Ausgleichsleitung und Thermoleitung für Thermoelemente

Warum braucht ein Thermoelement eine spezielle Leitung?

Ein Thermoelement erzeugt seine Thermospannung zwischen zwei Leitern unterschiedlicher Metalle. Damit das Messsignal unverfälscht zum Auswertegerät gelangt, müssen die thermoelektrischen Eigenschaften der Leitung über den gesamten Signalweg erhalten bleiben. Eine Übersicht der lieferbaren Ausführungen finden Sie in der Kategorie Thermoelemente.

Eine Verlängerung mit Kupferleitungen ist deshalb ungeeignet. An den Übergängen zwischen Thermoelementwerkstoff und Kupfer entstehen zusätzliche Thermospannungen, die – insbesondere bei unterschiedlichen Übergangstemperaturen – das Messergebnis verfälschen.

Aus diesem Grund werden Thermoelemente ausschließlich mit Thermo- oder Ausgleichsleitungen verlängert. Diese sind auf den jeweiligen Thermoelementtyp abgestimmt und gewährleisten eine präzise Übertragung der Thermospannung. Wie das Messprinzip dahinter im Detail funktioniert, erläutert der Beitrag zur Funktionsweise von Thermoelementen.

Thermoleitung oder Ausgleichsleitung: Was ist der Unterschied?

Thermoleitungen und Ausgleichsleitungen übertragen beide das Thermoelementsignal zur Vergleichsstelle. Der Unterschied zwischen den beiden Leitungstypen liegt im Material der Leiter und wirkt sich auf Genauigkeit, zulässigen Temperaturbereich und Preis aus.

Thermoleitung mit Originalwerkstoff (Kennbuchstabe X)

Eine Thermoleitung besteht aus denselben Legierungen wie das zugehörige Thermoelement. Nach DIN EN 60584-3 wird sie mit dem Buchstaben X gekennzeichnet, der dem Kennbuchstaben des Thermopaares nachgestellt wird: KX steht für die Thermoleitung zum Typ K, JX für Typ J.

Weil die Leiter aus Originalmaterial gefertigt sind, liefert eine Thermoleitung die höchste Messgenauigkeit und ist in den Genauigkeitsklassen 1 und 2 erhältlich. Der geprüfte Temperaturbereich liegt in der Regel bei 0 bis +200 °C.

Eine verwandte Variante ist die Thermoelementleitung: Sie besteht ebenfalls aus dem Originalwerkstoff des Thermopaares, ist aber über den gesamten Temperaturbereich des Thermoelements geprüft und nicht nur bis +200 °C. Thermoelementleitungen werden als Spezialartikel auf Anfrage gefertigt und tragen eine Doppelbezeichnung wie KK oder JJ.

Ausgleichsleitung mit Ersatzwerkstoff (Kennbuchstabe C)

Eine Ausgleichsleitung verwendet kostengünstigere Ersatzwerkstoffe, die innerhalb eines definierten Temperaturbereichs die gleichen thermoelektrischen Eigenschaften besitzen wie das zugehörige Thermopaar. Die Kennzeichnung erfolgt mit dem Buchstaben C nach dem Typ des Thermoelements: KC für Typ K, JC für Typ J.

Existieren mehrere Ersatzwerkstoffe für denselben Thermoelementtyp, wird ein zusätzlicher Buchstabe angehängt: KCA und KCB bezeichnen zwei Varianten für Typ K mit unterschiedlichem Temperaturbereich. Ausgleichsleitungen werden in der Genauigkeitsklasse 2 nach DIN EN 60584-3 geliefert.

Der Einsatzbereich liegt typischerweise zwischen 0 und +200 °C, je nach Variante auch nur bis +100 °C. Besonders bei Edelmetall-Thermoelementen wie Typ S oder Typ R ist die Ausgleichsleitung die wirtschaftliche Standardlösung, weil eine Thermoleitung aus Platin-Rhodium ein Vielfaches kosten würde.

Welche Leitung passt zu welchem Thermoelementtyp?

Die Leitung muss thermoelektrisch zum Thermoelement passen. Ein Thermoelement Typ K benötigt eine Typ-K-Leitung, ein Thermoelement Typ J eine Typ-J-Leitung. Wird eine Leitung eines anderen Typs angeschlossen, stimmt die Messkurve nicht überein und es entsteht eine dauerhafte Messabweichung, die sich nicht kalibrieren lässt.

Ausgleichsleitung und Thermoleitung Typ K

Für das Thermoelement Typ K (NiCr-Ni), den häufigsten Typ in der industriellen Temperaturmessung, stehen sowohl Thermoleitung als auch Ausgleichsleitung zur Verfügung. Die Thermoleitung trägt die Bezeichnung KX und ist bis +200 °C geprüft.

