Temperatursensor mit einheitlichem Ausgangssignal THAU-003, THKU-003, TZHKU-003

Thermoelement mit 4-20 mA Ausgang (thermoelektrischer Temperaturwandler, Temperatursensor mit einheitlichem Ausgangs-Stromsignal 4-20 mA) THAU-003, THKU-003, TZHKU-003 ist zum Umwandeln der Temperatur der Arbeitsspitze des Thermoelements in thermoelektrische Spannung (Thermo-EMK) und anschließend in ein einheitliches Ausgangsstromsignal 4-20 mA bestimmt.

Thermoelemente werden zur Messung der Temperatur von flüssigen, rieselförmigen und gasförmigen Medien verwendet, die keine Stoffe enthalten, die mit dem Material der Schutzarmatur und dem Anschlusskabel reagieren.

Der Anwendungsbereich der Thermoelemente mit einheitlichem Ausgangssignal 4-20 mA umfasst Systeme zur Kontrolle und Regelung der Temperatur von technologischen Prozessen in verschiedenen Industriezweigen, Landwirtschaft, kommunalen Einrichtungen und Haushalt.

Funktionsprinzip des Thermoelements

Das Funktionsprinzip des Thermoelements basiert auf dem thermoelektrischen Seebeck-Effekt. Das Thermoelement hat zwei zusammengeschweißte Enden, eines wird in das Messmedium gestellt und heißt Arbeitsspitze oder Heißpunkt, das andere Ende am Anschluss des Geräts heißt Kaltpunkt. Herstellungsmethoden des Heißpunkts sind in Abbildung 1 dargestellt. Bei Temperaturdifferenz zwischen Heiß- und Kaltpunkt entsteht im Stromkreis eine thermoelektrische Spannung (Thermo-EMK), deren Wert am Eingang anliegt.

Abbildung 1 – Herstellungsarten des Heißpunkts

Die Arbeitsspitze wird in die Schutzarmatur eingebaut. Die Schweißstellen der Thermoelemente sind in verschiedenen Konfigurationen ausgeführt. Die Schweißstellen können geerdet oder ungeerdet sein, und zweielementige Thermoelemente können isoliert oder nicht isoliert sein. Konfigurationen der Heißpunkte sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2 – Konfigurationen der Heißpunkte

Die Erdung der Schweißstelle entsteht, wenn die Thermoelement-Schweißstelle mit dem Gehäuse des Primärwandlers verbunden ist. Geerdete Schweißstellen haben eine bessere Wärmeleitfähigkeit, was wiederum die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Andererseits machen Erdung die Thermoelement-Schaltungen anfälliger für elektrische Störeinflüsse, die das Thermospannungssignal verfälschen können, wenn das Messgerät keine galvanische Trennung aufweist. Alle hochwertigen Messwandler und Ein-/Ausgangskarten bieten standardmäßig eine elektrische Trennung. Geerdete Schweißstellen sind auch stärker von Verschmutzungen durch chemische Verunreinigungen betroffen.

Ein thermoelektrischer Wandler mit offenem Schweißpunkt hat eine Arbeitsspitze, die aus dem hermetisch abgedichteten Ende der Hülle hervorsteht und somit eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit gewährleistet. Die Abdichtung verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen Verschmutzungen in das Gehäuse. Solche Thermoelemente werden üblicherweise nur in nicht-korrosiven Gasen verwendet, z. B. in Luftkanälen.

Ungeerdete Schweißstellen liegen vor, wenn die Thermoelement-Elemente nicht mit dem Gehäuse des Primärwandlers verschmolzen sind, sondern von isolierendem Pulver umgeben werden. Ungeerdete Schweißstellen haben etwas geringere Reaktionsgeschwindigkeit als geerdete, sind dafür unempfindlicher gegenüber elektrischen Störungen.

Konstruktiv ist das Thermoelement mit 4-20 mA Ausgang (Modifikation – 003) ein Temperatursensor der Modifikation 002 mit einer in den Anschlusskopf integrierten Leiterplatte des 4-20 mA Wandlers.

Temperatursensoren mit einheitlichem Ausgangssignal:

• Wandlung des Widerstandswerts in ein Stromsignal (4..20 mA), proportional zur Temperatur;
• Messung und Übertragung des gemessenen Temperaturwerts über RS-485 Schnittstelle (ModBus RTU Protokoll).

Besonderheiten der Sensoren:

• minimale Länge des Montageabschnitts 60 mm;
• Versorgung durch eine Gleichspannungsquelle mit Nennspannung 24 V.