Einleitung

Thermoelemente der Typen K, J, T und E erfassen Temperaturen auf Grundlage des Seebeck-Effekts. Die unterschiedlichen Buchstaben stehen jedoch nicht lediglich für verschiedene Produktbezeichnungen, sondern kennzeichnen definierte Werkstoffpaarungen der Thermodrähte.

Die verwendeten Metalle bestimmen unter anderem Thermospannung, nutzbaren Temperaturbereich, Oxidationsbeständigkeit, Langzeitstabilität und Eignung für bestimmte Atmosphären.

Daher kann ein Thermoelement Typ K nicht ohne Weiteres durch Typ J ersetzt werden. Auch Typ T und Typ E besitzen jeweils spezifische Einsatzgebiete.

Die richtige Auswahl des Thermoelementtyps ist deshalb eine wesentliche Voraussetzung für zuverlässige Messungen mit einem Thermoelement-Thermometer.

Das Wichtigste auf einen Blick

● Typ K besteht aus Nickel-Chrom- und Nickel-Aluminium-Legierungen und wird aufgrund seines großen Temperaturbereichs und seiner guten universellen Einsetzbarkeit sehr häufig verwendet.

● Typ J besteht aus Eisen und einer Kupfer-Nickel-Legierung. Er eignet sich für mittlere Temperaturen, ist wegen des Eisenleiters jedoch gegenüber Feuchtigkeit und oxidierenden Hochtemperaturbedingungen empfindlicher.

● Typ T besteht aus Kupfer und einer Kupfer-Nickel-Legierung und weist insbesondere im tiefen und mittleren Temperaturbereich eine gute Stabilität auf.

● Typ E besteht aus Nickel-Chrom- und Kupfer-Nickel-Legierungen und erzeugt im Vergleich zu vielen anderen Basismetall-Thermoelementen eine relativ hohe Thermospannung pro Temperaturänderung.

● Der Thermoelementtyp allein bestimmt nicht die Messgenauigkeit. Ebenso relevant sind Toleranzklasse, Fühlerkonstruktion, Messgerätegenauigkeit, Vergleichsstellenkompensation und Einsatzbedingungen.

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Typ K, J, T und E

Der grundlegende Unterschied liegt in der Werkstoffkombination der beiden Thermoschenkel.

Die angegebenen Temperaturbereiche sind typische technische Orientierungswerte und nicht als garantierte Grenzwerte für jeden einzelnen Temperaturfühler zu verstehen.

Die tatsächlich zulässige Einsatztemperatur hängt zusätzlich vom Drahtdurchmesser, Mantelwerkstoff, Isolierstoff, Fühleraufbau, der Einsatzdauer und den Umgebungsbedingungen ab.

Auch die thermoelektrische Empfindlichkeit ist über den gesamten Temperaturbereich nicht konstant. Die Werte in µV/°C dienen daher hauptsächlich dem Vergleich der verschiedenen Thermoelementtypen.

Welche Eigenschaften hat ein Thermoelement Typ K?

Typ K besteht aus Nickel-Chrom- und Nickel-Aluminium-Legierungen und gehört zu den am häufigsten eingesetzten Thermoelementen in der industriellen Temperaturmesstechnik.

Ein wesentlicher Vorteil ist der große Temperaturbereich in Verbindung mit einer ausgewogenen Kombination aus Kosten, Robustheit, Thermospannung und Verfügbarkeit.

Viele universelle Thermoelement-Thermometer unterstützen daher standardmäßig Typ K.

● Typischer technischer Einsatzbereich von etwa -200°C bis 1200°C;

● Typische Empfindlichkeit von etwa 41 µV/°C;

● Gut geeignet für saubere oxidierende oder inerte Atmosphären;

● In zahlreichen Fühler- und Mantelausführungen verfügbar;

● Häufig eingesetzt in HLK-Anwendungen, industrieller Instandhaltung, Heizsystemen, Werkzeug- und Formenbau, Rohrleitungen, Maschinen und Prozessanlagen.

