Thermoelektrische Spannungsreihe

Um mittels eines Thermoelements Temperaturen zu messen, müssen die sogenannten Thermokräfte der verwendeten unterschiedlichen Materialien (meist Metalle) bekannt sein.

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Die Thermospannung eines Thermoelementes ergibt sich aus der Temperaturdifferenz und der Differenz der Thermokräfte der beiden verwendeten Materialien. Die Thermokraft ist eine Materialkonstante.

Die Thermokräfte der Werkstoffe werden als sogenannter k-Wert relativ zu Platin für eine Temperaturdifferenz von 100 Kelvin angegeben. Diese k-Werte der Materialien lassen sich in eine sogenannte Thermoelektrische Spannungsreihe einreihen:

Metall	k / (mV/100K)
Konstantan	-3,2
Nickel	-1,9
Platin	0,0 per Def.
Wolfram	0,7
Kupfer	0,7
Eisen	1,9
Nickelchrom	2,2
Silizium	45

Die Thermospannung eines Thermoelementes ist weitgehend linear von der Temperatur abhängig. Sie ergibt sicht zu:

mit

k_a,k_b - k-Werte der beiden Metalle „a“ und „b“

und

T₁,T₂ - Temperaturen der beiden Verbindungsstellen der Materialien.

Die bei einer gegebenen Temperarurdifferenz erzielbare Thermospannung eines Thermoelementes ist also umso größer, je größer der Abstand der Metalle in der Thermoelektrischen Spannungsreihe ist.

Da die k-Werte etwas temperaturabhängig sind, liefern Thermoelemente über einen größeren Temperaturbereich kein streng lineares Signal mehr. Diese Nichtlinearität muss für genaue Messungen berücksichtigt bzw. kompensiert werden. In der Praxis haben sich jedoch nur bestimmte Thermoelement-Kombinationen durchgesetzt, für diese gibt es Tabellen, in denen die Thermospannungen für jede Temperatur in 0,1-Kelvin-Schritten abgelesen werden kann. Es ist oft leichter, die Temperatur anhand solcher Tabellen zu bestimmen, statt die Nichtlinearität in Form einer empirischen Formel zu berücksichtigen.
Solche Tabellen finden sich z.B. als Grundwerte der Thermospannungen in der Norm IEC 60584 Teil 1 oder auch bei den Herstellern der Thermoelemente.

Näheres unter Thermoelement und Thermoelektrizität