Einleitung
Bei Messungen mit einem Thermoelement-Thermometer bleibt der angezeigte Temperaturwert nicht zwangsläufig vollkommen konstant. Veränderungen der tatsächlichen Objekttemperatur, Luftbewegungen und das schnelle Ansprechverhalten eines Thermoelements können geringfügige Schwankungen verursachen.
Schwankt die Anzeige jedoch dauerhaft stark, weicht sie deutlich von der tatsächlichen Temperaturänderung ab oder verändert sie sich plötzlich um mehrere zehn Grad, sollte das Messsystem überprüft werden.
Instabile Thermoelement-Messwerte haben nicht immer nur eine Ursache. Mögliche Einflussfaktoren sind Fühler, Thermoelementleitung, Steckverbindung, Messumgebung, Geräteeinstellungen und elektrische Störungen. Eine systematische Prüfung sollte daher bei den einfachsten und häufigsten Ursachen beginnen.
Das Wichtigste im Überblick
● Geringe Schwankungen können bei dynamischen Temperaturverläufen normal sein;
● Ein instabiler Kontakt zwischen Fühler und Messobjekt ist eine häufige Ursache bei Oberflächentemperaturmessungen;
● Lose Steckverbindungen, intermittierende Leitungen, oxidierte Kontakte oder beschädigte Thermoelemente können fehlerhafte Signale verursachen;
● Elektromagnetische Störungen durch Motoren, Frequenzumrichter oder leistungsstarke elektrische Anlagen können das schwache Thermoelementsignal beeinflussen;
● Luftströmungen, Temperaturgradienten und Positionsänderungen des Fühlers können reale Temperaturänderungen verursachen;
● Eine falsche Thermoelement-Einstellung, Probleme am Eingangskanal oder eine beeinträchtigte Kaltstellenkompensation können ebenfalls zu instabilen Anzeigen führen;
● Für die Fehlersuche empfiehlt sich die Reihenfolge: Messobjekt → Fühler → Verbindung → Umgebung → Messgerät.
Warum bleibt ein Thermoelement-Messwert nicht vollständig konstant?
Ein Thermoelement bestimmt die Temperatur anhand der Thermospannung, die zwischen zwei unterschiedlichen Metallen entsteht. Das Ausgangssignal liegt üblicherweise nur im Millivoltbereich.
Dadurch können Thermoelemente kleine Temperaturänderungen schnell erfassen, reagieren jedoch gleichzeitig empfindlich auf Verbindungsqualität und externe elektrische Störungen.
Ändert sich die Temperatur des Messobjekts tatsächlich, bildet das Thermoelement diese Veränderung korrekt ab. Dies ist beispielsweise bei geregelten Heizsystemen, bewegter Luft, gerührten Flüssigkeiten oder zyklischen Heiz- und Abkühlprozessen der Fall.
Zunächst sollte deshalb festgestellt werden, ob sich die tatsächliche Temperatur verändert oder das Messsystem ein instabiles Signal erzeugt.
Instabiler Fühlerkontakt kann zu schwankenden Messwerten führen
Bei Messungen an Metalloberflächen, Rohrleitungen, Formen oder Heizplatten kann bereits eine geringe Veränderung des Fühlerkontakts den Wärmeübergang zwischen Messobjekt und Thermoelement verändern.
Typische Beispiele:
● Der Fühler liegt nur leicht auf der Oberfläche auf;
● Zwischen Fühler und Oberfläche befindet sich ein Luftspalt;
● Der Winkel des Fühlers verändert sich bei handgeführter Messung;
● Das Messobjekt vibriert;
● Im Bereich der Messstelle besteht ein ausgeprägter Temperaturgradient.
In solchen Fällen kann die Anzeige schwanken, obwohl das Gerät oder die Anlage selbst normal arbeitet.
Bei Oberflächenmessungen sollte der Fühler möglichst stabil und vollständig anliegen und während der Messung nicht bewegt werden.
Lose Thermoelement-Steckverbindungen
Da ein Thermoelement nur ein sehr kleines Spannungssignal erzeugt, ist eine zuverlässige elektrische Verbindung entscheidend.
Ist der Stecker nicht vollständig eingesteckt oder sind Kontakte locker, oxidiert oder verschmutzt, können sich die Kontaktbedingungen verändern und zu schwankenden Temperaturwerten führen.