Typ K ist jedoch nicht automatisch für jede Hochtemperaturanwendung geeignet.

Bei hohen Temperaturen können insbesondere sauerstoffarme, wechselnd oxidierende und reduzierende, schwefelhaltige oder andere aggressive Atmosphären zu Veränderungen der thermoelektrischen Eigenschaften und damit zu zusätzlicher Drift führen.

Wenn keine besonderen Anforderungen an Tieftemperaturbetrieb, Atmosphäre oder Thermospannung bestehen, ist Typ K häufig eine geeignete universelle Lösung.

Welche Eigenschaften hat ein Thermoelement Typ J?

Typ J besteht aus Eisen und einer Kupfer-Nickel-Legierung.

Seine Thermospannung ist üblicherweise höher als bei Typ K, der nutzbare Temperaturbereich ist jedoch kleiner.

● Typischer technischer Einsatzbereich von etwa -40°C bis 750°C;

● Typische Empfindlichkeit von etwa 55 µV/°C;

● Häufig in älteren Industrieanlagen und Temperaturregelsystemen anzutreffen;

● Für bestimmte Vakuum-, Inertgas- und reduzierende Umgebungen geeignet;

● Geeignet für industrielle Messungen im mittleren Temperaturbereich.

Bei Typ J ist insbesondere zu beachten, dass einer der beiden Thermoschenkel aus Eisen besteht.

Eisen ist in feuchter oder stark oxidierender Hochtemperaturumgebung vergleichsweise anfällig für Korrosion und Oxidation. Daher wird Typ J für einen dauerhaften Einsatz unter stark oxidierenden Hochtemperaturbedingungen in der Regel nicht bevorzugt.

Dies ist einer der Gründe, weshalb Typ K in vielen modernen universellen Anwendungen häufiger eingesetzt wird.

Welche Eigenschaften hat ein Thermoelement Typ T?

Typ T besteht aus Kupfer und einer Kupfer-Nickel-Legierung.

Seine besonderen Stärken liegen im tiefen und mittleren Temperaturbereich.

● Typischer technischer Einsatzbereich von etwa -200°C bis 350°C, bei bestimmten Ausführungen bis ungefähr 400°C;

● Typische Empfindlichkeit von etwa 43 µV/°C;

● Gute Stabilität bei niedrigen Temperaturen;

● Beide Thermoschenkel bestehen aus nicht ferromagnetischen Werkstoffen;

● Typische Anwendungen sind Kälte- und Kühltechnik, Kühlhäuser, Lebensmittelverarbeitung, Tieftemperaturprüfungen, Umweltmessungen und Labore.

Wenn Messungen hauptsächlich unter 0°C oder dauerhaft in einem niedrigen Temperaturbereich stattfinden, kann Typ T gegenüber Typ K vorteilhaft sein.

Seine obere Einsatztemperatur liegt jedoch deutlich unter der von Typ K. Für universelle Hochtemperaturmessungen ist Typ T daher nicht vorgesehen.

Welche Eigenschaften hat ein Thermoelement Typ E?

Typ E besteht aus Nickel-Chrom- und Kupfer-Nickel-Legierungen.

Ein wesentliches Merkmal ist seine vergleichsweise hohe Thermospannung.

Unter den verbreiteten Basismetall-Thermoelementen der Typen K, J, T und E liefert Typ E typischerweise eine der höchsten Thermospannungen pro Temperaturdifferenz.

● Typischer technischer Einsatzbereich von etwa -200°C bis 900°C;

● Typische Empfindlichkeit von etwa 68 µV/°C;

● Relativ große Spannungsänderung bei gleicher Temperaturänderung;

● Nicht ferromagnetische Thermoelementwerkstoffe;

● Geeignet für Tieftemperaturanwendungen und Messungen, bei denen eine höhere Thermospannung vorteilhaft ist.

Eine höhere Empfindlichkeit bedeutet jedoch nicht automatisch eine höhere Messgenauigkeit.

Die Gesamtgenauigkeit wird weiterhin durch Thermoelementtoleranz, Fühlerqualität, Genauigkeit des Messgeräts, Vergleichsstellenkompensation und Kalibrierzustand beeinflusst.

