Temperaturmessung in unterschiedlichen Atmosphären

Inhaltsverzeichnis

Industrielle Temperaturmessungen sind oft durch anspruchsvolle Umgebungen gekennzeichnet. Die Wahl des richtigen Thermoelements ist entscheidend für die Prozesseffizienz sowie Sicherheit und/oder Produktqualität. Obwohl jede Anwendung einzigartig ist, werden wir in diesem Artikel einige Faktoren betrachten, die bei der Auswahl eines Thermoelements für jede der häufigsten Betriebsatmosphären zu berücksichtigen sind:

  • Vakuum
  • Reduzieren
  • Oxidierend
  • Inert

In den folgenden vier Abschnitten werden die am besten geeigneten Mantelmaterialien und geeigneten Thermoelementtypen für jede Umgebung zusammen mit einigen Beispielen für industrielle Anwendungen angegeben. Wir hoffen, dass dies Ihnen dabei hilft, eine fundierte Entscheidung zu treffen.

Dieser Artikel setzt grundlegende Kenntnisse darüber voraus, was bei der Auswahl eines Thermoelements und der Konstruktion einer Baugruppe berücksichtigt werden muss. Einen Überblick über allgemeinere Faktoren wie Temperaturbereich, Reaktionszeit, Platzierung und Genauigkeit erhalten Sie in diesem Artikel.

Temperaturmessung im Vakuum

    Eine Vakuumumgebung ist eine Umgebung ohne Materie und wird in der Praxis als nahezu kein Gasdruck (viel geringer als der atmosphärische Druck) definiert. Faktoren wie Druck, Dichte, fehlende Wärmeübertragung durch Leitung oder Konvektion und geringe Wärmeleitfähigkeit sind für die korrekte Funktion von Thermoelementen im Vakuum relevant.

    Industrielle Anwendungen in Vakuumumgebungen

    • Luft- und Raumfahrt
    • Vakuumöfen
    • Halbleiteranwendungen
    • PVD-Anwendungen (Physical Vapor Deposition)
    • Kristallzüchtung
    • Kernenergie
    • Hochentwickelte Keramik
    • Solarzellen

    Überlegungen zu Thermoelementen im Vakuum

    Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der Thermoelementtypen, die sich am besten für eine Vakuumatmosphäre eignen.

    TypVerbindungsmaterialienTemperaturbereichEmpfindlichkeitHinweise
    JEisen-Konstantan0°C bis 760°C55uV/°CGeringe Kosten Erfordert eine Ummantelung im Vakuum.
    KChromel (Nickel&Chrom) – Alumel (Nickel&Aluminium)-184°C bis 1260°C39uV/°CGeringe Kosten Erfordert eine Ummantelung im Vakuum Vakuum.
    TKupfer-Konstantan-184°C bis 400°C45 uV/°CZuverlässig bis 370°C und stabil bei niedrigen Temperaturen.
    NNicrosil-Nisil0°C bis 1100°C10,4 uV/°CGeringere Kosten als die Typen B, R und S. Sehr genau und zuverlässig bei hohen Temperaturen. Erfordert eine Hülle für die Verwendung im Vakuum.
    CWolfram (5 %)/Rhenium – Wolfram (26 %)/Rhenium0 °C bis 2300 °C16 uV/°CHervorragend geeignet für Hochtemperaturvakuum Ungeschütztes Thermoelement
    BPlatin (6 %)/Rhodium – Platin (30 %)/Rhodium38 °C bis 1800 °C10,4 uV/°C Für Anwendungen mit sehr hohen Temperaturen vorgesehen. Funktioniert nur für kurze Zeit im Vakuum zuverlässig und erfordert den Schutz einer Hülle.
    RPlatin (13%)/Rhodium – Platin0°C bis 1593°C6uV/°CGeeignet für sehr hohe Temperaturen und kurze Zeit im Vakuum. Verunreinigt leicht und sollte mit einer Hülle im Vakuum verwendet werden.
    SPlatin (10%)/Rhodium – Rhodium/Platin0°C bis 1538°C10,4uV/°CWird normalerweise mit einer Hülle verwendet. Nur für kurze Zeit im Vakuum vorgesehen. Hohe Kosten, daher nur für Spezialanwendungen

    Mantelmaterialien

    Zu den Mantelmaterialien, die für die Temperaturmessung im Vakuum geeignet sind, gehören Tantal, Molybdän, INC600 und Niob 1 % Zink. Besuchen Sie unsere Übersicht über Mantelmaterialien und ihre unterschiedlichen Eigenschaften.

