Einleitung

Thermoelemente messen Temperaturen anhand der Thermospannung, die zwischen zwei unterschiedlichen Leitermaterialien entsteht. Je nach verwendeter Legierung werden sie unter anderem als Typ K, J, T, E, N, R, S oder B bezeichnet.

Das Thermoelement Typ E zeichnet sich insbesondere durch seine vergleichsweise hohe Thermospannung und gute Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen aus.

Es besteht aus Nickel-Chrom- und Kupfer-Nickel-Legierungen. Bei gleicher Temperaturdifferenz liefert Typ E in der Regel eine höhere Thermospannung als Thermoelemente vom Typ K, J oder T. Dies kann bei Messaufgaben mit kleinen elektrischen Signalen vorteilhaft sein.

Die Auswahl eines Thermoelements sollte jedoch nicht allein nach der Empfindlichkeit erfolgen. Temperaturbereich, Umgebungsatmosphäre, Fühlerbauform, Ansprechzeit, Genauigkeitsklasse und Kompatibilität mit dem Messgerät sind ebenfalls zu berücksichtigen.

Die wichtigsten Punkte

● Typ E besteht üblicherweise aus einem positiven Nickel-Chrom-Leiter und einem negativen Kupfer-Nickel-Leiter.
● Es handelt sich um ein Basismetall-Thermoelement mit vergleichsweise hoher Thermospannung.
● Typ E eignet sich besonders für niedrige bis mittlere Temperaturen.
● Bei gleicher Temperaturdifferenz liefert Typ E im Allgemeinen ein höheres Millivoltsignal als Typ K, J oder T.
● Der tatsächlich zulässige Temperaturbereich hängt außerdem von Drahtdurchmesser, Isolierung, Fühlerbauform und Einsatzumgebung ab.
● Messgerät, Datenlogger oder Temperaturregler müssen auf Typ E eingestellt sein und eine passende Kaltstellenkompensation durchführen.

Was ist ein Thermoelement Typ E?

Typ E ist ein standardisiertes Basismetall-Thermoelement aus zwei unterschiedlichen Metalllegierungen.

Typischerweise werden folgende Leiter verwendet:

● Pluspol (+): Nickel-Chrom-Legierung, häufig als Chromel bezeichnet.
● Minuspol (−): Kupfer-Nickel-Legierung, häufig als Constantan bezeichnet.

Werden beide Materialien zu einer Messstelle verbunden und besteht zwischen Messstelle und Referenzstelle eine Temperaturdifferenz, entsteht eine Thermospannung.

Das Messgerät erfasst diese kleine Spannung und berechnet daraus anhand der für Typ E charakteristischen Temperatur-Spannungs-Kennlinie sowie der Temperatur der Referenzstelle die Messtemperatur.

Ein Thermoelement gibt somit nicht direkt einen Temperaturwert in Grad Celsius aus, sondern ein elektrisches Signal im Millivoltbereich, das vom Messgerät ausgewertet wird.

Wie misst ein Thermoelement Typ E die Temperatur?

Das Funktionsprinzip beruht auf dem Seebeck-Effekt.

Werden zwei unterschiedliche Metalle zu einem thermoelektrischen Stromkreis verbunden und befinden sich die Verbindungsstellen auf unterschiedlichen Temperaturen, entsteht eine Thermospannung. Ihre Höhe hängt von den verwendeten Werkstoffen und der Temperaturdifferenz zwischen den Verbindungsstellen ab.

Die Spitze des Fühlers, die mit dem Messobjekt in Kontakt steht, wird als Messstelle oder heiße Stelle bezeichnet. Der Anschluss am Messgerät bildet die Referenz- beziehungsweise Kaltstelle.

Das Messgerät benötigt:

● Die vom Thermoelement Typ E erzeugte Thermospannung.
● Die Temperatur im Bereich der Referenzstelle.

Mit Hilfe der Kaltstellenkompensation (CJC) und der Kennlinie für Typ E berechnet das Gerät die tatsächliche Temperatur an der Messstelle.

Deshalb muss der Thermoelementtyp am Messgerät korrekt eingestellt werden. Wird ein Typ-E-Fühler angeschlossen, während das Gerät auf Typ K oder Typ J eingestellt ist, können erhebliche Messabweichungen entstehen.

Welchen Temperaturbereich hat ein Thermoelement Typ E?

Thermoelemente Typ E eignen sich für einen breiten Bereich von niedrigen bis mittleren Temperaturen.

Als allgemeiner technischer Richtwert kann der Gesamtbereich ungefähr −200°C bis 900°C betragen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass jeder Typ-E-Fühler innerhalb dieses gesamten Bereichs eingesetzt werden kann.