Als Ausgleichsleitungen kommen KCA (0 bis +150 °C) und KCB (0 bis +100 °C) zum Einsatz. Die Farbkennzeichnung des Außenmantels ist nach IEC 60584 grün, mit grünem Plusleiter und weißem Minusleiter. Eine vollständige Übersicht der Farben pro Typ und Norm finden Sie im Beitrag zum Thermoelement-Farbcode.

Leitungen für Thermoelement Typ J und Typ L

Das Thermoelement Typ J (Fe-CuNi) wird mit der Thermoleitung JX verbunden. Ausgleichsleitungen für Typ J sind seltener im Einsatz, weil Eisen und Konstantan vergleichsweise günstige Werkstoffe sind und eine Thermoleitung hier wirtschaftlich bleibt.

Die Mantelfarbe nach IEC 60584 ist Schwarz. Typ L ist nach DIN 43710 nicht mehr genormt, kommt in Bestandsanlagen aber weiterhin vor und verwendet eigene Farbkennzeichnungen nach DIN 43714.

Leitungen für Edelmetall-Thermoelemente Typ S

Das Thermoelement Typ S (PtRh-Pt) misst Temperaturen bis über 1.600 °C und wird häufig in Ofen- und Schmelzprozessen eingesetzt. Hier ist die Ausgleichsleitung der Standard, weil Platin-Rhodium als Leiterwerkstoff unwirtschaftlich wäre.

Die Ausgleichsleitung SCA verwendet kupferbasierte Ersatzwerkstoffe und ist bis etwa +200 °C spezifiziert. Die Mantelfarbe nach IEC 60584 ist Orange.

Isoliermaterialien und ihre Temperaturgrenzen

Das Isoliermaterial schützt die Leiter vor mechanischer Beschädigung, Feuchtigkeit und chemischen Einflüssen. Es bestimmt gleichzeitig, welche Temperatur die Leitung im Dauerbetrieb aushält. Die folgende Übersicht zeigt die gängigsten Materialien mit ihren indikativen Höchsttemperaturen:

Für flexible Installationen in gemäßigter Umgebung eignet sich eine silikonummantelte Leitung. Verläuft die Leitung entlang heißer Maschinenteile oder durch einen Ofen, ist Glasseide die robustere Wahl, weil sie nicht brennbar ist und hohe Temperaturen dauerhaft aushält.

In der chemischen Industrie oder im Labor, wo die Leitung Kontakt mit Ölen oder aggressiven Stoffen hat, bietet PTFE die beste chemische Beständigkeit. Die angegebenen Temperaturen sind indikativer Natur und hängen von der konkreten Ausführung und den Betriebsbedingungen ab.

Häufige Fehler bei Thermoelement-Leitungen vermeiden

Bei der Auswahl und dem Anschluss von Thermo- und Ausgleichsleitungen treten in der Praxis immer wieder dieselben Fehler auf:

• Falscher Leitungstyp: Eine Leitung eines anderen Thermoelementtyps erzeugt eine strukturelle Messabweichung, die im laufenden Betrieb nicht immer sofort auffällt. Die Farbkennzeichnung der Leitung hilft, den richtigen Typ zuzuordnen.
• Verlängerung mit Kupferleitung: An den Übergängen zwischen Thermoelementwerkstoff und Kupfer entstehen zusätzliche Thermospannungen. Das Auswertegerät misst dann nicht mehr die Temperatur an der Messstelle, sondern einen verfälschten Summenwert.
• Ausgleichsleitung oberhalb ihres Temperaturbereichs: Jenseits der spezifizierten Anschlusstemperatur weichen die thermoelektrischen Eigenschaften der Ersatzwerkstoffe vom Thermopaar ab und die Leitung selbst wird zur Fehlerquelle.
• Verpolung: Werden Plus- und Minusleiter vertauscht, kehrt sich das Vorzeichen der Thermospannung um. Die Temperaturanzeige reagiert dann spiegelverkehrt oder zeigt beim Erwärmen fallende Werte an.
• Falsche Isolierung für die Umgebung: Eine PVC-isolierte Leitung in einer heißen Umgebung verliert langfristig ihre Schutzfunktion, was zu Messstörungen oder Kurzschlüssen führen kann.

Thermoelemente und Anschlussleitungen von Frenz GmbH

Die Frenz GmbH liefert Thermoelemente sowie passende Thermo- und Ausgleichsleitungen für alle gängigen Thermoelementtypen. Wir beraten Sie bei der Auswahl der geeigneten Leitung – abgestimmt auf Thermoelementtyp, Umgebungstemperatur und Einsatzbedingungen.

Zum Lieferprogramm gehören Thermoelemente in verschiedenen Bauformen, darunter Bajonett-, Mantel-, Steck- und Oberflächenthermoelemente – als Lagerware oder Maßanfertigung bereits ab Stückzahl 1. Einen vollständigen Überblick über alle Thermoelementtypen und ihre Einsatzbereiche bietet der Leitfaden zu Thermoelementen.

Für eine persönliche Beratung erreichen Sie uns unter info@frenztechnik.de oder telefonisch unter +49 (0) 2351 552 599-1.