Thermoelemente

Ein Thermoelement wandelt durch Thermoelektrizität Wärme in elektrische Energie um. Im Prinzip ist ein Thermoelement ein Bauteil aus zwei unterschiedlichen Metallen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Eine Temperaturdifferenz erzeugt durch den Wärmefluss eine elektrische Spannung.

Funktionsweise
An den freien Enden der beiden miteinander verbundenen Leiter wird bei einer Temperaturdifferenz entlang der Leiter aufgrund des Seebeck-Effekts eine elektrische Spannung erzeugt. Die Verbindungsstelle und die freien Enden müssen dazu unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Als Seebeck-Effekt wird das Auftreten einer Spannung zwischen zwei Stellen unterschiedlicher Temperatur eines Leiters bezeichnet. Die Potentialdifferenz ist annähernd proportional zur Temperatur-differenz und abhängig vom Leitermaterial. Temperatur-differenzen innerhalb eines Leiters heben sich stets auf, da die Enden zum Messen auf gleicher Temperatur liegen müssen (sonst misst man zusätzlich die in der Messleitung entstehende Thermospannung). Wenn man zwei unterschiedliche Leitermaterialien verbindet, hat man ein Thermoelement. An den Enden kann allerdings noch keine Spannung gemessen werden. Es muss noch ein Draht mit einem anderen k-Wert in Reihe geschaltet werden. In kompakten Messsystemen ist meist einfach ein zweites Thermoelement in Reihe geschaltet. Das stellt die Vergleichsstellenmessung dar. Diese Vergleichsstellenmessung befindet sich normalerweise im Messgerät. An den äußeren Anschlüssen kann jetzt eine Spannung am Thermoelement gemessen werden. Das Verhältnis zwischen Ausgangsspannung und zu messender Temperatur ist nichtlinear. Aus Tabellen lassen sich jetzt zugehörige Temperaturen ablesen. Für genaue Messungen werden Funktionen bis zu 15. Ordnung benötigt. Bei metallischen Leitern treten Spannungen im Bereich einiger Mikrovolt bis Millivolt auf. Diese Spannung ist allerdings eine Spannungsdifferenz zwischen dem Thermoelement, welches die eigentliche Temperatur messen soll, und dem Thermoelement der Vergleichsstellenmessung.

Mantelthermoelemente
Mantelthermoelemente bestehen aus einem Außenmantel aus Metall und je nach Ausführung aus 2 bis 6 Innendrähten, das Thermomaterial. Die Isolation der Innendrähte besteht aus hochverdichtetem Magnesiumoxid. Mantelthermoelemente werden aufgrund der chemischen, mechanischen und elektrischen Stabilität übrall dort eingesetzt, wo extreme Bedingungen herrschen. Durch einen minimalen Biegeradius können Mantelthermoelemente in schwer zugängliche Stellen eingepasst werden.