    Hochtemperaturmessungen

    Bei Temperaturen über etwa 1200 °C kommen herkömmliche Thermoelementlegierungen zu nahe an ihren Schmelzpunkt und können nicht für genaue Messungen verwendet werden. Aus diesem Grund bietet Kamet eine Reihe spezieller Hochtemperaturthermoelemente an, die für bestimmte Vakuumumgebungen wie Öfen relevant sein können.

    Herausforderungen bei der Vakuumheizung

    Kamet kann nicht nur Lösungen für die Temperaturmessung im Vakuum, sondern auch für die einzigartigen Herausforderungen der Heizung im Vakuum anbieten.

    Als Experten auf dem Gebiet der Heizung mit jahrzehntelanger Innovation und Erfahrung können wir Sie bei allen Problemen beraten, die bei der Vakuumheizung auftreten können. Sie können mehr über unsere (maßgefertigten) Heizungen lesen oder sich mit uns in Verbindung setzen, um die verschiedenen Lösungen und Optionen mit einem unserer Experten zu besprechen.

    Temperaturmessung in einer reduzierenden Umgebung

    Eine reduzierende Umgebung ist eine Umgebung, in der Oxidation verhindert wird, da das Thermoelement von Reduktionsmitteln (Gasen, die Sauerstoff entfernen, normalerweise Wasserstoff oder Stickstoff) umgeben ist.

    Beispiele für industrielle Prozesse mit reduzierenden Umgebungen

    • Metallurgie
    • Wärmebehandlung (Glühöfen)
    • Schweißen

    Überlegungen zu Thermoelementen in einer reduzierenden Atmosphäre

    Bei der Auswahl des besten Thermoelements für eine reduzierende Umgebung müssen der niedrige Sauerstoffgehalt und die Wirkung der Reduktionsmittel (wie Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak) berücksichtigt werden. Reduktionsmittel können beispielsweise dazu führen, dass Legierungen oxidieren und dadurch die EMF-Ausgabe verringern, wodurch das Thermoelement niedrige Werte anzeigt.

    Die folgende Tabelle enthält

    TypVerbindungsmaterialienTemperaturbereichEmpfindlichkeitHinweise
    Typ JEisen-Konstantan0 °C bis 760 °C55 uV/°CNur für trockene Anwendungen verwenden. Schnelle Oxidation des Drahtes über 540 °C.
    Typ TKupfer-Konstantan-184 °C bis 400 °C45 uV/°CBeständig gegen Feuchtigkeit und Kondensationskorrosion. Zuverlässig bis 370°C und stabil bei niedrigen Temperaturen.
    Typ NNicrosil-Nisil0°C bis 1100°C10,4 uV/°CNur für trockene Anwendungen geeignet.
    Typ CWolfram (5%)/ Rhenium – Wolfram (26%)/ Rhenium0°C bis 2300°C16 uV/°CUngeschütztes Thermoelement Geeignet für hochreine Wasserstoffatmosphären. Darf keinem Sauerstoff ausgesetzt werden.

    Theoretisch ist es möglich, alle anderen Thermoelementtypen zu verwenden, solange sie entsprechend geschützt sind. Typ K haben wir in der obigen Zusammenfassung nicht berücksichtigt, da er in reduzierenden Umgebungen anfällig für „Grünfäule“ ist.

