Einleitung
Thermoelemente vom Typ K und Typ J gehören zu den häufig verwendeten Temperatursensoren in der industriellen Messtechnik. Da sich Fühler, Steckverbinder und Bauformen teilweise stark ähneln, stellt sich häufig die Frage, ob beide Typen direkt gegeneinander ausgetauscht werden können.
Grundsätzlich gilt: Thermoelemente Typ K und Typ J sollten nicht direkt miteinander vertauscht werden.
Entscheidend ist nicht nur, ob der Steckverbinder mechanisch passt. Beide Thermoelementtypen bestehen aus unterschiedlichen Leiterwerkstoffen und erzeugen bei derselben Temperatur unterschiedliche Thermospannungen.
Stimmt der Thermoelementtyp nicht mit der Einstellung des Messgeräts überein, kann das Gerät zwar weiterhin einen Temperaturwert anzeigen, dieser kann jedoch deutlich vom tatsächlichen Wert abweichen.
Unterstützt ein Thermometer mehrere Thermoelementtypen wie K und J, können unterschiedliche Fühler mit demselben Gerät verwendet werden. Voraussetzung ist, dass Fühlertyp, Geräteeinstellung und zugehörige Verbindungskomponenten korrekt aufeinander abgestimmt sind.
Das Wichtigste im Überblick
● Thermoelemente Typ K und Typ J verwenden unterschiedliche Leiterwerkstoffe und besitzen unterschiedliche Thermospannungskennlinien;
● Ein direkter Austausch ohne Änderung der Geräteeinstellung ist nicht zulässig;
● Bei einer falschen Typauswahl zeigt das Messgerät häufig weiterhin einen Temperaturwert an, dieser muss jedoch nicht korrekt sein;
● Mehrkanal- oder Mehrtyp-Thermometer können Fühler vom Typ K oder J verwenden, sofern der richtige Eingangstyp eingestellt wird;
● Verlängerungsleitungen, Ausgleichsleitungen und Steckverbinder sollten ebenfalls zum jeweiligen Thermoelementtyp passen;
● Steckerform, Abmessungen oder Leiterfarbe allein reichen nicht aus, um die Austauschbarkeit von Typ K und Typ J zu beurteilen.
Warum können Thermoelemente Typ K und Typ J nicht direkt ausgetauscht werden?
Thermoelemente arbeiten nach dem Seebeck-Effekt. Werden zwei unterschiedliche Metalle oder Legierungen miteinander verbunden und besteht zwischen Messstelle und Vergleichsstelle eine Temperaturdifferenz, entsteht eine kleine Thermospannung.
Die verwendeten Werkstoffpaarungen unterscheiden sich je nach Thermoelementtyp. Dadurch besitzt jeder Typ eine eigene Beziehung zwischen Thermospannung und Temperatur.
Thermoelemente Typ K bestehen üblicherweise aus Nickel-Chrom- und Nickel-Aluminium-Legierungen. Typ J verwendet typischerweise Eisen und eine Kupfer-Nickel-Legierung.
Selbst bei identischer Temperatur erzeugen beide Thermoelementtypen unterschiedliche Millivoltsignale.
Ein Thermoelement-Thermometer liest daher nicht einfach eine Spannung aus und zeigt sie unmittelbar als Temperatur an. Das Gerät erfasst die Thermospannung und verarbeitet sie mithilfe von Vergleichsstellenkompensation, Linearisierung und der zum ausgewählten Thermoelementtyp gehörenden Kennlinie.
Wird ein Thermoelement Typ J angeschlossen, während das Messgerät auf Typ K eingestellt ist, interpretiert das Thermometer das Signal nach der Kennlinie von Typ K. Das Ergebnis ist ein falscher Temperaturwert.
Warum zeigt das Thermometer trotz falschem Thermoelementtyp einen Messwert an?
Dieser Punkt führt in der Praxis häufig zu Missverständnissen.
Auch wenn ein Thermoelement Typ J an ein auf Typ K eingestelltes Messgerät angeschlossen wird, erzeugt der Fühler weiterhin eine Thermospannung, sofern zwischen Messstelle und Vergleichsstelle eine Temperaturdifferenz besteht.
Das Messgerät kann dieses Signal erkennen und zeigt deshalb in vielen Fällen weiterhin einen Temperaturwert an.
Das Problem liegt in der falschen Umrechnung.
Ein Fühler Typ J erzeugt ein Millivoltsignal entsprechend der Kennlinie von Typ J. Ist das Gerät jedoch auf Typ K eingestellt, wird dieses Signal nach der Kennlinie von Typ K in einen Temperaturwert umgerechnet. Dadurch kann die Anzeige über oder unter der tatsächlichen Temperatur liegen.