Zu prüfen sind:
● Vollständiger Sitz des Thermoelement-Steckers;
● Korrekte Polarität;
● Fester Sitz der Steckverbindung;
● Oxidation, Verformung oder Verschmutzung der Kontaktstifte;
● Sichere Verbindung von Verlängerungsleitungen oder Adaptern.
Verändert sich die Anzeige bereits beim leichten Bewegen des Steckers deutlich, sollten Steckverbindung und Leitung besonders sorgfältig geprüft werden.
Beschädigte oder intermittierende Thermoelementleitung
Durch häufiges Biegen, Zugbelastung, hohe Temperaturen oder mechanische Beanspruchung können Leiter innerhalb der Thermoelementleitung teilweise brechen.
Ein solcher Fehler führt nicht zwangsläufig sofort zu einer vollständigen Unterbrechung. Je nach Bewegung kann der Leiter zeitweise Kontakt haben und wieder verlieren.
Typische Symptome sind:
● Plötzlicher Wechsel zwischen normalen und unplausiblen Messwerten;
● Deutliche Änderungen beim Bewegen der Leitung;
● Sprunghafte Temperaturanstiege oder -abfälle;
● Zeitweilige Überbereichs- oder Leitungsbruchanzeigen.
Bei konstanten Messbedingungen können einzelne Leitungsabschnitte vorsichtig bewegt werden. Reagiert die Anzeige an einer bestimmten Stelle auffällig, kann dort eine Leitungsbeschädigung vorliegen.
Elektromagnetische Störungen können das Thermoelementsignal beeinflussen
Da das Thermoelementsignal nur wenige Millivolt beträgt, kann es in industriellen Umgebungen durch elektrische Störsignale beeinflusst werden.
Typische Störquellen sind:
● Frequenzumrichter;
● Leistungsstarke Elektromotoren;
● Schweißanlagen;
● Schaltnetzteile;
● Heizungsregelungen;
● Hochfrequenzanlagen;
● Starkstromleitungen.
Werden Thermoelementleitungen über längere Strecken parallel zu Leistungskabeln geführt oder befindet sich der Fühler an einer elektrisch stark belasteten Anlage, können unregelmäßige oder periodische Schwankungen auftreten.
Für die Fehlersuche sollte die Thermoelementleitung versuchsweise von möglichen Störquellen entfernt oder getrennt von Leistungskabeln geführt werden. Stabilisiert sich die Anzeige, sollten Leitungsführung, Abschirmung und Erdung überprüft werden.
Luftströmungen und Temperaturgradienten verursachen ebenfalls Änderungen
Bei der Messung von Luft, Gasen oder offenen Umgebungen bedeutet eine schwankende Anzeige nicht automatisch einen Fehler.
Thermoelement-Messstellen sind häufig klein und reagieren schnell auf lokale Temperaturänderungen. Ventilatoren, Klimaanlagen, Konvektion an Wärmequellen oder die Vermischung warmer und kalter Luft können die Temperatur am Fühler ständig verändern.
Bereits wenige Zentimeter Positionsänderung in der Nähe eines Heizelements können dazu führen, dass der Fühler in einen Bereich mit deutlich anderer Temperatur gelangt.
Bei Lufttemperaturmessungen sollte der Fühler daher an einer repräsentativen Position fixiert werden. Direkte Kaltluft, lokale Wärmequellen und starke Wärmestrahlung sollten vermieden werden.
Strömungen in Flüssigkeiten können die Anzeige verändern
Bei Flüssigkeitsmessungen kann ein schwankender Messwert auf eine tatsächlich inhomogene Temperaturverteilung zurückzuführen sein.
Typische Situationen:
● Die Flüssigkeit wird erwärmt;
● Die Flüssigkeit wird gerührt;
● Im Behälter bestehen örtliche Temperaturunterschiede;
● Der Fühler befindet sich zu nahe am Heizelement;
● Der Fühler wird während der Messung bewegt.
Solche Temperaturänderungen können vollkommen normal sein.
Für möglichst stabile und repräsentative Messwerte sollte die Eintauchtiefe konstant bleiben. Der Fühler sollte weder den Behälterboden noch die Wand oder das Heizelement berühren.
