Ich dachte ein Thermoelement besteht aus zwei unterschiedlichen Materialien
Zwei Materialien ist "
im Prinzip" richtig.
In der Praxis sind aber mehr als zwei Materialien beteiligt. Durch Zuleitungen, Steckverbindungen, Spule eines µV-Meters, was auch immer.
All diese Materialien sind zu einem (Strom-)Kreis verbunden. An allen Stellen, an denen zwei verschiedene Materialien aufeinandertreffen, tritt der ThermoEffekt auf.
Der Physik ist es egal, ob wir ein Bauteil namens ThermoElement verwenden oder uns unwissentlich(?) selbst eins bauen, indem wir zwei verschiedene Materialien miteinander verbinden!
Besteht der Kreis nur aus diesen beiden Materialien und trifft in dem Kreis Material B auf Material A, tritt der Effekt auf. Folgt an einer anderen Stelle des Kreises Material A auf Material B, tritt der Effekt (die Spannung) ebenfalls auf, aber mit umgekehrtem Vorzeichen, da ja auch die Reihenfolge der beiden Materialien genau die umgekehrte ist.
Die beiden SpannungsWerte heben sich gegenseitig ganz auf, wenn die Temperatur der beiden Stellen ist identisch.
Ist sie nicht identisch, so verbleibt eine SpannungsDifferenz, die (grob gesagt) protortional zur TemperaturDifferenz der beiden Stellen ist.
Um diese SpannungsDifferenz messen zu können, müssen wir den Kreis auftrennen.
Variante 1:
Wir trennen diesen Kreis auf - irgendwo zwischen den beiden Stellen, an denen diese beiden Materialien A und B aufeinandertreffen.
Was sehen wir? Wir sehen zwei Stellen, an denen Material A auf Matrial B trifft, also zwei ThermoElemente!
Nun fügen wir an der aufgetrennten Stelle z.B. die Spule eines µV-Meters ein. Schon kommt ein drittes Material C ins Spiel und somit auch zwei weitere ThermoElemente, an denen Material C entweder nur auf Material A oder nur auf Material B trifft.
ABER diese stören uns nicht, da sie dieselbe Temperatur haben und ihre "Verfälschungen" des MessWerts sich gegenseitig aufheben!
Variante 2:
Hätten wir den Kreis an einer der beiden Stellen aufgetrennt, an denen Material A auf Material B trifft, so ist der Fall vielleicht schwerer zu verstehen, aber leichter auszuwerten.
In diesem Fall haben wir drei Materialien, die an drei Stellen aufeinandertreffen, also 3 ThermoElemente.
Der Einfluss, den Material C auf das eine TE (gebildet aus Material A und C) hat, ist derselbe, den es auf das andere TE (gebildet aus Material B und Material C) hat, wiederum aber mit umgekehrtem Vorzeichen.
D.h. diese beiden TE haben in Summe dieselbe Wirkung wie das ursprüngliche (aufgetrennte) TE (gebildet aus den Materialien A und B), sofern sie dieselbe Temperatur haben. Und die haben sie, weil sie direkt beieinander liegen. Das eingefügte Material C stört uns in der Summe also gar nicht!
Als wirksame ThermoElemente bleiben im Prinzip der Anfang der speziellen MessLeitung als "externe" MessStelle (dort wo Material A mit Material B verbunden ist) und das Ende dieser Leitung als "interne" MessStelle, dort wo die Leitung in unserer MessEinrichtung verschwindet und wo die Materialien A und B "indirekt" aufeinandertreffen.
Natürlich verdrillen wir nicht einfach an der "externen" MessStelle die abisolierten Drähte aus den Materialen A und B miteinander und fertig ist die MessSonde.
Sie wäre im Pinzip schon fertig, aber sie soll natürlich die zu messenden Temperaturen aushalten können, leicht ein- und auszubauen sein, keine Gase oder Flüssigkeiten eindringen lassen, u.s.w. und das TE auch elektrisch gut vom Gehäuse isolieren (bei möglichst gutem WärmeKontakt zwischen dem TE und der temperaturempfindlichen Stelle des Gehäuses!). Also verwenden wir hier ein spezielles Bauteil, das ThermoElement genannt wird.