Der daraus entstehende Fehler ist in der Regel nicht konstant.
Mit steigender oder fallender Temperatur verändert sich auch die Differenz zwischen den Kennlinien von Typ K und Typ J. Der Fehler lässt sich deshalb normalerweise nicht durch einen festen Korrekturwert ausgleichen.
Kann dasselbe Thermometer mit Thermoelementen Typ K und Typ J verwendet werden?
Ja, sofern das Messgerät beide Thermoelementtypen ausdrücklich unterstützt.
Viele digitale Thermoelement-Thermometer können verschiedene Eingangstypen wie K, J, T oder E verarbeiten.
Bei solchen Geräten kann der Fühler entsprechend der Messaufgabe gewechselt werden. Gleichzeitig muss jedoch auch der richtige Thermoelementtyp am Gerät ausgewählt werden.
● Bei Verwendung eines Fühlers Typ K muss der Eingang auf Typ K eingestellt werden;
● Nach dem Wechsel auf einen Fühler Typ J muss auch die Geräteeinstellung auf Typ J geändert werden;
● Nach einem Fühlerwechsel sollten außerdem Steckverbinder und Verlängerungsleitung auf die richtige Typzuordnung geprüft werden.
Ist ein Thermometer ausschließlich für Typ K spezifiziert, bedeutet ein mechanisch passender Typ-J-Stecker nicht, dass das Gerät ein Thermoelement Typ J korrekt messen kann.
Reicht es aus, wenn Fühlertyp und Geräteeinstellung übereinstimmen?
Bei einfachen Handmessungen besteht die wichtigste Voraussetzung darin, dass der Fühlertyp mit der Geräteeinstellung übereinstimmt.
Bei einem vollständigen Thermoelement-Messkreis müssen jedoch zusätzlich Verlängerungsleitungen, Ausgleichsleitungen, Steckverbinder und Anschlussmaterialien berücksichtigt werden.
Thermoelementkreise reagieren empfindlich auf die verwendeten Leiterwerkstoffe.
Werden ungeeignete Metalle in den Messkreis eingebracht und bestehen an den Übergangsstellen Temperaturunterschiede, können zusätzliche Thermospannungen entstehen und das Messergebnis beeinflussen.
Daher gilt:
● Thermoelemente Typ K sollten mit für Typ K geeigneten Verlängerungs- oder Ausgleichsleitungen betrieben werden;
● Thermoelemente Typ J sollten mit entsprechend geeigneten Leitungen für Typ J verwendet werden;
● Normale Leitungen sollten nicht ohne technische Prüfung als Ersatz für Thermoelement-Verlängerungsleitungen eingesetzt werden;
● Bei höheren Genauigkeitsanforderungen muss die gesamte Messkette korrekt aufeinander abgestimmt sein.
Bei industriellen Temperaturmessungen, Laboranwendungen und Geräteprüfungen reicht es deshalb nicht aus, lediglich festzustellen, dass ein Fühler mechanisch angeschlossen werden kann.
Können Steckverbinder für Typ K und Typ J untereinander verwendet werden?
Die Austauschbarkeit sollte nicht allein anhand der mechanischen Abmessungen beurteilt werden.
Einige Thermoelement-Steckverbinder besitzen ähnliche oder identische Bauformen, sodass sich Stecker unterschiedlicher Typen mechanisch verbinden lassen können.
Die leitenden Kontaktmaterialien im Steckverbinder können jedoch speziell auf den jeweiligen Thermoelementtyp abgestimmt sein.
Werden ungeeignete Kontaktmaterialien verwendet und besteht an der Anschlussstelle eine Temperaturdifferenz, können zusätzliche Thermospannungen entstehen und den Messfehler erhöhen.
Auch die Farbcodierung kann je nach Norm und Region unterschiedlich sein.
So unterscheiden sich beispielsweise die Farbkennzeichnungen nach IEC und ANSI. Die Farbe einer Leitung oder eines Steckverbinders allein ist deshalb kein zuverlässiges Kriterium zur Identifikation des Thermoelementtyps.
Sicherer ist es, die Kennzeichnung K, J oder eine entsprechende Typangabe auf Fühler, Stecker, Leitung oder Produktschild zu prüfen.
Wie lässt sich eine Verwechslung von Typ K und Typ J vermeiden?
