Thermoelemente

Thermoelemente sind Temperaturmesssensoren, die den Seebeck-Effekt nutzen, um eine Temperaturdifferenz in eine elektrische Spannung umzuwandeln. Sie bestehen aus zwei verschiedenen Leitern oder Legierungen, die an einem Ende zu einer Messstelle (der Verbindungsstelle) verbunden sind. Die andere Verbindung bleibt an einem bekannten Temperaturpunkt, dem kalten Ende. Zwischen Mess- und kaltem Ende entsteht eine emfs, deren Größe von der Temperaturdifferenz abhängt. Das Verhältnis wird durch den Thermoelektrokoeffizienten beschrieben und ist charakteristisch für das verwendete Materialpaar.

Thermoelemente können aus zwei Leitern bestehen (Thermocouple) oder als Multijunction-Anordnungen (Thermopile) auftreten. Die bekanntesten Typen sind K (Chromel–Alumel), J (Eisen–Konstantan), T (Kupfer–Konstantan), E (Chromel–Konstantan), N (Nickel-Chrom-Nickel-Silizium), sowie S- und R-Typ (Platin-Rhodium) und B (Platin-Rhodium). Sie decken breite Temperaturbereiche ab und ermöglichen Messungen von tiefen Temperaturen bis hin zu hohen Temperaturen; die Grenzen hängen vom Typ und der Bauform ab.

Für genaue Messungen ist eine Referenztemperatur nötig. Der kalte Anschluss muss temperaturkompensiert werden; moderne Systeme verwenden eine Cold-Junction-Komensation oder Kalibrierungen nach der ITS-90 (Internationale Temperature Skala). Eigenschaften wie Empfindlichkeit, Linearität, Langzeitstabilität und Reaktionszeit hängen vom Typ, Drahtdurchmesser, Schutzrohr und der Messumgebung ab.

Anwendungen finden sich in Industrie, Prozessregelung, Heizung und Verbrennungstechnik, Automobiltechnik sowie in Labor- und Forschungsgeräten. Thermoelemente sind robust, kostengünstig und weit verbreitet, bleiben aber von Referenztemperatur, Nichtlinearität und Drift abhängig.