrolliert. Das Anzugsmoment und die zulässige Druckbelastung richten sich nach der konkreten Verschraubung.
Die Übergangshülse und das Anschlusskabel werden außerhalb der heißen Zone positioniert. Das Kabel erhält eine Zugentlastung und wird getrennt von leistungsführenden Leitungen verlegt.
Nach dem Anschluss werden Polarität und Parametrierung kontrolliert. Bei einer vorsichtigen Erwärmung der Messspitze muss die Anzeige plausibel ansteigen.
Typische Auswahl- und Einbaufehler
| Fehler | Mögliche Folge | Bessere Vorgehensweise |
|---|---|---|
| Auswahl nur nach Maximaltemperatur | Zu träger, mechanisch ungeeigneter oder chemisch unbeständiger Sensor | Durchmesser, Werkstoff, Messstelle und Einbau gemeinsam auslegen |
| Sehr kleiner Durchmesser bei hoher Strömung | Schwingung, Verbiegung oder Ermüdungsbruch | Freie Länge reduzieren oder stabilere Ausführung verwenden |
| Zu großer Durchmesser für schnellen Prozess | Regelung reagiert verzögert und überschwingt | Dynamische Anforderungen und t90-Wert berücksichtigen |
| Sensor unter Mindestbiegeradius gebogen | Mantelriss, Leiterbruch oder schlechter Isolationswiderstand | Modellspezifischen Biegeradius einhalten |
| Biegung direkt an Messspitze | Beschädigung der Messstelle | Geraden Mindestbereich an der Spitze einhalten |
| Biegung an der Übergangshülse | Beschädigung von Verguss und Anschlussleitern | Übergangsbereich mechanisch entlasten |
| Geerdete Messstelle trotz Erdschleifen | Springende oder verschobene Temperaturwerte | Isolierte Messstelle oder galvanisch getrennte Auswertung prüfen |
| Zu geringe Eintauchtiefe | Wärmeableitungsfehler und falsche Temperaturanzeige | Repräsentativen Messpunkt und ausreichende Einbaulänge wählen |
| Bohrung deutlich größer als Fühler | Lange Ansprechzeit und schlecht reproduzierbarer Messwert | Bohrungsdurchmesser möglichst eng anpassen |
| Übergangshülse in der heißen Zone | Alterung der Vergussmasse und Ausfall der Anschlussleitung | Ausreichend lange metallische Strecke vorsehen |
| Falsche Ausgleichsleitung verwendet | Zusätzliche Thermospannungen und Messabweichungen | Leitung und Steckverbinder passend zum Thermoelementtyp auswählen |
Praxisbeispiel: Verzögerte Temperaturregelung im Industrieofen
In einem Industrieofen wird die Lufttemperatur mit einem Mantelthermoelement Typ K geregelt. Der ursprünglich eingesetzte Sensor besitzt einen Manteldurchmesser von 1,5 mm und eine geerdete Messstelle.
Nach mehreren mechanischen Beschädigungen wird der Sensor durch eine vermeintlich robustere Ausführung mit 6 mm Durchmesser ersetzt. Thermoelementtyp, Messbereich und Anschlussstecker bleiben gleich.
Nach dem Austausch fällt auf, dass die Ofenregelung bei schnellen Lastwechseln stärker überschwingt. Die Anzeige erreicht den neuen Temperaturwert deutlich später als die tatsächliche Ofenatmosphäre.
Elektrisch ist der Sensor einwandfrei. Die Ursache liegt im veränderten dynamischen Verhalten. Der größere Mantel besitzt eine erheblich höhere thermische Masse. Zusätzlich wurde die Ersatzversion mit isolierter Messstelle geliefert, während der ursprüngliche Sensor eine geerdete Messstelle besaß.
Die beiden Änderungen erhöhen zusammen die Ansprechzeit. Die Regelung erhält den tatsächlichen Temperaturanstieg verspätet und führt deshalb länger Heizleistung zu als erforderlich.
