Was ist die Hauptursache für Schwankungen zwischen Thermoelementen des gleichen Typs?

Thermoelemente haben angegebene Toleranzen [ Wikipedia ]. Das charakteristische Verhalten wird jedoch durch die in Kontakt stehenden Materialien definiert, sodass es keine Größen- oder Formüberlegungen wie bei RTDs gibt. Was sind die Hauptquellen für Abweichungen/Toleranzen bei Thermoelementen?

Ein Kommentar zu dieser Antwort macht Variationen in den metallurgischen Eigenschaften verantwortlich, was plausibel erscheint, aber dies ist keine Quelle.

Was nun, bei Thermoelementen, RTDs oder beidem?
@PlasmaHH Whoops, Tippfehler - Thermoelemente

Antworten (3)

Nach meiner Erfahrung ergibt sich der Unterschied zwischen Thermoelementen des gleichen Typs typischerweise aus dem Herstellungsprozess. Ich habe eine Reihe von K-Typ-Thermoelementen mit Lichtbogenschweißen hergestellt, mit "genau" denselben Drahtlängen, bei derselben Temperatur und mit demselben Verstärker zeigen sie unterschiedliche Temperaturen im Bereich von ± 0,5 Grad Celsius an.

Meine einzige Erklärung dafür ist, dass während des Schmelzens unterschiedliche Mengen an Verunreinigungen in die Verbindungsstelle eingebracht werden, was hauptsächlich auf der Qualität der Leiter beruht, und dass das Phänomen mit der Temperatur der Verbindungsstelle im Moment des Schmelzens zusammenhängt.

Es überrascht nicht, dass Wikipedia auch einige nützliche Informationen dazu hat.

Grundsätzlich würde ich dem Typen in dem verlinkten Thread Recht geben.

Verunreinigungen in der Verbindungsstelle beeinflussen die Temperaturablesung nicht, vorausgesetzt, der Bereich mit Verunreinigungen ist isotherm. Wahrscheinlicher sind es Variationen innerhalb des Drahtes.

Thermoelemente sind nichts anderes als zwei (oder mehr) Metalle oder Legierungen in Kontakt, daher müssen die inhärenten Variationen metallurgischer Natur sein. Zu den metallurgischen Effekten gehören die Legierungen, ihre gleichmäßige Verteilung beim Ziehen des Drahtes sowie Effekte wie Glühen und Kaltverformung.

Natürlich kann die Konstruktion eines Thermoelements zu unterschiedlichen Messungen führen, je nachdem, wie das Thermoelement hergestellt oder montiert ist und wie Wärme vom zu messenden Objekt die Leitungen hinunter (oder hinauf) fließt.

Verlängerungskabel bestehen nicht immer aus der gleichen Metallart oder sind nach den gleichen Spezifikationen hergestellt, sodass die gesamte Thermoelementbaugruppe Fehler aufweisen kann, wenn der Übergang zum Verlängerungskabel weit von der Raumtemperatur entfernt ist. Der Hauptgrund für die Verwendung unterschiedlicher Materialien besteht darin, Geld zu sparen und die Verwendung robuster Leiter zu ermöglichen, insbesondere bei Edelmetall-Thermoelementtypen (am häufigsten Typen S, R, B, aber auch Gold wurde verwendet).

Um Thermoelemente zu verstehen, müssen Sie drei Dinge beachten:

  1. Thermoelemente messen ihre eigene Temperatur. Sie messen keine Lufttemperatur, Wassertemperatur oder irgendetwas anderes; Sie messen die Temperatur des Drahtes.
  2. Thermoelemente messen keine absolute Temperatur, sie messen Temperaturunterschiede oder relative Temperatur. Wenn Sie ein Thermoelement-basiertes Temperaturmessgerät haben, das einen absoluten Messwert liefert, wird auch eine andere Temperaturreferenz verwendet. (Dies wird als Vergleichsstellenkompensation bezeichnet.)
  3. Thermoelementverbindungen sind wichtig und unbedeutend. Der thermoelektrische Effekt ist ein Drahteffekt, die Verbindungsstellen sind genau dort, wo Sie Drähte wechseln. Es gibt Leute, die versuchen, die Verbindungsstelle so klein wie möglich zu machen, weil sie denken, dass das Thermoelement die Temperatur an der Verbindungsstelle misst. Thermoelemente messen die Temperatur über den Draht. Es ist nicht die thermische Masse der Verbindungsstelle, sondern die thermische Masse des Drahtes, die wichtig ist.