Die tatsächliche Einsatzgrenze hängt unter anderem ab von:

● Durchmesser der Thermodrähte.
● Material der Fühlerschutzhülle.
● Isolationsmaterial.
● Ausführung der Messstelle.
● Fühlerbauform.
● Dauerbetrieb oder kurzzeitiger Einsatz.
● Oxidierenden, korrosiven oder anderen chemischen Einflüssen.

Ein metallummantelter Hochtemperaturfühler kann daher eine deutlich andere obere Einsatzgrenze besitzen als ein Typ-E-Fühler mit einfacher Kunststoffisolierung.

Es ist wichtig, zwischen dem allgemeinen Temperaturbereich des Thermoelementmaterials und dem spezifizierten Temperaturbereich eines konkreten Fühlers zu unterscheiden.

Warum besitzt Typ E eine hohe Empfindlichkeit?

Ein wesentliches Merkmal des Thermoelements Typ E ist seine vergleichsweise hohe Thermospannung unter den gängigen Basismetall-Thermoelementen.

In bestimmten Temperaturbereichen liegt die thermoelektrische Empfindlichkeit im Bereich mehrerer zehn Mikrovolt pro Grad Celsius und ist im Allgemeinen höher als bei häufig eingesetzten Typ-K- oder Typ-T-Thermoelementen. Der genaue Wert ist über den gesamten Temperaturbereich nicht konstant.

Eine höhere Thermospannung bedeutet, dass bei derselben Temperaturänderung eine größere Spannungsänderung zur Verfügung steht.

Dies kann bei der Erfassung kleiner elektrischer Signale Vorteile für Signalverarbeitung und Datenerfassung bieten.

Eine höhere Empfindlichkeit bedeutet jedoch nicht automatisch eine höhere Messgenauigkeit. Die Gesamtgenauigkeit wird ebenfalls durch Thermoelementtoleranz, Messgerätegenauigkeit, Kaltstellenkompensation, Fühlermontage und Umgebungsbedingungen bestimmt.

Welche Eigenschaften hat ein Thermoelement Typ E?

Typ E besitzt mehrere charakteristische Eigenschaften.

● Hohe Thermospannung: Typ E liefert unter den üblichen Basismetall-Thermoelementen ein vergleichsweise starkes Ausgangssignal.
● Gute Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen: Geeignet für Tieftemperaturanwendungen, Labor, Kältetechnik und Umweltprüfungen.
● Kein Eisenleiter: Im Gegensatz zu Typ J enthält Typ E keinen Thermoschenkel aus Eisen und weist daher nicht dieselbe eisenbedingte Oxidationsproblematik auf.
● Für oxidierende oder inerte Atmosphären geeignet: Bei geeigneter Fühlerkonstruktion und innerhalb der zulässigen Temperaturgrenzen kann Typ E in unterschiedlichen Industrie- und Laborumgebungen eingesetzt werden.
● Für dynamische Messungen geeignet: Dünne Thermodrähte und Messstellen mit geringer thermischer Masse ermöglichen kurze Ansprechzeiten.

Diese Eigenschaften machen Typ E besonders interessant für Anwendungen, bei denen niedrige Temperaturen und ein hohes Ausgangssignal wichtig sind.

Was unterscheidet Typ E von Typ K?

Typ K und Typ E sind Basismetall-Thermoelemente auf Nickelbasis. Ihre positiven Thermoschenkel bestehen üblicherweise aus Nickel-Chrom-Legierungen, während sich die negativen Thermoschenkel unterscheiden.

Typ K ist sehr weit verbreitet, bietet eine große Auswahl an Fühlern und Zubehör und eignet sich für zahlreiche industrielle Anwendungen sowie höhere Temperaturen.

Typ E bietet dagegen eine höhere Thermospannung und gute Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen.

Vereinfacht gilt:

● Typ K ist häufig die Standardwahl für allgemeine industrielle Temperaturmessungen und breite Fühlerkompatibilität.
● Typ E kann vorteilhaft sein, wenn im niedrigen bis mittleren Temperaturbereich ein höheres thermoelektrisches Ausgangssignal gewünscht wird.

Welcher Typ besser geeignet ist, hängt von der konkreten Anwendung ab.

Was unterscheidet Typ E von Typ J?

Ein Typ-J-Thermoelement verwendet normalerweise Eisen als positiven Leiter und eine Kupfer-Nickel-Legierung als negativen Leiter. Typ E verwendet dagegen Nickel-Chrom und Kupfer-Nickel.

Da Typ J einen Eisenleiter enthält, muss in feuchten, oxidierenden oder erhöhten Temperaturbereichen insbesondere die Oxidation des Eisens berücksichtigt werden.

Typ E enthält keinen Eisenleiter und liefert in der Regel eine höhere Thermospannung als Typ J, was bei bestimmten Tieftemperatur- und empfindlichen Messaufgaben von Vorteil sein kann.