Eine Rückkehr zur extrem dünnen Ausführung würde das ursprüngliche mechanische Problem jedoch nicht lösen. Bei der Untersuchung zeigt sich, dass der Sensor weit in den Umluftstrom hineinragt und durch die Strömung zu Schwingungen angeregt wird.
Als Lösung wird ein Sensor mit mittlerem Manteldurchmesser, kurzer freier Einbaulänge und einer zum Erdungskonzept passenden Messstelle gewählt. Die Befestigung wird so verändert, dass die Sonde nicht mehr ungeschützt in den Hauptluftstrom hineinragt.
Nach dem Austausch wird das dynamische Verhalten erneut geprüft und die Regelung angepasst. Die Temperatur folgt nun ausreichend schnell, ohne dass der Sensor denselben mechanischen Belastungen wie zuvor ausgesetzt ist.
Das Beispiel zeigt, dass Ansprechzeit und Lebensdauer nicht getrennt betrachtet werden dürfen. Der richtige Sensor entsteht aus dem Zusammenspiel von Durchmesser, Messstelle, Einbaulänge und mechanischer Konstruktion.
Inbetriebnahme und Funktionsprüfung
Vor der Inbetriebnahme sollte zunächst der elektrische Durchgang des Thermoelements geprüft werden. Ein unterbrochener Stromkreis weist auf einen Leiterbruch oder eine nicht angeschlossene Messstelle hin.
Der Widerstandswert allein ist jedoch keine Kalibrierprüfung. Er hängt von Thermoelementtyp, Drahtdurchmesser und Länge ab und erlaubt keine direkte Aussage über die Temperaturgenauigkeit.
Bei einer isolierten Messstelle wird zusätzlich der Isolationswiderstand zwischen Thermodrähten und Außenmantel kontrolliert. Die Prüfspannung und der zulässige Mindestwert richten sich nach Sensor, Auswertegerät und Herstellerangaben.
Nach dem Anschluss wird die Polarität durch eine kontrollierte Erwärmung der Messspitze geprüft. Der angezeigte Wert muss in die erwartete Richtung reagieren.
Anschließend sollte der Sensor mit einer bekannten Temperaturreferenz verglichen werden. Je nach Genauigkeitsanforderung kann dies ein kalibriertes Bad, ein Trockenblockkalibrator, ein Referenzthermometer oder ein definierter Prozesszustand sein.
Bei der Bewertung ist zu beachten, dass die Vergleichssensoren tatsächlich dieselbe Temperatur erfassen. Unterschiedliche Eintauchtiefen oder Positionen können selbst in einem Kalibrierbad zu Abweichungen führen.
Nach der Montage im Prozess wird außerdem geprüft, ob die Anzeige bei Lastwechseln plausibel reagiert und ob elektrische Störungen, Schwingungen oder Wärmeableitung erkennbar sind.
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
In der Kategorie Thermoelemente stehen unterschiedliche Sensoren für Industrie, Maschinenbau, Ofentechnik, Labor und Prozessanlagen zur Verfügung.
Das Sortiment umfasst unter anderem mineralisolierte Mantelthermoelemente, Kabelthermoelemente, Einschraubfühler, Messeinsätze, Oberflächenfühler und Ausführungen mit Anschlusskopf.
Die ICS Thermoelemente können applikationsbezogen in unterschiedlichen Bauformen ausgeführt werden. Dazu gehören Mantelthermoelemente, Varianten mit Anschlusskopf, Messeinsätze, Sonderbauformen sowie Ausführungen für besondere Industrie- und Ex-Anforderungen.
Für eine belastbare Auslegung werden möglichst vollständige Angaben benötigt:
- Thermoelementtyp und gewünschte Toleranzklasse
- minimaler und maximaler Temperaturbereich
- Dauer- oder Kurzzeitbelastung
- Medium beziehungsweise Prozessatmosphäre
- gewünschter Manteldurchmesser
- Mantelwerkstoff
- geerdete oder isolierte Messstelle
- Einbaulänge und Gesamtlänge
- erforderliche Biegung und Biegeposition
- Prozessanschluss und Druck
- Anschlussleitung, Stecker oder Anschlusskopf
- mechanische Belastung durch Strömung oder Vibration
- Ex-Schutz, Zulassungen und Kalibrieranforderungen
Bei besonders kurzen Reaktionszeiten sollte nicht nur ein kleiner Durchmesser gefordert werden. Auch Messstellenart, Einbaulage, Schutzrohr und thermischer Kontakt müssen angegeben werden.
