Thermoelement Versuch
| Autoren: Marc Ebmeyer |
Einleitung
Herr Seedbeck endeckte 1821, dass wenn zwei verschiedene Metalle ode Metallmischungen miteinander verbunden werden, man eine Temperaturabhängige Spannung messen kann den Seedbeck Effeckt. Der Messpunkt der Temperatur ist der Verbindungspunkt dieser beiden Leiter. Beim verbinden dürfen keine weiteren Materialien eingebracht werden, sodass das verlöten der beiden Leiter wegfält. Daher funktioniert verdrillen und verschweißen der beiden Leitungen. Unterschiedliche Verbindungen in den beiden Thermoelemntpaaren und Kombination dieser führt zu unterschiedlichen Thermospannungen. Dabei haben sich ein paarwenige Mischungen und Kombinationen in der Industrie durchgesetzt. Um sie einfacher zu unterscheiden hat man die Kombbinationen mit Buchstaben versehen.
| Typ | - Pol | + Pol | mV/100°C | |
|---|---|---|---|---|
| B | 94%Platin und 6%Rhodium | 70%Platin und 30%Rhodium | ||
| E | Konstantan | Chormel 90% Nickel und 10% Chrom | ||
| J | Konstantan 55% Kupfer, 44% Nickel und 1% Mangan | Eisen | ||
| K | Chormel | Alumel 90,7% Nickel, 3,1% Mangan, 4,2% Aluminium und 2,0% Silizium | ||
| N | Nisil 95,5%Nickel, 4,4%Silizium und 0,1% Magnesium | [ https://en.wikipedia.org/wiki/Nicrosil Nicrosil Nickel 14,4% Chrom, 1,4% Silizium und 0,1% Magnesium] | ||
| R | Platin | 87%Platin und 13%Rhodium | ||
| S | Platin | 90% Platin und 10% Rhodium | ||
| T | Konstantan | Kupfer |
Die Unterschiedlichen Materialkombinationen weisen unterschiedliche Temperatur Eigenschaften auf. Im Allgemeinenkann man sagen, das Platin Verbindungen für höhere Temperaturen geeignet sind, dafür aber eine niedriege Thermospannung erzeugen. Alle Thermoelementpaare erzeugen bei 0°C keine Thermospannung.
Anforderungen
Typ K
Typ J
Schaltung
Zur Verstärkung der erzeugten Thermospannung, dient uns in diesem Versuch ein Instrumentationsverstäker vom Typ INA326. Diesen benötigen wir, da wir am Thermoelement nur eine Spannung von 40uV pro 1°C (beim Typ-K) abfällt. Der Instrumentationsverstärker bietet eine Rail-to-Rail Eingang, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung bis fast an die positiven und negativen Betriebsspannungen heranreicht. Intern ist der INA326 so aufgaebaut, das wie ei allen Instrumentationsverstärkern erst ein Impedanzwandler an den Eingängen sitzt. Im Gegensatz zu anderen Instrumentationsverstärkern wird dann aber die Eingangsspannungen in einen Strom umgewandeltund treffen dann auf einen Stromspiegel, wodurch Gleichtaktstörungen und Schwankungen der Versorgungsspannung unterdrückt werden. Dannach erfolgt die konventionelle Verstärkung des Signals eingestellt durch die Widerstände R_2, R_3 und C_2. Da der Eingangsimpedanz vom INA 326 sehr groß ist, benötigen wir für den Eingangsvorspannungsstromparameter I_IB den Widerstand R_4, damit sich dieser abbauen kann.
Kaltstellen oder Vergleichstellen Kompensation
Schließt man ein Thermoelement Kabel an einer Messtelle an, so bekommt man immer eine zusätzliche Thermospannung eine sogenante Kaltstelle. Da man nun ja an das Thermoelement Material 1 und 2 seine Kupferleitung anschließen muss, welche zur Messauswertung führt, welche zwei weitere Thermospannungen erzeugen.
Kompensation
- Kühlen der beiden Anschlussstellen auf 0°C=> Dadurch keine Thermospannung. Einfach für eine Kalibrierung (Eiswasser), aber schwer im Praxis Prozessaltag (extra Peltier Kühlung Isolierunge der Anschlussstellen gegen Kondensfeuchtigkeit).
- Heißen der Anschlusstelle auf eine Konstante Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur (einfacher als Kühlen). Dadurch ergibt sich ein berechnbarer Fehler, den man ausgleichen kann. (Oft in Messgeräten fertig Implementiert)
Weblinks
Literatur
→ zurück zur Übersicht: WS 24/25: Escape Game