Die häufigste Quelle für Schwankungen bei Thermoelementen ist der Draht (der zu Änderungen der thermischen Masse und des elektrischen Widerstands führt, und in Millivoltsystemen wie Thermoelementen ist der Widerstand sehr signifikant). Aber oft ist die signifikante Quelle von Unterschieden in den Thermoelement-Messwerten nicht das Thermoelement, sondern der Rest des Systems. Gleichtaktrauschen kann ein Problem sein, ebenso wie Rundungsfehler. Die Drahtlänge ist fast nie eine Fehlerquelle (vorausgesetzt, Sie verwenden Thermoelementdraht), aber Abschirmung, Anschlüsse und Oxidation können alle Probleme sein, insbesondere die Oxidation heißer Verbindungsstellen (sogar an Schweißverbindungen) kann zu Fehlern führen und ist der häufigste Grund dafür Ersetzen Sie alte Thermoelemente (Hitze, unterschiedliche Metalle und Strom sind ein Rezept für unerwünschte Reaktionen.).

Dies beantwortet die Frage nicht, da ich herstellerspezifische Toleranzen spreche, von denen wir sicher annehmen können, dass sie auf wiederholbaren Messungen am selben System basieren. Außerdem sollte der Widerstand bei Thermoelementen nicht signifikant sein, da kein Strom fließt.
Es ist nur eine Annäherung (eine, die um einiges abweichen kann), dass eine Thermoelement-EMK einen Temperaturunterschied darstellt.
@SpehroPefhany, der thermoelektrische Effekt steht nicht in direktem Zusammenhang mit EMF. (und ich weiß, dass es nicht linear ist).
@Eoin, in Metall fließt immer Strom, das macht es zu Metall (sonst wäre es ein Salz oder Gas), aber darüber hinaus funktionieren Thermoelemente, weil in ein Metall eingebrachte Wärme die Elektronenbewegung messbar erhöht (und mit unterschiedliche Metalle führen zu unterschiedlichen Elektronenbewegungen in jedem Draht. Die vom Thermoelement erzeugte Spannung und der Strom sind klein, was den Widerstand sehr wichtig macht. Denken Sie an v = ir. Was die Herstellertoleranzen anbelangt, wird jeder gute Ingenieur messen, was sein Produkt leisten kann, aber wird sagen, es ist nicht so gut, wie es ist, also sind die einzigen Überraschungen gut
@hildred V=IR ist nicht besonders wichtig. Sie können eine Spannungsdifferenz haben, ohne dass ein Stromfluss erforderlich ist. Sie werden natürlich ein Multimeter mit einem endlichen Widerstand anschließen, um die Spannung zu messen, aber dann ist der Widerstand des Messgeräts wichtig, nicht irgendein elektrischer Widerstand im TC selbst. Auch ein Stromfluss (was für mich einen systematischen Ladungsfluss bedeutet, nicht eine zufällige Elektronendiffusion) ist kein definierendes Merkmal eines Metalls, sondern die elektronische Energieniveaustruktur.
@Eoin, In Millivoltsystemen ist die Spannung so niedrig, dass selbst bei Instrumenten mit hoher Impedanz der Widerstand immer noch ein Faktor ist. Es ist wahr, dass in Nicht-Millivolt-Systemen die Instrumentenimpedanz so stark dominiert, dass der Fehler auf ein vernachlässigbares Maß reduziert wird, aber in einem Millivolt-System, das in der Lage sein könnte, ein paar Ohm Drahtwiderstand abzuschütteln, sagen wir, eine einzige schlechte Verbindung 50 oder 100 Ohm führen zu Fehlern. Auch nur weil Sie Spannung ohne Stromfluss haben können, können Sie keine Spannung ohne sie messen.
Was ist die Hauptursache für Schwankungen zwischen Thermoelementen des gleichen Typs?
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