Bei mechanisch anspruchsvollen Anwendungen sollte anhand von Strömungsgeschwindigkeit, freier Einbaulänge und Befestigung geprüft werden, ob ein dünnes Mantelthermoelement dauerhaft geeignet ist oder eine stabilere Konstruktion benötigt wird.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl und Auslegung auf Basis der tatsächlichen Messstelle. Sonderlängen, definierte Biegungen, unterschiedliche Anschlussausführungen und kundenspezifische Prozessanschlüsse können je nach Ausführung berücksichtigt werden.
Fazit: Das richtige Mantelthermoelement ist immer ein technischer Kompromiss
Ein Mantelthermoelement darf nicht allein anhand des Thermoelementtyps und des maximalen Temperaturbereichs ausgewählt werden. Manteldurchmesser, Messstellenart, Werkstoff, Eintauchtiefe und mechanische Einbausituation bestimmen wesentlich, wie schnell und zuverlässig der Sensor arbeitet.
Ein kleiner Durchmesser ermöglicht kurze Ansprechzeiten und den Einbau in engen Bereichen. Gleichzeitig sinken die mechanischen Reserven gegenüber Strömung, Vibration, Knicken, Abrasion und Korrosion.
Ein größerer Durchmesser erhöht die Robustheit, führt jedoch zu einer höheren thermischen Masse. In schnellen Regelprozessen kann ein zu träger Sensor erhebliche Verzögerungen und Überschwingungen verursachen.
Geerdete Messstellen reagieren meist schneller, können aber bei ungeeignetem Erdungs- und Messkonzept Störungen verursachen. Isolierte Messstellen bieten eine elektrische Trennung, reagieren bei gleichem Aufbau jedoch typischerweise etwas langsamer.
Auch die Formbarkeit besitzt klare Grenzen. Der modellspezifische Mindestbiegeradius muss eingehalten werden. Messspitze und Übergangshülse dürfen nicht als Biegestelle verwendet werden, und wiederholtes Hin- und Herbiegen ist zu vermeiden.
Eine gute Auswahl berücksichtigt daher den gesamten Messaufbau. Erst wenn Prozess, Temperaturdynamik, mechanische Belastung, Einbaugeometrie und elektrische Auswertung gemeinsam betrachtet werden, entsteht eine dauerhaft zuverlässige Temperaturmessstelle.
Häufige Fragen zu Mantelthermoelementen
Was ist ein Mantelthermoelement?
Ein Mantelthermoelement ist ein Temperaturfühler, bei dem die Thermodrähte innerhalb eines metallischen Mantels in eine verdichtete mineralische Isolierung eingebettet sind. Die Bauform ist kompakt, formbar und für viele industrielle Anwendungen geeignet.
Was bedeutet MI-Leitung?
MI steht für mineral insulated beziehungsweise mineralisoliert. Die elektrischen Leiter liegen innerhalb eines Metallmantels und werden durch einen hoch verdichteten mineralischen Isolierstoff getrennt und geschützt.
Welcher Manteldurchmesser ist der richtige?
Das hängt von Ansprechzeit, mechanischer Belastung, Einbauraum, Temperatur und Medium ab. Kleine Durchmesser reagieren schneller, größere Durchmesser bieten in der Regel mehr mechanische Stabilität.
Reagiert ein dünnes Thermoelement immer schneller?
Bei vergleichbarem Aufbau grundsätzlich ja. In der realen Anwendung können jedoch Schutzrohr, Luftspalt, Einbaulage und Strömung den größeren Einfluss auf die Ansprechzeit besitzen.
Wie schnell reagiert ein Mantelthermoelement?