Typ J ist jedoch in zahlreichen bestehenden industriellen Anlagen weit verbreitet. Die Systemkompatibilität bleibt daher ein wichtiges Auswahlkriterium.

Was unterscheidet Typ E von Typ T?

Thermoelemente Typ T bestehen üblicherweise aus Kupfer und einer Kupfer-Nickel-Legierung und bieten ebenfalls gute Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen. Daher überschneiden sich die Einsatzbereiche von Typ E und Typ T teilweise.

Die Hauptunterschiede liegen in den verwendeten Werkstoffen und den jeweiligen Temperatur-Spannungs-Kennlinien.

Typ E bietet eine hohe Thermospannung und deckt Anwendungen vom Tieftemperatur- bis in den mittleren Temperaturbereich ab. Typ T wird häufig in Kältetechnik, Labor und anderen Anwendungen eingesetzt, in denen stabile Messungen bei niedrigen Temperaturen erforderlich sind.

Die Auswahl sollte deshalb nach Temperaturbereich, Gerätekompatibilität, Fühleraufbau und Genauigkeitsanforderung erfolgen.

Für welche Anwendungen eignet sich Typ E?

Aufgrund seiner hohen Thermospannung und guten Tieftemperatureigenschaften eignet sich Typ E unter anderem für:

● Temperaturmessungen im Labor.
● Tieftemperaturgeräte und Kälteanlagen.
● Kälte- und Umweltprüfungen.
● Temperaturüberwachung industrieller Anlagen.
● Prozesstemperaturmessung.
● Forschungs- und Prüfeinrichtungen.
● Datenerfassungssysteme.
● Überwachung von Temperaturverläufen.
● Schnelle Temperaturmessungen mit dünnen Thermodrähten.

Ob ein bestimmter Fühler für eine Anwendung geeignet ist, hängt zusätzlich von Schutzhülle, Messstellenart, Durchmesser, Isolierung und Umgebungsbedingungen ab.

Die Bezeichnung „Typ E“ allein reicht für eine vollständige Fühlerauswahl nicht aus.

Wovon hängt die Genauigkeit eines Thermoelements Typ E ab?

Die Genauigkeit eines Thermoelements wird nicht allein durch seine Typbezeichnung bestimmt.

Zu den möglichen Fehlerquellen eines Typ-E-Messsystems gehören:

● Werkstofftoleranz des Thermoelements.
● Genauigkeitsklasse des Thermoelements.
● Messfehler des Thermometers oder Datenerfassungssystems.
● Fehler der Kaltstellenkompensation.
● Unzureichender thermischer Kontakt zum Messobjekt.
● Wärmeableitungs- und Wärmeleitungsfehler.
● Änderungen der Umgebungstemperatur.
● Elektromagnetische Störungen und elektrisches Rauschen.
● Ungeeignete Verlängerungs- oder Ausgleichsleitungen.
● Unbeabsichtigte Übergänge zwischen unterschiedlichen Metallen.

Die Gesamtmessabweichung ergibt sich daher aus Fühlerfehler, Gerätefehler, Fehler der Kaltstellenkompensation sowie installations- und anwendungsbedingten Einflüssen.

Bei hohen Genauigkeitsanforderungen sollte die gesamte Messkette betrachtet werden.

Warum muss am Messgerät der richtige Thermoelementtyp eingestellt werden?

Jeder Thermoelementtyp besitzt eine eigene Temperatur-Thermospannungs-Kennlinie.

Derselbe Millivoltwert kann daher bei Typ E und Typ K unterschiedlichen Temperaturen entsprechen.

Bei digitalen Thermometern, Temperaturreglern oder Datenerfassungssystemen mit mehreren Thermoelementeingängen muss der Eingang deshalb auf Typ E konfiguriert werden.

Auch die Polarität ist zu beachten.

Sind Plus- und Minusleiter vertauscht, kann sich die Temperaturanzeige bei einer deutlich wärmeren Messstelle in die falsche Richtung bewegen oder offensichtlich falsche Werte anzeigen.

Bei auffälligem Messverhalten sollten geprüft werden:

● Eingestellter Thermoelementtyp.
● Polarität.
● Kompatibilität von Stecker und Buchse.
● Zwischenverbindungen und Verdrahtung.

Was ist beim Verlängern von Typ-E-Leitungen zu beachten?

Thermoelemente erzeugen sehr kleine Thermospannungen. Deshalb können Verkabelung und Verbindungsstellen das Messergebnis direkt beeinflussen.

Für die Verlängerung sollte eine zum Typ E passende Thermoelement-Verlängerungsleitung oder eine geeignete Kompensationslösung verwendet werden. Normale Kupferleitungen sollten nicht beliebig in temperaturkritischen Bereichen der Thermoelementschaltung eingesetzt werden.

