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EP3314-0002
Abb. 6: Verkettung der Unsicherheiten in der Temperaturmessung mit Thermoelementen
Bei der Messung einer Temperatur gibt es verschiedene Einflussfaktoren auf die Genauigkeit, aus denen
sich dann die Gesamtungenauigkeit (Gesamtunsicherheit) ergibt.
Unsicherheit der Spannungsmessung
In erster Linie ist die Messung einer Temperatur mit Thermoelementen keine wirkliche Temperaturmessung,
sondern eine Spannungsmessung mit anschließender Umrechnung in eine Temperatur. Die Genauigkeit der
Spannungsmessung ist also Grundlage für die Genauigkeit der Temperaturbestimmung. Da eine Änderung
von 1 °C am Sensor je nach Thermoelement-Typ eine Änderung im einstelligen µV Bereich bewirkt, hat
schon eine geringe Unsicherheit der Spannungsmessung einen großen Einfluss auf das Endergebnis.
Unsicherheit der Temperaturumrechnung
Die Umrechnung der gemessenen Spannung in eine Temperatur erfolgt bei der Auswertung entweder über
Wertetabellen aus der Spannungs-Temperatur-Kennlinie eines Thermoelement-Typs oder über die
Näherung durch ein Polynom. Aufgrund der Nichtlinearität der Spannungs-Temperatur-Kennlinie sind beide
Möglichkeiten nur Näherungen an den realen Verlauf, sodass sich durch die Umrechnung eine weitere
(kleine) Unsicherheitskomponente aus der Transformation ergibt.
Unsicherheit der Kaltstellenerfassung
Die Kaltstellenkompensation in Thermoelement-Messgeräten muss am Übergang vom Thermoelement auf
die Kupferkontakte der Elektronik erfolgen. Dabei ist häufig das Problem, dass die Temperatur an diesem
Punkt aus mechanischen Gründen nicht direkt erfassbar ist. Die Temperatur der Kaltstelle muss häufig mit
einigen Millimetern Abstand oder durch einen Mittelwert der Temperaturen im Gehäuse angenähert werden.
Da der genaue Wert aber häufig nicht bestimmt werden kann, ergibt sich auch daraus eine Unsicherheit.
Unsicherheit des Sensors
Die drei beschriebenen Einflussfaktoren auf die Unsicherheit beschreiben nur die Unsicherheiten in der
Auswertung der Thermoelemente. Die Genauigkeit des Thermoelements selbst kommt noch dazu und muss
einzeln betrachtet werden.
Da es sich bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen eigentlich um eine Spannungsmessung
handelt und die Thermoelemente eine nichtlineare Spannungs-Temperatur-Kennlinie haben ist es nicht
möglich, die einzelnen Temperaturunsicherheiten einfach zu addieren, um die Gesamtunsicherheit zu
erhalten. Zur Berechnung der Gesamtunsicherheit müssen alle Temperaturwerte in den zugehörigen
Spannungswert des Thermoelement-Typs umgerechnet werden. Bei einer Addition der Temperaturen ergibt
sich ein Fehler, wie in dem Beispiel im Kapitel „Bestimmung der absoluten Temperatur" beschrieben.
Eine Beispielhafte Auswertung der Unsicherheiten der Auswertung eines Thermoelements für eine
Thermoelementklemme EL331x mit interner Kaltstellenkompensation und Umrechnung der Spannung in
eine Temperatur über ein Polynom zweiten Grades ist in der folgenden Abbildung dargestellt. In der
Abbildung wird nicht die Unsicherheit des Thermoelements selber betrachtet, diese kommt noch dazu!
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Version: 2.6
EP3204-0002 und EP3314-0002
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