Wie wählt man zwischen Typ K, J, T und E?

Die Auswahl sollte nicht ausschließlich danach erfolgen, welcher Typ die höchste Maximaltemperatur besitzt.

Entscheidend sind die tatsächlichen Messbedingungen.

● Für vielseitige Standardanwendungen mit großem Temperaturbereich ist Typ K häufig die erste Wahl;

● Wenn eine Anlage bereits für Typ J ausgelegt ist oder überwiegend mittlere Temperaturen gemessen werden, kann Typ J sinnvoll sein;

● Für Kälteanwendungen sowie niedrige und mittlere Temperaturen eignet sich Typ T besonders gut;

● Wenn eine vergleichsweise hohe Thermospannung erwünscht ist, kann Typ E in Betracht gezogen werden;

● Bei Messungen nahe der oberen Einsatzgrenze müssen zusätzlich Drahtdurchmesser, Isolierung und Mantelwerkstoff geprüft werden;

● Bei korrosiven, feuchten, oxidierenden, reduzierenden, schwefelhaltigen oder Vakuumbedingungen ist die Werkstoffverträglichkeit gesondert zu bewerten.

Der Temperaturbereich ist somit nur ein Teil der Auswahl. Messmedium und Atmosphäre können ebenso entscheidend sein.

Warum muss am Thermoelement-Thermometer der richtige Typ eingestellt werden?

Verschiedene Thermoelementtypen erzeugen bei gleicher Temperatur unterschiedliche Thermospannungen.

Das Messgerät wandelt die gemessene Millivoltspannung anhand der Kennlinie des ausgewählten Thermoelementtyps in einen Temperaturwert um.

Ist beispielsweise ein Typ-K-Fühler angeschlossen, das Gerät jedoch auf Typ J eingestellt, wird die falsche Kennlinie verwendet. Dies kann zu erheblichen Messabweichungen führen.

Bei einem Mehrfach-Thermoelement-Thermometer sollte daher sichergestellt werden:

● Der Thermoelementtyp des Fühlers ist eindeutig bekannt;

● Die Eingangseinstellung des Messgeräts entspricht dem angeschlossenen Fühler;

● Steckverbinder und Ausgleichs- beziehungsweise Thermoleitungen passen zum Thermoelementtyp;

● Die Polarität ist korrekt;

● Das Messgerät unterstützt den gewählten Thermoelementtyp und den erforderlichen Temperaturbereich.

Ähnlich aussehende Steckverbinder bedeuten nicht, dass Typ K, J, T und E ohne Anpassung der Geräteeinstellung austauschbar sind.

Bestimmt der Thermoelementtyp die Messgenauigkeit?

Nicht allein.

Die Bezeichnungen K, J, T und E definieren Werkstoffpaarung und thermoelektrische Kennwerte. Sie stellen keine Genauigkeitsklassen dar.

Zur gesamten Messabweichung können unter anderem beitragen:

● Toleranz der Thermoelementdrähte;

● Genauigkeit des Thermometers;

● Fehler der Vergleichsstellenkompensation;

● Langzeitdrift des Thermoelements;

● Thermischer Kontakt zwischen Fühler und Messobjekt;

● Falsche Ausgleichsleitung oder ungeeignete Steckverbinder;

● Umgebungstemperatur und elektromagnetische Störungen;

● Fühlerkonstruktion, Ansprechverhalten und Wärmeableitung.

Daher ist die Aussage „Typ K ist genauer als Typ J“ ebenso wenig grundsätzlich richtig wie „Typ E ist wegen seiner höheren Empfindlichkeit am genauesten“.

Thermoelektrische Empfindlichkeit, Messgenauigkeit und Langzeitstabilität sind unterschiedliche Eigenschaften.

Warum unterscheiden sich Temperaturbereiche in verschiedenen Datenquellen?

Beim Vergleich von Thermoelementangaben treten häufig unterschiedliche Temperaturbereiche auf.