Werden unterschiedliche Metalle in Bereichen mit Temperaturgradienten eingefügt, können zusätzliche Thermospannungen und damit Messfehler entstehen.

Bei der Installation sollten folgende Punkte beachtet werden:

● Richtige Polarität.
● Zuverlässige elektrische Verbindungen.
● Für Typ E geeignete Steckverbinder.
● Abstand zu starken elektromagnetischen Störquellen.
● Geeignete Abschirmung und Störunterdrückung bei langen Leitungswegen.

Wie wählt man einen Thermoelementfühler Typ E aus?

Bei der Auswahl eines Typ-E-Fühlers sind insbesondere folgende Punkte zu berücksichtigen:

● Temperaturbereich: Minimal- und Maximaltemperatur der Anwendung sowie zulässigen Bereich des konkreten Fühlers prüfen.
● Fühlerbauform: Ausführung passend für Oberfläche, Flüssigkeit, Gas, Rohrleitung oder interne Messung auswählen.
● Ansprechzeit: Dünne Fühler und Messstellen mit geringer thermischer Masse reagieren schneller, können jedoch mechanisch weniger robust sein.
● Schutzhüllenmaterial: Nach Temperatur, Korrosion, mechanischer Belastung und Umgebungsbedingungen auswählen.
● Messstellenart: Freiliegende, geerdete und ungeerdete Messstellen unterscheiden sich hinsichtlich Ansprechzeit, elektrischer Isolation und Störfestigkeit.
● Genauigkeitsanforderung: Geeignete Genauigkeitsklasse auswählen und zusätzlich die Genauigkeit des Messgeräts berücksichtigen.
● Gerätekompatibilität: Sicherstellen, dass Thermometer, Regler oder Datenerfassungssystem Typ E sowie Kaltstellenkompensation unterstützen.

Eine korrekte Auswahl basiert immer auf den vollständigen Einsatzbedingungen und nicht allein auf der Buchstabenbezeichnung des Thermoelements.

FAQ

Welchen Temperaturbereich kann ein Thermoelement Typ E messen?
Der allgemeine Bereich kann ungefähr −200°C bis 900°C umfassen. Der tatsächliche Bereich eines konkreten Fühlers hängt jedoch von Drahtdurchmesser, Isolierung, Schutzhülle und Konstruktion ab.

Ist Typ E genauer als Typ K?
Nicht grundsätzlich. Typ E bietet eine höhere Thermospannung, die Gesamtgenauigkeit hängt jedoch zusätzlich von Thermoelementtoleranz, Messgerätegenauigkeit, Kaltstellenkompensation und Montagebedingungen ab.

Eignet sich Typ E für niedrige Temperaturen?
Ja. Typ E besitzt gute Tieftemperatureigenschaften und eignet sich unter anderem für Labor, Kältetechnik, Tieftemperaturgeräte und Umweltprüfungen.

Kann ein Typ-E-Thermoelement an einem Typ-K-Thermometer verwendet werden?
Nur wenn das Thermometer Typ E unterstützt und entsprechend eingestellt werden kann. Ein ausschließlich für Typ K ausgelegtes Gerät liefert mit einem Typ-E-Fühler keine korrekten Messwerte.

Benötigt Typ E eine Kaltstellenkompensation?
Ja. Die Thermospannung entspricht der Temperaturdifferenz zwischen Mess- und Referenzstelle. Digitale Thermometer verfügen üblicherweise über eine automatische Kaltstellenkompensation.

Warum liefert Typ E eine relativ hohe Thermospannung?
Dies ist eine Folge der thermoelektrischen Eigenschaften der Kombination aus Nickel-Chrom und Kupfer-Nickel. Bei gleicher Temperaturdifferenz erzeugt Typ E in der Regel eine größere Thermospannung als mehrere andere gängige Basismetall-Thermoelemente.

Fazit

Das Thermoelement Typ E besteht aus Nickel-Chrom- und Kupfer-Nickel-Legierungen. Es zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Thermospannung, gute Tieftemperatureigenschaften und einen vielseitigen Einsatzbereich bis zu mittleren Temperaturen aus.

Typische Anwendungen finden sich in Labor, Kältetechnik, Umweltprüfung, industrieller Temperaturüberwachung und überall dort, wo ein höheres thermoelektrisches Ausgangssignal von Vorteil ist.

Für zuverlässige Messungen müssen jedoch neben dem Thermoelementtyp auch Temperaturfreigabe des Fühlers, Genauigkeitsklasse, Messstellenart, Schutzhüllenmaterial, Ansprechzeit, Kaltstellenkompensation und Gerätekompatibilität berücksichtigt werden.

Nur eine korrekt abgestimmte Kombination aus Thermoelementfühler, Verdrahtung und Messgerät ermöglicht zuverlässige Temperaturmessungen.