● Vor der Verwendung die Typkennzeichnung am Fühler oder Steckverbinder prüfen;
● Sicherstellen, dass die am Thermometer eingestellte Thermoelementart mit dem angeschlossenen Fühler übereinstimmt;
● Nach jedem Fühlerwechsel die Geräteeinstellung erneut kontrollieren;
● Zur Verlängerung des Messkreises geeignete Verlängerungs- oder Ausgleichsleitungen des richtigen Typs verwenden;
● Den Thermoelementtyp nicht ausschließlich anhand von Steckergröße oder Farbe bestimmen;
● Bei kritischen Messungen die gesamte Messkette an einem bekannten Temperaturpunkt überprüfen.
Ist die Typkennzeichnung eines Fühlers nicht mehr vorhanden und kann der Thermoelementtyp nicht eindeutig festgestellt werden, sollte der Fühler nicht für Messungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen eingesetzt werden.
Ein eindeutig gekennzeichneter Fühler mit bekannten technischen Daten ist in diesem Fall die zuverlässigere Lösung.
FAQ
Kann ein Thermoelement Typ K ein Thermometer für Typ J beschädigen?
In der Regel nicht.
Thermoelemente erzeugen lediglich kleine Spannungen im Millivoltbereich. Eine falsche Typzuordnung führt daher normalerweise nicht zu einer Beschädigung des Messgeräts.
Die falsche Kennlinie kann jedoch zu erheblichen Messabweichungen führen.
Warum zeigt ein Thermoelement Typ J an einem auf Typ K eingestellten Thermometer trotzdem eine Temperatur an?
Weil das Thermoelement Typ J weiterhin eine Thermospannung erzeugt, die vom Messgerät erkannt werden kann.
Das Gerät wertet dieses Signal jedoch anhand der Kennlinie von Typ K aus. Der angezeigte Wert muss daher nicht der tatsächlichen Temperatur entsprechen.
Unterstützt jedes Thermometer für Typ K automatisch auch Typ J?
Nein.
Welche Thermoelementtypen unterstützt werden, hängt vom jeweiligen Messgerät ab. Die technischen Daten oder die Bedienungsanleitung sollten daher geprüft werden.
Nur ein Gerät mit ausdrücklich angegebenem Typ-J-Eingang kann ein Thermoelement Typ J korrekt auswerten.
Können Thermoelemente Typ K und Typ J dieselbe Verlängerungsleitung verwenden?
Im Allgemeinen nicht.
Die Werkstoffe der beiden Thermoelementtypen unterscheiden sich, ebenso die zugehörigen Verlängerungs- und Ausgleichsleitungen.
Eine falsche Leitung kann zusätzliche Thermospannungen erzeugen und die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
Ist Typ K besser als Typ J?
Keiner der beiden Typen ist grundsätzlich besser.
Typ K wird aufgrund seines breiten Einsatzbereichs häufig für allgemeine industrielle Temperaturmessungen verwendet. Typ J kommt ebenfalls in vielen industriellen Anlagen und Anwendungen im mittleren Temperaturbereich zum Einsatz.
Die Auswahl sollte anhand des Temperaturbereichs, der Umgebungsbedingungen, der Gerätekompatibilität und der Fühlerkonstruktion erfolgen.
Ist der Messfehler bei einer falschen Thermoelementeinstellung konstant?
In der Regel nicht.
Typ K und Typ J besitzen unterschiedliche Thermospannungs-Temperatur-Kennlinien, deren Abstand sich mit der Temperatur verändert.
Daher verändert sich auch die Messabweichung mit der tatsächlichen Temperatur.
Fazit
Thermoelemente Typ K und Typ J sind beide weit verbreitete industrielle Temperatursensoren, unterscheiden sich jedoch in ihren Leiterwerkstoffen und Thermospannungs-Temperatur-Kennlinien. Sie dürfen daher nicht ohne passende Geräteeinstellung direkt gegeneinander ausgetauscht werden.
Ein Thermometer mit mehreren unterstützten Thermoelementtypen kann sowohl mit Typ K als auch mit Typ J verwendet werden. Voraussetzung ist, dass der angeschlossene Fühler mit der gewählten Geräteeinstellung sowie mit Verlängerungsleitung, Ausgleichsleitung und Steckverbinder übereinstimmt.
Dass ein Stecker mechanisch passt oder das Messgerät einen Temperaturwert anzeigt, ist kein Nachweis für die elektrische und messtechnische Kompatibilität.
Eine eindeutige Identifikation des Thermoelementtyps und eine korrekt abgestimmte Messkette sind entscheidend für genaue und stabile Temperaturmessungen.