Thermoelement-Typ am Messgerät prüfen
Unterstützt das Thermometer mehrere Thermoelement-Typen wie K, J, T oder E, muss die Geräteeinstellung mit dem angeschlossenen Fühler übereinstimmen.
Die verschiedenen Typen bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffpaarungen und besitzen jeweils eigene Kennlinien für Thermospannung und Temperatur.
Ist beispielsweise ein Typ-K-Thermoelement angeschlossen, während das Messgerät auf Typ J eingestellt ist, entsteht ein systematischer Messfehler.
Eine falsche Typeneinstellung führt normalerweise eher zu einer konstanten Abweichung als zu schnellen Schwankungen, sollte bei der Fehlersuche jedoch grundsätzlich überprüft werden.
Schnelle Änderungen der Umgebungstemperatur können die Kaltstellenkompensation beeinflussen
Thermoelement-Thermometer verwenden normalerweise eine Kaltstellenkompensation, um die Temperatur an den Eingangsklemmen des Messgeräts zu berücksichtigen.
Wird das Gerät schnell aus einer kalten in eine warme Umgebung gebracht oder unmittelbar von außen in einen klimatisierten Raum, benötigt die interne Gerätetemperatur möglicherweise etwas Zeit zur Stabilisierung.
Wurde das Messgerät beispielsweise gerade aus einem kalten Lager, Fahrzeug oder Außenbereich in einen Innenraum gebracht, sollte vor präzisen Messungen eine ausreichende thermische Anpassung ermöglicht werden.
Heiße oder kalte Luft sollte außerdem nicht direkt auf den Thermoelement-Eingang gerichtet werden.
Beschädigte oder gealterte Fühler können instabile Werte verursachen
Thermoelemente können sich bei langfristigem Einsatz unter hohen Temperaturen, Oxidation, Korrosion oder mechanischer Belastung verändern.
Mögliche Probleme sind:
● Beschädigte Messstelle;
● Gebrochenes Schutzrohr;
● Gealterte Leitungsisolierung;
● Oxidierte Leiter;
● Werkstoffdrift infolge hoher Temperaturen;
● Eindringen von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen in den Anschlussbereich.
Wird die Anzeige nach dem Austausch durch ein funktionsfähiges Thermoelement desselben Typs sofort stabil, liegt die Ursache wahrscheinlich am ursprünglichen Fühler.
Wie lässt sich feststellen, ob der Fühler oder das Messgerät die Ursache ist?
Eine einfache Möglichkeit ist eine Vergleichs- beziehungsweise Austauschprüfung.
Schließen Sie nach Möglichkeit ein bekannt funktionsfähiges Thermoelement desselben Typs an dasselbe Messgerät an und vergleichen Sie die Anzeige unter stabilen Bedingungen.
● Anzeige wird mit dem Ersatzfühler stabil: ursprünglichen Fühler, Leitung und Steckverbinder prüfen;
● Mehrere funktionsfähige Fühler zeigen weiterhin instabile Werte: Messeingang, Einstellungen, Batterie und Umgebung prüfen;
● Schwankungen treten nur an einer bestimmten Maschine auf: reale Temperaturänderungen und elektromagnetische Störungen untersuchen;
● Handgeführte Messung ist stabil, fest installierte Messung jedoch nicht: Montage, Erdung und elektrische Störungen prüfen.
Mit dieser Methode lässt sich die Fehlerquelle meist schnell eingrenzen.
In welcher Reihenfolge sollte geprüft werden?
Bei dauerhaft schwankenden Thermoelement-Messwerten empfiehlt sich folgende Reihenfolge:
● Prüfen, ob sich die Temperatur des Messobjekts tatsächlich verändert;
● Fühlerposition fixieren und beobachten, ob sich die Anzeige stabilisiert;
● Vollständigen Sitz des Thermoelement-Steckers prüfen;
● Polarität und Thermoelement-Typ kontrollieren;
● Leitung auf Knickstellen, Beschädigungen oder intermittierende Unterbrechungen prüfen;
● Mit einem funktionsfähigen Thermoelement desselben Typs vergleichen;
● Messgerät und Leitung von Motoren, Frequenzumrichtern und leistungsstarken elektrischen Anlagen entfernen;
● Batterie und Eingangsbuchse des Messgeräts überprüfen;
● Vergleichsmessung in einer stabilen Temperaturumgebung durchführen.
