Der K-Zustand (K-Effekt) von NiCr-Ni-Thermoelementen (Typ K)
Für Messungen im Bereich von 250°C bis 600°C, bei denen sich die Temperatur relativ schnell ändert, sind Typ-K-Thermoelemente nicht geeignet, wegen des sehr großen, nicht reproduzierbaren Fehlers.
Typ-K-Thermoelemente, deren Thermoschenkel aus NiCr und Ni bestehen, sind in der Industrie weit verbreitet. Besonders häufig werden sie in Prozessen eingesetzt, bei denen preisgünstig viele Messstellen erfasst werden sollen. Die große Verbreitung der Typ-K-Thermoelemente lässt sich anhand mehrere Aspekte begründen.
- Die Thermoelemente können in einem extrem großen Temperaturbereich von -270°C bis 1372°C eingesetzt werden.Im dem für die Industrie relevanten Temperaturbereich besitzen
- Typ-K-Thermoelemente mit einem Seebeckkoeffizient von ca. 40 μv pro °C eine sehr hohe Empfindlichkeit. Dadurch sinken die Anforderungen an die Messtechnik.
- Da beide Schenkel der Typ-K-Thermoelemente aus Unedelmetall bestehen, sind sie sehr preisgünstig.
Obwohl die Typ-K-Thermoelemente wegen der genannten Aspekte für viele Messprozesse in der Industrie eine optimale Kompromisslösung darstellen, gibt es eine wesentliche Einschränkung, die ihre Verwendung stark eingrenzt.
Typ K Thermoelemente sind in der alltäglichen Anwendung nur unterhalb von 250°C oder oberhalb von 600°C verlässlich einsetzbar. Sie liefern also nicht über den gesamten Temperaturbereich von -270°C bis 1372°C zuverlässige Messergebnisse.
Der Typ K-Effekt
Der Grund ist Folgender: Unterhalb von 600°C herrscht im Kristallgitter des positiven Schenkels ein reproduzierbarer, geordneter Zustand. Dieser Zustand wird Typ-K-Zustand (K-Effekt) genannt. Oberhalb von 600 °C geht dieser in einen ungeordneten Zustand über. Dieser Zustand ist reproduzierbar, weich aber von der genormten Thermospannung ab. Nur durch ein langsames Abkühlen von <100 K pro Stunde im Temperaturbereich von 600°C bis 400°C kann der K-Zustand (K-Effekt) reproduziert werden. Dieses Vorgehen ist in einem Arbeitsalltag jedoch nicht praktikabel. Geschieht das Abkühlen schneller, was in der Regel der Fall ist, geht der positive Schenkel des Thermoelementes nicht in den geordneten K-Zustand über. Er bleibt in einen nicht reproduzierbaren, ungeordneten Zustand (K-Effekt). Dieser hält bis zu einer Temperatur von 250°C an. Der nicht reproduzierbare Fehler wird von Herstellern in der Regel mit 2°C – 3°C angegeben. Persönlich habe ich jedoch schon Typ-K-Thermoelemente nachgemessen, die größere Fehler bis hin zu 5°C – 10°C aufzeigten.
Fazit:
Für Messungen im Bereich von ca. 250°C bis 600°C, bei denen sich die Temperatur relativ schnell ändert, sind Typ-K-Thermoelemente nicht geeignet, wegen des sehr großen, nicht reproduzierbaren Fehlers.
