Kompensationsmethode für das kalte Ende der Thermoelemente

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Um das Problem der Temperaturkompensation von Thermoelementen zu verstehen, muss man mit dem Prinzip der Thermoelemente beginnen. Hier werden nur die damit verbundenen Konzepte wie die Gesamtthermoelektrische Potenzial im geschlossenen Kreislauf des Thermoelements sowie die Regeln für die mittlere Temperatur erläutert. Ersteres zeigt: Für einen ausgewählten Thermoelement, wenn die Temperatur am Referenzende konstant bleibt, ist die Gesamtthermoelektrische Spannung eine eindeutige Funktion der Temperatur am Messende. Das heißt, ein bestimmter Thermoelektrischer Potential entspricht einer bestimmten Temperatur, und in der Skala der Thermoelemente beträgt die Temperatur am Referenzende stets 0 Grad. Doch vor Ort weichen die Temperaturen am Referenzpunkt stark voneinander ab und können nicht stets bei 0 Grad liegen. Dadurch entstehen Messfehler – deshalb müssen Thermoelemente temperaturkompensiert werden. In der Praxis wird die Referenzspitze der Thermoelemente oft als Kaltende bezeichnet. Die Methoden zur Temperaturkompensation der kalten Seite der Thermoelemente sind: 1. Die Eiskübelmethode – diese wird häufig in Laboren verwendet, wobei die Temperatur der Referenzseite auf 0 Grad gehalten wird. Allerdings ist diese Methode kostspielig und schwierig in der Anwendung. 2. Methode der Kaltende-Temperaturkorrektur: Diese Methode wird häufig in Anwendungen verwendet, bei denen keine hohen Anforderungen gestellt werden. Das heißt, wenn die Temperatur am Kaltende nicht konstant bei 0 Grad gehalten werden kann, muss der Anzeigewert des Messinstruments korrigiert werden. Es ist einfach zu machen, aber die Fehler sind groß. 3. Methode des Kompensationsbrückens: Diese Methode wird selten allein angewandt. Dabei wird die durch eine ungleichgewichtige Brücke erzeugte Potentialdifferenz genutzt, um die durch Temperaturänderungen am kalten Ende der Thermoelemente verursachten Änderungen im Thermopotential auszugleichen. Kompensationsbrücken gibt es als eigenständige Produkte sowie in Geräten integriert. 4. Methode mit Kompensationsleitungen: Das ist eine gängige Methode. Dabei wird der Thermoelement verlängert, wodurch die kalte Spitze an einen Ort mit stabilerer Temperatur gebracht wird – in der Regel in den Steuerraum. Anschließend wird die Temperatur der kalten Spitze manuell justiert, indem der Nullpunkt des Messinstruments auf die Raumtemperatur eingestellt wird. Alternativ kann auch eine automatische Kompensation durch die Schaltkreise im Messinstrument erfolgen. Bei Edelmetall-Thermoelementen ist es außerdem nicht möglich, die Thermoelemente zu verlängern – der Preis ist dabei zu hoch. Deshalb werden für die Verlängerung Leitungen aus weniger wertvollen Metallen verwendet, deren thermoelektrische Eigenschaften denjenigen der Edelmetalle ähneln. Die Regelung der Temperatur im Zwischenbereich basiert auf der Theorie der Kompensationsleitungen. Kompensationsschläuche können die Temperaturänderungen am kalten Ende der Thermoelemente nicht automatisch ausgleichen; sie dienen lediglich dazu, das kalte Ende der Thermoelemente an einen Ort mit stabilerer Temperatur zu bringen. Die eigentliche Kompensation muss weiterhin von Hand sowie mit Hilfe von Messgeräten vorgenommen werden. Daher sollte die Ersatzleitung als Verlängerungskabel für Thermoelemente bezeichnet werden, damit keine falschen Vorstellungen entstehen.