Dieses Vorgehen ist in der Regel effektiver als unmittelbar von einem Defekt des Thermometers auszugehen.
Wie große Temperaturschwankungen sind normal?
Ein allgemein gültiger Grenzwert existiert nicht.
Ob eine Schwankung normal ist, hängt vom Messobjekt, vom Ansprechverhalten des Fühlers, von der Messumgebung und von der Auflösung des Messgeräts ab.
In einem stabilen Temperaturbad sollte die Anzeige beispielsweise relativ konstant sein. An einem Klimaanlagenauslass, einer Heizfläche oder in schnell wechselnden Luftströmungen kann dasselbe Thermoelement dagegen kontinuierliche Änderungen anzeigen.
Entscheidend ist daher weniger die absolute Höhe der Schwankung als die Frage, ob sie zu den tatsächlichen Messbedingungen passt.
Sollte das Messobjekt thermisch stabil sein, während die Anzeige häufig große und unregelmäßige Sprünge zeigt, sollten Verbindung, Fühler, Störumgebung und Messgerät geprüft werden.
FAQ
Bedeutet eine schwankende Thermoelement-Anzeige, dass das Thermometer defekt ist?
Nicht unbedingt. Instabiler Fühlerkontakt, beschädigte Leitungen, elektromagnetische Störungen oder tatsächliche Temperaturänderungen können ebenfalls die Ursache sein. Vor einer Beurteilung des Messgeräts sollte es mit einem funktionsfähigen Fühler in einer stabilen Umgebung geprüft werden.
Warum verändert sich die Temperatur, wenn die Thermoelementleitung bewegt wird?
Starke Änderungen können auf eine lose Steckverbindung, einen teilweise gebrochenen Leiter oder einen intermittierenden Kontakt hinweisen. Bei einer intakten Leitung sollten leichte Bewegungen keine großen Temperaturänderungen verursachen.
Warum schwankt die Anzeige bei der Messung von Lufttemperatur?
Lufttemperaturen können sich durch Strömung, Konvektion, Klimaanlagen, Ventilatoren und nahe gelegene Wärmequellen ständig verändern. Ein schnell ansprechendes Thermoelement kann diese lokalen Änderungen unmittelbar erfassen.
Kann ein Frequenzumrichter die Thermoelement-Messung stören?
Ja. Das Thermoelementsignal ist sehr klein. Elektrische Störungen von Frequenzumrichtern, Motoren und Starkstromleitungen können in den Messkreis einkoppeln. Geeignete Leitungsführung, Abschirmung, Erdung und ausreichender Abstand können die Störung reduzieren.
Kann schlechter Kontakt zu plötzlichen Temperaturanstiegen oder -abfällen führen?
Ja. Instabile elektrische Verbindungen können fehlerhafte Thermospannungen oder zeitweilige Unterbrechungen verursachen. Dadurch können Sprünge, Überbereichsanzeigen oder Leitungsbruchmeldungen auftreten.
Was bedeutet es, wenn die Anzeige nach dem Austausch des Thermoelements stabil ist?
Bleiben alle übrigen Bedingungen unverändert und liefert ein funktionsfähiges Thermoelement desselben Typs stabile Werte, liegt die Ursache wahrscheinlich am ursprünglichen Fühler, an dessen Leitung oder Steckverbindung.
Zusammenfassung
Leichte Schwankungen einer Thermoelement-Anzeige sind nicht zwangsläufig ungewöhnlich, da Thermoelemente schnell auf reale Temperaturänderungen reagieren. Dauerhaft starke Schwankungen, sprunghafte Änderungen oder offensichtlich unplausible Werte sollten jedoch untersucht werden.
Häufige Ursachen sind instabiler Fühlerkontakt, lose Steckverbindungen, beschädigte Thermoelementleitungen, elektromagnetische Störungen, wechselnde Umgebungsbedingungen, eine falsche Thermoelement-Einstellung und Alterung des Fühlers.
Für eine effiziente Fehlersuche sollte zunächst die Stabilität des Messobjekts geprüft werden. Anschließend werden Fühlerposition, Steckverbindung, Leitung, Geräteeinstellungen und Messumgebung kontrolliert. Ein Vergleich mit einem funktionsfähigen Thermoelement ermöglicht anschließend eine schnelle Unterscheidung zwischen Fühler-, Umgebungs- und Gerätefehlern.
