Thermoelement-Kompensationsleitungen werden verwendet, um thermoelektrische Sensoren mit entfernten Anschlusspunkten wie Schaltschränken, Anzeigern, Reglern usw. zu verbinden, so dass das Sensorsignal ohne Signalverlust über große Entfernungen übertragen und an Verarbeitungseinheiten angeschlossen werden kann. In unserem Artikel erfahren Sie unter anderem, wie Sie die Kennzeichnung der oben genannten Leitungen, ihre Farben und Toleranzklassen lesen können. Lesen Sie weiter!
Thermoelemente sind Temperaturmessgeräte mit einem Thermoelement - einer Kombination aus zwei Drähten aus unterschiedlichen Materialien - als Messfühler. Zusätzlich zu dem bereits erwähnten Thermoelement bestehen sie aus einem Draht, der die Messstelle mit einem Bezugspunkt, den Klemmen, verbindet.
Ein Ende des Thermoelements ist in der so genannten Messstelle angeschlossen, die freien Enden auf der anderen Seite sind die Klemmen, an denen die durch den thermoelektrischen Effekt erzeugte Spannung gemessen wird.
Einschraubthermoelemente mit Köpfen
Thermoelement mit Kabel
In den meisten Fällen wird ein Thermoelement mit Hilfe von Anschlussdrähten mit einem anderen Messgerät verbunden. Dabei unterscheidet man zwischen Verlängerungs- und Ausgleichsleitungen.
Kompensationsleitungen sind für den Anschluss von Thermoelementen an Messgeräte bestimmt. Sie bestehen aus einem Material mit den gleichen eelektrischen Eigenschaften wie das Thermoelement in dem nach DIN EN 60 584 zulässigen Temperaturbereich, um die Messergebnisse nicht zu verfälschen. Bei einem Thermoelement vom Typ K bestehen die Ausgleichsdrähte zum Beispiel aus folgenden Leitern: Fe/Cu-Ni, Ni/Cr-Ni oder Pt-Rh/Pt.
Der Kompensationsdraht besteht aus "+"- und "-"-Leitern, die bei Anschlusspunkttemperaturen bis zu 200°C die gleiche Thermospannung wie das Thermoelement erzeugen.
Thermoelementanschluss - Diagramm
Kompensationskabel gibt es in verschiedenen Isolierungen, Schutzmänteln und mit mehreren Leitern. Sie sind mit einem Farbcode und einer Buchstabenunterscheidung mit folgender Bedeutung gekennzeichnet:
Beispiel:
KX: Ausgleichsleitung für NiCr-Ni Typ "K" Thermoelement, aus dem gleichen Material wie das Thermoelement
RCA: Ausgleichsleitung für PtRh-Pt-Thermoelement Typ "R", aus Spezialmaterial Typ A
Für Ausgleichsleitungen sind zwei Toleranzklassen definiert worden: 1 und 2. Die Klasse 1 ma ist nur für Thermopaarleitungen aus dem gleichen Material wie das Thermopaar (Typ X) erreichbar. Ausgleichsleitungen der Klasse 2.
werden standardmäßig mitgeliefert.
Tabelle 1: Abweichungsgrenzen für bestimmte Anwendungstemperaturbereiche nach Art der Klasse
Bereich der der Anwendungstemperatur ist die Temperatur, der das gesamte Kabel einschließlich der Anschlussklemmen zum Thermoelement ausgesetzt werden kann, "um die in der Tabelle angegebenen Toleranzwerte nicht zu überschreiten". Wegen der Nichtlinearität von Thermospannungen beziehen sich die angegebenen Grenzabweichungen in µV oder °C auf die in der rechten Spalte angegebene Messtemperatur.
Konkret bedeutet dies z.B.:
Ein Thermoelement vom Typ J ist an eine Ausgleichsleitung vom Typ JX, Klasse 2, angeschlossen. Ist die Messtemperatur auf 500 °C festgelegt und schwankt die Temperatur an den Anschlussklemmen und/oder die Temperatur der Ausgleichsleitungen zwischen -25 °C und 200 °C, so schwankt die angezeigte Temperatur um höchstens ±2,5 °C.
Tabelle 2: Die Toleranz der Temperaturanzeige mit einem Thermoelement des Typs "J", das über eine Ausgleichsleitung der Klasse 2 "JX" angeschlossen ist, beträgt 2,5°C
Kompensations- und Verlängerungsleitungen (Thermoleitungen) sind Komponenten eines Messsystems, die einen thermoelektrischen Sensor mit einem Messgerät, z.B. einem Regler, Temperaturschreiber oder Anzeiger, verbinden.
Der Hauptunterschied besteht darin, dass Ausgleichsleitungen aus Ersatzwerkstoffen mit den gleichen thermoelektrischen Eigenschaften wie das Thermoelement hergestellt werden und Verlängerungsleitungen aus den gleichen Werkstoffen wie das Thermoelement bestehen.
Die an den Enden eines Thermoelementes entstehende Spannung ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und der Bezugstemperatur. Die Eigenschaften von Thermoelementen in Normen werden für eine Referenztemperatur von 0˚C angegeben. Nur bei diesem Wert ist es möglich, die Tabellen zu verwenden, ohne Korrekturen an den Messwerten vorzunehmen.
Während es jedoch unter Laborbedingungen möglich ist, eine Referenztemperatur von 0˚C zu erreichen, indem man den Referenzpunkt in Eiswasser legt, ist dies bei industriellen Messungen nicht möglich - unter solchen Bedingungen schwankt die Temperatur in der Nähe der Sensorinstallation.
Dieses Problem wird durch Kompensationskabel gelöst - sie verlegen die Vergleichsstelle weg vom Sensor an einen Ort, an dem die Schwankungen der Umgebungstemperatur relativ gering sind.
Für Thermoelemente nach DIN EN 60 584 hat sich folgende Regel etabliert: der positive Schenkel (Plus) hat die gleiche Farbe wie der Mantel und der negative Schenkel (Minus) ist weiß. Für die "alten" Thermoelemente vom Typ "U" und "L" nach DIN 43 713 haben sich jedoch andere Kennzeichnungen durchgesetzt:
Tabelle 3: Farbcodierung der Kompensationsleiter nach den aktuellen und zurückgezogenen Normen
Die einzige Ausnahme bilden die eigensicheren Stromkreisleiter in Geräten, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet sind. Soweit sie eingefärbt sind, ist die Umhüllung aller Ausgleichsleiter hellblau, während die Farbe der Leiter den angegebenen Farbcodes entspricht (blaue Farbe des Cu-CuNi-Thermoelementes nach DIN 43 713 ist dunkelblau).
Hinweis: Die Farbcodierung kann je nach Norm abweichen
Beispiel für die grüne Farbcodierung eines Thermoelementes vom Typ K:
Beispiel für die JUMO-Farbcodierung eines Thermoelementes vom Typ K
Einschraubbares Thermoelement Typ K mit Ausgleichsleitung von JUMO ist in verschiedenen Ausführungen erhältlich und hat eine Ausgleichsleitung k aus Silikon oder mit Metallgeflecht. Je nach Ausführung sind die Ausgleichsleitungen für den Einsatz in trockenen und feuchten Räumen im Temperaturbereich von -20 bis +350°C geeignet.
Termoelement Mantelthermoelement mit Ausgleichsleitung JUMO bietet einen Messeinsatz vom Typ J, K oder L an. Je nach Ausführung kann die Leitung sowohl in trockener als auch in nasser Prozessumgebung eingesetzt werden. Die Einsatztemperatur dieses Thermoelementes reicht von -200 bis 600°C.