Die Ansprechzeit hängt von Durchmesser, Messstellenart, Mantelwerkstoff, Medium und Strömung ab. Ein Wert aus einem Wasserbad lässt sich nicht direkt auf eine Messung in ruhender Luft übertragen.
Was bedeutet t90?
t90 bezeichnet die Zeit, nach der der Sensor 90 Prozent einer vorgegebenen Temperaturänderung erreicht hat. Der Wert wird unter definierten Prüfbedingungen ermittelt.
Was ist der Unterschied zwischen geerdeter und isolierter Messstelle?
Bei einer geerdeten Messstelle ist die Verbindungsstelle der Thermodrähte mit dem Außenmantel verbunden. Bei einer isolierten Messstelle ist sie elektrisch vom Mantel getrennt.
Welche Messstelle reagiert schneller?
Bei identischem Durchmesser und vergleichbarem Aufbau reagiert die geerdete Messstelle typischerweise schneller, weil ein direkter thermischer Kontakt zum Mantel besteht.
Wann ist eine isolierte Messstelle sinnvoll?
Sie ist sinnvoll, wenn Erdschleifen, Ausgleichsströme oder elektrische Störungen vermieden werden sollen. Dies kann bei geerdeten Maschinen, elektrischen Heizungen und mehreren Messkanälen relevant sein.
Kann eine geerdete Messstelle Störungen verursachen?
Ja. Wenn der Mantel auf einem anderen Potenzial als das Auswertegerät liegt, können Erdschleifen und Störströme entstehen. Das Erdungs- und Trennkonzept der Anlage muss deshalb geprüft werden.
Was ist eine freiliegende Messstelle?
Bei dieser Ausführung liegt die Verbindung der Thermodrähte außerhalb des schützenden Metallmantels. Sie reagiert sehr schnell, ist aber mechanisch und chemisch empfindlich.
Darf ein Mantelthermoelement gebogen werden?
Viele mineralisolierte Thermoelemente dürfen gebogen werden. Der Mindestbiegeradius und die nicht formbaren Bereiche müssen jedoch dem Datenblatt entnommen werden.
Wie groß muss der Biegeradius sein?
Je nach Konstruktion geben Hersteller häufig Werte im Bereich des Drei- bis Fünffachen des Manteldurchmessers vor. Maßgeblich ist ausschließlich die Vorgabe für das konkrete Modell.
Darf die Messspitze gebogen werden?
In der Regel nein. In der Messspitze befindet sich die empfindliche Verbindung der Thermodrähte. Eine Biegung kann sie oder die elektrische Isolation beschädigen.
Darf an der Übergangshülse gebogen werden?
Nein. Der Übergang zwischen MI-Leitung und Anschlusskabel enthält elektrische Verbindungen, Dichtung und Vergussmasse und muss mechanisch entlastet werden.
Kann ein Thermoelement mehrfach gebogen werden?
Wiederholtes Hin- und Herbiegen sollte vermieden werden. Es führt zu Kaltverfestigung und Materialermüdung und kann den Mantel oder die innenliegenden Leiter beschädigen.
Kann ein geknicktes Mantelthermoelement weiterverwendet werden?
Ein scharfer Knick kann die Thermodrähte, Isolation oder den Mantel beschädigt haben. Bei wichtigen Messstellen sollte der Sensor geprüft und im Zweifel ersetzt werden.
Wie tief muss das Thermoelement eintauchen?
Die notwendige Eintauchtiefe hängt von Durchmesser, Medium, Strömung und Temperaturunterschied zur Umgebung ab. Sie muss groß genug sein, um Wärmeableitungsfehler über den Mantel zu minimieren.
Warum misst ein zu kurz eingebauter Sensor falsch?
Wärme kann über den Mantel und Prozessanschluss zur Umgebung abfließen. Die Messspitze erreicht dann nicht vollständig die Temperatur des Mediums.
Wie groß sollte eine Bohrung für das Thermoelement sein?
Sie sollte nur geringfügig größer als der Fühlerdurchmesser sein. Ein großer Luftspalt verschlechtert den thermischen Kontakt und verlängert die Ansprechzeit.
