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EP3314-0002
kontinuierlich, während der Messung, mit möglichst geringer Unsicherheit gemessen werden. In einigen
Anwendungen kann sich die Kaltstelle beispielsweise in einem Eisbad (0 °C) befinden. Dann entspricht die
über die Thermospannung ermittelte Temperatur sowohl der Temperaturdifferenz ΔT als auch der absoluten
Temperatur. In vielen Anwendungen ist diese Möglichkeit jedoch nicht umsetzbar, sodass eine
Kaltstellenkompensation erforderlich ist.
Bei der Thermoelement-Auswertung mit EtherCAT- und Busklemmen im IP20 Gehäuse wird die
Kaltstellentemperatur am Übergang vom Thermoelement auf die Kupferkontakte in der frontseitigen Leiter-
Anschlussebene des Beckhoff Moduls/ Klemme gemessen. Dieser Wert wird im Betrieb intern in der
Klemme über einen Sensor kontinuierlich gemessen, um so die ermittelten Werte zu korrigieren. Diese
kontinuierliche Messung auch ausgeschaltet werden, um beispielsweise eine externe
Kaltstellenkompensation zu nutzen.
Bei den EJ-Steckmodulen für die Leiterkarte ist die Kaltstellenmessung nicht im Modul integriert. Hier muss
eine externe Messung der Kaltstelle erfolgen. Diese Temperatur kann dann für die Kaltstellenkompensation
und die Berechnung der absoluten Temperatur an das Modul übergeben werden.
Bei IP67-Modulen und bei EJ-Steckmodulen liegt die Kaltstelle außerhalb des Moduls. Für die
Kaltstellenkompensation müssen Pt1000-Messwiderstände extern angeschlossen werden.
Für IP67-Module bietet Beckhoff zu diesem Zweck den Stecker ZS2000-3712 mit integriertem Pt1000-
Messwiderstand an.
Bestimmung der absoluten Temperatur
Bei der Temperaturmessung mit einem Thermoelement handelt es sich um eine differentielle
Temperaturmessung, bei der der Temperaturunterschied zwischen der Messstelle und der Vergleichsstelle,
bzw. der Kaltstelle („Cold Junction"), ermittelt wird. Um die absolute Temperatur an der Messstelle zu
ermitteln, muss die gemessene Thermospannung daher um die Thermospannung an der Kaltstelle korrigiert
werden. Mit der korrigierten Thermospannung kann dann die Absoluttemperatur an der Messstelle aus
geeigneten Tabellen oder Kennlinien ermittelt werden. Aufgrund der Nichtlinearität der Kennlinie ist es
zwingend notwendig, dass diese Verrechnung mit den Spannungen und nicht mit der Temperatur
durchgeführt wird. Andernfalls würde sich ein wesentlicher Fehler in der Messung ergeben.
Herausforderungen bei der Messung der Temperatur mit Thermoelementen
- Linearisierung
- Kaltstellenkompensation
Allgemein wird die absolute Temperatur über folgende Beziehung berechnet:
U
= U
+ U
measuring point
thermo
cold junction
T
= f(U
measuring point
measuring point
Nachfolgend wird die Bestimmung der absoluten Temperatur beispielhaft mit der Korrektur der
Thermospannungen und mit der Korrektur der Temperatur durchgeführt. Anhand der Beispielrechnung kann
der bei falscher Berechnung entstehende Fehler gezeigt werden.
Gesucht: T
measuring point
Bekannt: Thermoelement-Typ K, U
1. Möglichkeit: Berechnung der Thermospannungen – RICHTIG
Die Thermospannung an der Kaltstelle U
der Spannungs-Temperatur-Kennlinie oder –Tabelle für den Thermoelement-Typ K bestimmt werden:
U
= U(22 °C) = 0,879 mV.
cold junction
Anschließend kann die Thermospannung der Messstelle bezogen auf 0 °C ermittelt werden:
U
= U
+ U
measuring point
thermo
cold junction
24
)
= 24,255 mV, T
thermo
muss aus anhand der bekannten Temperatur T
cold junction
= 24,255 mV + 0,879 mV = 25,134 mV.
Version: 2.6
= 22 °C
cold junction
EP3204-0002 und EP3314-0002
aus
cold junction
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