Referenztabellen beschreiben die definierte Beziehung zwischen Thermospannung und Temperatur und können einen sehr breiten Referenzbereich abdecken.

Ob ein realer Temperaturfühler tatsächlich über diesen gesamten Bereich betrieben werden kann, hängt jedoch von seinem mechanischen und werkstofftechnischen Aufbau ab.

Wichtige Einflussgrößen sind:

● Durchmesser der Thermodrähte;

● Werkstoff des Schutzmantels;

● Isoliermaterial;

● Aufbau und Abdichtung des Fühlers;

● Dauerbetrieb oder kurzzeitige Messung;

● Messmedium und Umgebungsatmosphäre.

Für die praktische Anwendung sollte deshalb immer der zulässige Temperaturbereich des konkreten Fühlers herangezogen werden und nicht allein die Buchstabenbezeichnung des Thermoelements.

FAQ

Kann ein Thermoelement Typ K direkt durch Typ J ersetzt werden?

Nein. Beide Typen verwenden unterschiedliche Werkstoffe und erzeugen deshalb bei gleicher Temperatur unterschiedliche Thermospannungen. Das Messgerät muss immer auf den tatsächlich verwendeten Thermoelementtyp eingestellt sein.

Warum ist Typ K so weit verbreitet?

Typ K bietet einen großen Temperaturbereich, gute allgemeine Umweltbeständigkeit, zahlreiche verfügbare Fühlerausführungen und ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten.

Sollte für niedrige Temperaturen Typ K oder Typ T verwendet werden?

Beide Typen können niedrige Temperaturen erfassen. Für Kühltechnik, Kühlhäuser und andere Anwendungen mit überwiegend niedrigen oder mittleren Temperaturen ist Typ T jedoch häufig besonders geeignet. Typ K bietet Vorteile, wenn zusätzlich höhere Temperaturen gemessen werden müssen.

Bedeutet die höhere Empfindlichkeit von Typ E auch höhere Genauigkeit?

Nein. Eine höhere Empfindlichkeit bedeutet lediglich, dass sich die Thermospannung bei einer bestimmten Temperaturänderung stärker verändert. Die Gesamtgenauigkeit hängt zusätzlich von Fühlertoleranz, Messgerät, Vergleichsstellenkompensation und Kalibrierung ab.

Kann ein Thermoelement-Thermometer K-, J-, T- und E-Fühler verwenden?

Das hängt vom jeweiligen Messgerät ab. Manche Thermometer unterstützen ausschließlich Typ K, andere mehrere Thermoelementtypen. Die Einstellung des Geräts muss immer dem angeschlossenen Fühler entsprechen.

Warum ist der Messwert nach dem Wechsel auf einen anderen Thermoelementtyp falsch?

Eine häufige Ursache ist, dass der Eingangstyp am Thermometer nicht angepasst wurde. Auch ungeeignete Steckverbinder, falsche Ausgleichsleitungen oder vertauschte Polarität können zu fehlerhaften Messwerten führen.

Fazit

Der wesentliche Unterschied zwischen Thermoelementen der Typen K, J, T und E liegt in den verwendeten Werkstoffpaarungen. Diese bestimmen Thermospannung, praktischen Temperaturbereich, Umweltbeständigkeit und typische Einsatzgebiete.

Typ K bietet einen großen Temperaturbereich und hohe Vielseitigkeit. Typ J eignet sich für mittlere Temperaturen und ist weiterhin in verschiedenen Industrieanlagen verbreitet. Typ T besitzt besondere Vorteile bei niedrigen und mittleren Temperaturen, während Typ E eine vergleichsweise hohe Thermospannung liefert.

Bei der Auswahl sollten daher nicht nur Maximaltemperatur, sondern auch Messbereich, Atmosphäre, Fühleraufbau, Langzeitstabilität und Kompatibilität mit dem Messgerät berücksichtigt werden.

Zuverlässige Temperaturmessungen setzen voraus, dass Thermoelementfühler, Leitungen, Steckverbinder und die Eingangseinstellung des Thermometers korrekt aufeinander abgestimmt sind.