Referenzstelle - Hameg HM8112-3 Benutzerhandbuch

len. Sie wird Kontaktspannung oder auch Thermospannung
genannt. Durch die immer vorhandene Wärmebewegung der
Elektronen im Metallgitter können einige Elektronen an der Me-
talloberfläche das Gitter verlassen. Dazu wird Energie benötigt,
um die Austrittsarbeit zu verrichten und die Bindungskräfte im
Metallgitter zu überwinden. Berühren sich nun zwei Metalle,
deren Bindungskräfte unterschiedlich sind so treten aus dem
Metall mit den kleineren Bindungskräften Elektronen aus und
fließen zum Metall mit den größeren Bin-dungskräften. Schaltet
man nun zwei solche Kontaktstellen zusammen, und besitzen
die beiden Enden des Thermoelementes ein unterschiedliches
Temperaturniveau, fließt ein Strom.
Temperaturmessung mit dem NiCr-Ni Thermoelement
– Der NiCr-Draht und der Ni-Draht sind an beiden Enden
miteinander verbunden.
– Die Kontaktstelle 1 (KS1) besitzt in unserem Fall eine höhere
Temperatur als Kontaktstelle 2 (KS2).
– Wegen der Temperaturbewegung an KS1 lösen sich Elek-
tronen im NiCr-Draht aus dem Metallgitter.
– Die Elektronen fließen zum Ni-Draht und bilden den Drift-
strom I1 .
Drift
– Der Driftstrom I1 fließt über KS2 und bildet dort den
Drift
Diffusionsstrom I .
Diffusion
– An KS2 bildet sich aufgrund der Temperaturbewegung
ebenfalls ein Driftstrom I2
– I2 wirkt dem Driftstrom an KS1 entgegen.
Drift
– I2 ruft auch an KS1 einen Diffusionsstrom hervor.
Drift
– Der Gesamtstrom I
Therm
tigen Addition der einzelnen Ströme.
I = I1 + I2
Therm Drift Drift
– Wird die Temperatur an KS1 kleiner als an KS2 kehrt sich
die Stromrichtung von I
Therm
– Ist die Temperatur an KS1 und KS2 identisch, heben sich
die beiden Ströme I1
Drift
Um verschiedene Metalle und deren thermoelek-
trischen Eigenschaften zueinander zu beschreiben,
wurde die Temperaturabhängigkeit der Metalle zu
Platin ermittelt. Es ergibt sich die thermoelektri-
sche Spannungsreihe in [mV/100 K] bezogen auf
Platin.
Thermoelektrische Spannungsreihe
Bezugstemperatur ist 0 °C,
Messtemperatur 100 °C, in [mV/100 K]
Platin Nickel Kupfer
(Pt) (Ni) (Cu)
0,0 -1,2 ...-1, 94 +0,75
Cu-Leitung
U
Therm
Cu-Leitung
T = const
Ref
Isothermalblock
Referenzstelle KS2
T = const
Referenz
Wird die eine Kontaktstelle (KS2) als Referenz auf einem
bekannten Temperaturniveau gehalten, kann die andere Kon-
taktstelle (KS1) zur Temperaturmessung benutzt werden. Die
Thermospannung ist proportional zur Temperaturdifferenz an
den Kontaktstellen KS1 und KS2.
I ist proportional zu ΔT = T
Therm
(Seebeck-Effekt)
.
Drift
ergibt sich aus der vorzeichenrich-
um.
und I2 auf.
Drift
Eisen Chrom-Nickel
(Fe) (CrNi)
+1,88 +2,2
Messfühler
Tempe-
ratur
NiCr-Draht
T
Mess
Ni-Draht
Mess-
Stelle
KS1
– T
KS1 KS2
T e m p e r a t u r m e s s u n g
Die Cu-Zuleitungen beeinflussen die Messung nicht, sofern
diese sich auf dem selben Temperaturniveau befinden wie die
Referenzstelle. Die Referenzstelle (KS2), auch Isothermalblock
genannt, wird mit einem weiteren Temperatursensor und einer
entsprechenden Regelschaltung auf einem konstanten Tem-
peraturniveau gehalten.
7.5

Referenzstelle

Für die Temperaturmes-
sung mit einem Thermo-
element ist es notwendig,
außer der Mess-Stelle
auch eine Vergleichstelle
zu definieren. Die Tem-
pera-turdifferenz zwi-
schen der Mess-Stelle
und dieser Referenzstelle
erzeugt eine zur Temperaturdifferenz proportionale Thermo-
spannung. Eine einfache Möglichkeit diese Referenzstelle zu
erzeugen ist das „Eisbad". Dies ist ein Wasserbad mit Eisstük-
ken. Es hält, mit einer Unsicherheit von 1 mK, relativ genau die
Temperatur von 0 °C. Dieses thermodynamische System „Eis-
bad" regelt sich so lange selbst, bis alle Eistücke geschmolzen
sind oder alles Wasser gefroren ist.
In der Praxis ist dieses Verfahren etwas umständlich. Wer
möchte schon eine Schüssel Wasser und einen Eisblock mit
sich herumschleppen. Und dies alles nur um schnell mal in
der Produktion die Temperatur eines Ofens zu kontrollieren.
Um dem Anwender den benötigten Handwagen zum Transport
der Utensilien und die Kühltruhe für die Erzeugung der Refe-
renzstelle zu ersparen, besitzen die meisten Messgeräte eine
interne Referenzstelle oder die Möglichkeit zur Angabe der
Referenztemperatur. Das HM8112-3 erlaubt durch Messung
mit einem PT-Fühler die genaue Bestimmung der Referenztem-
peratur und somit das genaue Messen mit Thermoelementen.
Thermoelemente sind im Vergleich zu PT-Fühlern günstig und
werden oft über Messstellenumschalter in größerer Anzahl
am Messgerät angeschlossen. So braucht es nur noch die
Messfühler und das passende Messgerät, sprich HM8112-3.
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