Aber wohlgemerkt: wir haben am anderen Ende des Kabels ein weiteres ThermoElement, das sich nicht als Bauteil ThermoElement zu erkennen gibt. Es ist aber zwangsläufig - bei korrekter Verdrahtung - genau hier vorhanden!
Wir messen mit den beiden TE und den beiden an der Karte/Klemme ankommenden Drähten die
Differenz der Spannungen zwischen diesen beiden TE. Nicht mehr und nicht weniger!
Die Temperatur des "externen" TE können wir erst berechnen, wenn wir ausserdem die Temperatur des "internen" TE kennen und die beiden verwendeten Materialien.
Dazu muss die "interne" Temperatur gemessen werden (oder aufwändig auf einem bekannten Wert konstant gehalten werden).
Die Materialien werden in der Regel so ausgewählt, dass die Temperatur-Abhängigkeit der Spannung möglichst gross und somit gut messbar ist.
Natürlich sind auch andere GesichtsPunkte nicht unwichtig, z.B. der Preis und eine geringe Neigung der Materialien, zu oxidieren.
und es entsteht eine Spannung abhängig von der Temperatur und den verwendeten Materialien.
Ja, aber wir können mit der TE-Methode nicht die eine Temperatur an der einen Stelle messen, da wir es nicht nur beim Bauteil ThermoElement mit einen ThermoElement zu tun haben. Egal, wie wir es anstellen, wir erzeugen automatisch, bewusst oder unbewusst, auch weitere Stellen, an denen verschiedene Materialien aufeinandertreffen und somit weitere ThermoElemente bilden.
Die "Kunst" besteht nun darin, diese so anzuordnen, dass eine Stelle übrig bleibt, deren Temperatur man wissen will und eine weitere Stelle, an der man mit möglichst wenig Aufwand die BezugsTemperatur messen kann. Die beiden Stellen sollten desweiteren möglichst unterschiedliche Temperaturen aufweisen und so weit auseinander liegen, dass sie nicht thermisch gekoppelt sind.
Die Spannung wird dann über Tabellen oder Formeln in eine Temperatur umgerechnet.
Die Spannung bewegt sich dabei im mV Bereich.
Eigentlich eher im µV Bereich und - wie bereits dargelegt - gibt die gemessene Spannung nur Auskunft über die TemperaturDifferenz der beiden TE.
ich wüsste nicht, wie das mit normalen Analogeingängen zu messen wäre außer man setzt einen Messumformer dazwischen:
Was ist schon "normal"? In dem Fall ist es der MessUmformer, ...
- der eine SpannungsDifferenz misst und daraus unter Kenntnis der beiden Materialien eine TemperaturDifferenz berechnet und
- den Widerstand eines Pt100 oder Pt1000 misst und daraus die BezugsTemperatur berechnet und zu guter letzt
- aus beiden TemperaturWerten die Temperatur der eigentlichen MessStelle berechnet.
Es soll die eine oder andere Analog-Karte/-Klemme geben, die selbst die BezugsTemperatur messen kann, die selbst die DifferenzSpannung zweier TE im µV Bereich verarbeiten kann und die selbst daraus sogar passend zu den verwendeten Materialien die Temperatur der "externen" MessStelle berechnen kann.
Es soll aber auch Analog-Karten/-Klemmen geben, die mehr können als nur eine Spannung oder einen Strom zu messen.
Manche können Widerstände messen, u.a. und z.B. den Widerstand eines Pt100 oder eines Pt1000.
Dann wiederum andere, die die physikalischen Eigenschaften eines Pt100 oder Pt1000 austricksen bzw. überlisten und damit einen MessBereich "Klima" hinzufügen können.
"Normal" ist da heutzutage nichts mehr, ausser, dass die früher "normalen" Eigenschaften viel seltener gefragt werden, u.a. weil die früher "nicht normalen" - weil damals zu aufwändigen - Eigenschaften mittlerweile beherrscht und angeboten werden können.
Diese neueren Möglichkeiten sind Anwender-freundlich[er] und die Exemplare von Programmierern, die sich freiwillig mit Formeln herumschlagen, sterben ohnehin nach und nach aus.