Kann ein Mantelthermoelement direkt in das Medium eingebaut werden?
Ja, sofern Mantelwerkstoff, Druckbelastbarkeit, Temperatur und mechanische Festigkeit zur Anwendung passen. Bei aggressiven oder stark strömenden Medien kann ein Schutzrohr erforderlich sein.
Warum verlängert ein Schutzrohr die Ansprechzeit?
Die Wärme muss zunächst den Schutzrohrwerkstoff und einen möglichen Luftspalt überwinden, bevor sie die Messspitze erreicht. Die zusätzliche Masse wirkt thermisch träge.
Welche Vorteile bietet ein Schutzrohr?
Es schützt den Sensor vor Druck, Strömung, Korrosion und mechanischem Verschleiß. Zudem kann ein Messeinsatz häufig ausgetauscht werden, ohne den Prozessanschluss vollständig zu öffnen.
Kann ein sehr dünner Sensor in einer schnellen Strömung eingesetzt werden?
Nur nach Prüfung der freien Einbaulänge und mechanischen Belastung. Ein langer, dünner Sensor kann schwingen, sich verbiegen oder durch Materialermüdung brechen.
Welche Mantelwerkstoffe sind verfügbar?
Häufig werden Edelstähle und Nickelbasislegierungen eingesetzt. Der geeignete Werkstoff hängt von Temperatur, Atmosphäre, Medium, Konzentration und mechanischer Belastung ab.
Ist Edelstahl für jedes Medium geeignet?
Nein. Die Beständigkeit hängt von der konkreten Edelstahlsorte, der Konzentration des Mediums, Temperatur und Einwirkdauer ab. Die Eignung muss applikationsbezogen geprüft werden.
Kann ein Thermoelement mit normalem Kupferkabel verlängert werden?
Nicht ohne geeigneten Übergang und Kaltstellenkompensation. Normalerweise wird eine zum Thermoelementtyp passende Thermo- oder Ausgleichsleitung verwendet.
Warum ist die Polarität wichtig?
Bei vertauschtem positiven und negativen Thermodraht erzeugt die Temperaturänderung ein Signal in die falsche Richtung. Die Anzeige kann dadurch fallen, obwohl die Temperatur steigt.
Warum unterscheiden sich die Kabelfarben?
Für Thermoelemente existieren verschiedene nationale und internationale Farbkennzeichnungen. Die Anschlussbelegung muss daher anhand der verwendeten Norm und Dokumentation geprüft werden.
Kann ein Thermoelement an eine SPS angeschlossen werden?
Ja, sofern die SPS über einen passenden Thermoelementeingang mit Kaltstellenkompensation verfügt. Alternativ kann ein Temperaturtransmitter das Thermoelementsignal in ein Standardsignal umwandeln.
Wann ist ein Temperaturtransmitter sinnvoll?
Ein Transmitter kann bei langen Leitungswegen, starken elektrischen Störungen oder einer standardisierten SPS-Anbindung vorteilhaft sein. Er wandelt die kleine Thermospannung beispielsweise in ein robusteres Prozesssignal um.
Wie wird ein Mantelthermoelement geprüft?
Geprüft werden können elektrischer Durchgang, Polarität, Isolationswiderstand und Temperaturanzeige an einer bekannten Referenz. Für eine belastbare Genauigkeitsaussage ist eine geeignete Kalibrierung erforderlich.
Kann man anhand des Widerstands die Temperaturgenauigkeit prüfen?
Nein. Der Leitungswiderstand zeigt hauptsächlich, ob der Stromkreis unterbrochen ist. Er bestätigt nicht die Thermospannungskennlinie oder die Temperaturgenauigkeit.
Welche Angaben sind für eine Anfrage erforderlich?
Benötigt werden Thermoelementtyp, Temperaturbereich, Manteldurchmesser, Mantelwerkstoff, Messstellenart, Einbaulänge, Prozessanschluss, Leitungslänge, Anschlussausführung, Medium, Druck und mechanische Betriebsbedingungen.