    Grünfäule bezeichnet die Oxidation von Chrom, ein Prozess, der typischerweise bei hohen Temperaturen zwischen 800 °C und 1260 °C stattfindet, insbesondere in sauerstoffarmen Umgebungen. Unter normalen Umständen schützt eine Oxidschicht auf der Oberfläche des NiCr-Schenkels diesen vor Oxidation. In Umgebungen mit Wasserstoff oder anderen Reduktionsmitteln ist dieser Schutz jedoch beeinträchtigt, was zu einer beschleunigten Chromoxidation führt. Dies führt dazu, dass sich auf dem positiven Schenkel eine schuppige grüne Korrosionsschicht bildet.

    Mantelmaterialien

    Mantelmaterialien, die für eine reduzierende Umgebung in Betracht gezogen werden könnten, sind Hastelloy X und Molybdän. Weitere Informationen zu den Eigenschaften dieser Materialien finden Sie auf dieser Seite.

    Temperaturmessung in oxidierender Umgebung

    Eine oxidierende Umgebung ist eine Umgebung, in der das Thermoelement mit Gasen in Kontakt kommt, die eine Verbrennung verursachen (hauptsächlich Sauerstoff).

    Beispiele für industrielle Prozesse in oxidierenden Umgebungen

    • Verbrennungsmotoren
    • Müllverbrennung
    • Glasindustrie

    Überlegungen zu Thermoelementen in oxidierenden Atmosphären

    Wie der Name schon sagt, besteht in diesen Atmosphären ein sehr hohes Oxidationspotenzial, das bei der Auswahl des besten Thermoelements berücksichtigt werden muss. Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der Thermoelementtypen, die für eine oxidierende Atmosphäre am besten geeignet sind:

    TypVerbindungsmaterialienTemperaturbereichEmpfindlichkeitHinweise
    Typ EChromel (Nickel&Chrom) – Konstantan0°C bis 982°C76uV/°CNur bis 900°C in oxidierender Umgebung verwenden. Vor Schwefelangriff schützen.
    Typ JEisen-Konstantan0°C bis 760°C55uV/°CNur für trockene Anwendungen. Schnelle Oxidation des Drahtes über 540 °C. Anfällig für Schwefel über 540 °C.
    Typ KChromel (Nickel & Chrom) – Alumel (Nickel & Aluminium)-184 °C bis 1260 °C39 uV/°CGut für saubere, oxidierende Umgebungen. Niedrige Kosten. Benötigt Schutz vor schwefelhaltigen Atmosphären.
    Typ TKupfer-Konstantan-184 °C bis 400 °C45 uV/°CZuverlässig bis 370 °C und stabil bei niedrigen Temperaturen. Beständig gegen Feuchtigkeit und Kondensation.
    Typ NNicrosil-Nisil0 °C bis 1100 °C10,4 uV/°CGeringere Kosten als die Typen B, R und S. Oxidationsbeständig bei hohen Temperaturen. Sehr genau und zuverlässig bei hohen Temperaturen. Anfällig für Schwefelangriffe.
    Typ BPlatin (6 %)/Rhodium – Platin (30 %)/Rhodium700 °C bis 1800 °C10,4 uV/°C Für Anwendungen mit sehr hohen Temperaturen vorgesehen. Verwendung mit Schutz in reduzierenden Atmosphären. Kann ungeschützt in oxidierenden Umgebungen verwendet werden.
    Typ RPlatin (13%)/Rhodium – Platin0°C bis 1593°C6uV/°CGeeignet für sehr hohe Temperaturen. Leicht verunreinigt und normalerweise mit einer Schutzhülle verwendet. Kann ohne Schutz in oxidierenden Umgebungen verwendet werden.
    Typ SPlatin (10%)/Rhodium – Rhodium/Platin0°C bis 1538°C10,4uV/°CNormalerweise mit einer Schutzhülle verwendet. Erfordert Schutz vor reduzierender Atmosphäre und Verunreinigung. Kann ohne Schutz in oxidierenden Umgebungen verwendet werden. Hohe Kosten, daher am besten für Spezialanwendungen geeignet.

