BEWÄHRTE VORGEHENSWEISE ZUR VERLÄNGERUNG VON THERMOELEMENT-KABELN

Bei dem Anschließen des Sensors eines Thermoelements an das gewünschte Messinstrument ist mit größter Sorgfalt vorzugehen, da nur so die Messgenauigkeit optimiert wird und die Kosten auf ein Minimum gesenkt werden können. Die anschließende Temperaturmessung ist stets nur so präzise und akkurat wie der Sensor und dessen Schnittstelle selbst.

Das Thermoelement erzeugt lediglich eine niedrige thermo-elektrische EMF (in der Regel 40 μV/oC), sodass störende thermische EMF-Signale und andere ohmsche Effekte, die zu fehlerhaften Messwerten führen könnten, beseitigt bzw. auf ein Minimum reduziert werden müssen.

Die Länge des Kabels zwischen dem Sensor und dem jeweiligen Messinstrument ist ebenso ein wichtiger Punkt, da auch der Leitungswiderstand zu berücksichtigen ist (obwohl der Eingang des Messinstruments normalerweise mit einem hohen Widerstand verknüpft ist, enthält er in der Regel spezielle Schaltkreise zur „Verstärkung“ des Messwerts bei einer Störung des Sensors). Die meisten Messinstrumente sind mit einem maximalen Kabelwiderstand von 100 Ohm angegeben, bis zu dem die Genauigkeit nicht beeinträchtigt wird; dies entspricht jedoch lediglich 22 m eines K, 7/0,2mm Verlängerungskabels (bzw. 44 m eines entsprechenden Kompensationskabels).

Verlängerungskabel verwenden die Leitungen der Thermoelemente und sind mit einem X gekennzeichnet (z. B. KX für Typ K); Kompensationskabel sind hingegen mit einem C gekennzeichnet (z. B. KC für Vx, Typ K) und bestehen aus den Typen Vx und U. Verlängerungskabel bieten über den gesamten Temperaturbereich ein Temperatur/EMF-Verhältnis gemäß entsprechender Standards. Sie können somit für Thermoelementverbindungen und für den Anschluss von Thermoelementen an entsprechende Messinstrumente verwendet werden. Der mögliche Temperaturbereich wird lediglich durch die Isolierung eingeschränkt.

Kompensationskabel sind anders aufgebaut als Verlängerungskabel (Kompensationskabel verwenden alternative, preiswertere Legierungen), bieten über einen bestimmten Bereich jedoch ein nahezu gleichwertiges Temperatur/EMF-Verhältnis und sollten lediglich für den Anschluss von Thermoelementen an entsprechende Messinstrumente verwendet werden. Kompensationskabel können nur in einem bestimmten Temperaturbereich eingesetzt werden und kommen hierbei meist nicht über 80 °C hinaus. Im Hinblick auf thermische EMF-Toleranzwerte sind Kompensationskabel zudem weniger akkurat als Verlängerungskabel (in der Regel um den Faktor Zwei).

Bei besonders langen Kabelstrecken muss das Kabel womöglich an einem Ende (bei dem Messinstrument) geerdet und geschirmt werden, um Störgeräusche in dem Messkreis zu minimieren. Darüber hinaus sind auch alternative Lösungen für geschirmte Kabel mit Kupfer oder Mylar erhältlich.

Direkte Anschlüsse können mit Hilfe eines geeigneten Kabels hergestellt werden; dabei kann an der nach IEC 584-3 farblich kodierten Isolierung abgelesen werden, ob sich das jeweilige Kabel eignet oder nicht. Im Idealfall ist die Isolierung an die jeweilige Einsatzumgebung angepasst (z. B. PVC, PTE, Glasfaser usw.). Dabei sind insbesondere die ordnungsgemäße Polung und ein mechanisch sicherer Anschluss zu beachten.

Anschlüsse mit Hilfe von Steckverbindern, mit deren Hilfe mühelos Messspitzen ausgetauscht bzw. Verlängerungskabel hinzugefügt werden können, benötigen spezielle Stecker und Buchsen mit den Legierungen des jeweiligen Thermoelements anstelle alternativer Metalle. Diese Steckverbinder sind ähnlich wie die Isolierungen von Kabeln mit einer Farbkodierung versehen, um die Art des jeweiligen Thermoelements anzuzeigen, und sollten den Anforderungen von IEC und CENELEC entsprechen. Steckverbinder sind in „Standardgrößen“ (runde Pins) oder Miniaturgrößen (flache Pins) erhältlich; dabei sind die Pins entsprechend gepolt, sodass der jeweilige Steckverbinder nicht versehentlich falsch eingesteckt werden kann und Querverbindungen verhindert werden.

Ein Temperatur-Kopfmessumformer kann das schwache Signal eines Thermoelements entsprechend verstärken, damit es zu dem jeweiligen Messinstrument weitergeleitet werden kann. Während der Einsatz solcher Messumformer oftmals deutlich kostspieliger ist als schlichtweg auf kurze Kabelstrecken zu achten, kann er sich bei langen Kabelstrecken hingegen als preiswertere Lösung erweisen – insbesondere, wenn das benötigte Kabel sehr teuer ist (z. B. 23/0,2 mm PTFE isoliert und geschirmt). Die Skalierung kann von dem Messumformer selbst bestimmt werden, sodass Messinstrumente mit einer herkömmlichen 4-20mA Schnittstelle mit 2 Drähten verwendet werden können.

Zwischen dem Gerät und dem Messinstrument (Schnittstelle mit 2 Drähten) verläuft ein preiswerter Kupferdraht,

zudem sind lange Kabelstrecken möglich. Die erforderliche Anregung mit 24 V DC erfolgt über eine 4-20mA Schleife, sodass keinerlei zusätzliche Kabel erforderlich sind.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass eine Isolierung zwischen Ein- und Ausgang meist lediglich in etwas kostspieligeren Messumformern enthalten ist. Aus diesem Grund ist der Einsatz elektrisch isolierter Sensoren bei nicht-isolierten Geräten zwingend erforderlich.

Ken Jefferies

Labfacility Ltd