    Mantelmaterialien

    Mantelmaterialien, die für den Einsatz in oxidierenden Umgebungen geeignet sind, umfassen: Pt10 % Rh, Pt20 % Rh, INC600 und rostfreie Stähle wie AISI 316, AISI 321 und AISI 310.

    Temperaturmessung in einer inerten Umgebung

    Eine inerte Umgebung ist eine Umgebung, die keinen oder nur einen sehr geringen Sauerstoffgehalt enthält. Sie besteht hauptsächlich aus (einer Mischung aus) nicht reaktiven Gasen wie Stickstoff, Argon, Helium und Kohlendioxid.

    Beispiele für industrielle Prozesse in inerten Umgebungen

    • Halbleiter, wie z. B. Dünnschichtabscheidung
    • Sintern von Pulvermetallurgie
    • Wärmebehandlung von Metallen
    • Kristallwachstum
    • Materialprüfung in der Luft- und Raumfahrt – z. B. zum Testen eines Hall-Effekt-Triebwerks

    Überlegungen zu Thermoelementen in inerten Atmosphären

    Das Vorhandensein von Inertgasen und die sehr geringen Oxidationsgrade sind Faktoren, die bei der Auswahl eines Thermoelements für industrielle Prozesse in inerten Umgebungen berücksichtigt werden müssen.

    Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der am besten geeigneten Thermoelementtypen. Alle können entweder geschützt oder ungeschützt in einer inerten Umgebung verwendet werden.

    TypVerbindungsmaterialienTemperaturbereichEmpfindlichkeitHinweise
    Typ CWolfram (5%)/ Rhenium – Wolfram (26%)/ Rhenium0°C bis 2300°C16uV/°CGeeignet für hochreine inerte Umgebungen.
    Typ EChromel (Nickel&Chrom) – Konstantan0°C bis 982°C76uV/°CNur bis zu verwenden 900 °C in inerten Umgebungen.
    Typ JEisen-Konstantan0 °C bis 760 °C55 uV/°CBei hohen Temperaturen verringert sich die Lebensdauer.
    Typ KChromel (Nickel&Chrom) – Alumel (Nickel&Aluminium)-184 °C bis 1260 °C39 uV/°CGeringe Kosten. Sollte verwendet werden, wenn die Umgebung völlig inert ist.
    Typ TKupfer-Konstantan-184 °C bis 400 °C45 uV/°CZuverlässig bis 370 °C und stabil bei niedrigen Temperaturen.
    Typ NNicrosil-Nisil0 °C bis 1100 °C10,4 uV/°CGeringere Kosten als die Typen B, R und S. Sehr genau und zuverlässig bei hohen Temperaturen.
    Typ BPlatin (6 %)/Rhodium – Platin (30 %)/Rhodium38 °C bis 1800 °C10,4 uV/°C    Für Anwendungen mit sehr hohen Temperaturen vorgesehen.
    Typ RPlatin (13 %)/Rhodium – Platin0 °C bis 1593 °C6 uV/°CFür sehr hohe Temperaturen geeignet. Leicht verunreinigt und normalerweise mit einer Hülle verwendet.
    Typ SPlatin (10 %)/Rhodium – Rhodium/Platin0 °C bis 1538 °C10,4 uV/°CNormalerweise mit einer Hülle verwendet. Hohe Kosten, daher eher für Spezialanwendungen geeignet.

    Möchten Sie mehr wissen?

    Es gibt auch Situationen, in denen Thermoelemente einer Kombination dieser Umgebungen standhalten müssen. Kamet ist hervorragend darin, Ihnen spezifische Beratung für Ihren einzigartigen Prozess und Ihre Umgebung zu bieten. Maßgeschneiderte Lösungen sind ebenfalls eine unserer Spezialitäten. Wenn Sie also nicht alle benötigten Informationen auf unserer Website oder in unserer Wissensdatenbank finden konnten, kontaktieren Sie uns bitte und wir helfen Ihnen gerne weiter.