Termoelement: metoder och klassificeringar för temperaturmätning

Vad är termoelement?

Termoelement är industrins mest använda lösning för temperaturmätning, från processindustri och energisektorn till laboratoriemiljöer. Teorin bakom tekniken utvecklades av fysikern Thomas Johann Seebeck redan 1822, när han upptäckte att skillnader i elektrisk ledningsförmåga mellan två olika metaller kan omvandlas till en mätbar spänning – den så kallade Seebeck-effekten.

Beroende på vilka metaller som kombineras täcker termoelement temperaturområden från cirka −270 °C upp till omkring 2 600 °C. De brukar delas in i fyra klassificeringar: basmetall, ädelmetall, exotiska typer samt så kallade rarified-typer, där de flesta av de sistnämnda numera betraktas som föråldrade.

Så fungerar ett termoelement

Ett termoelement använder elektrisk ledningsförmåga för att registrera temperaturförändringar. Elementet består av två metalltrådar med olika termiska och elektriska egenskaper. Trådarna är sammanfogade i mätövergången – själva mätpunkten – och löper därefter till referensövergången, där de hålls vid konstant temperatur och spänning innan de kopplas till mätinstrumentet.

Temperaturskillnaden mellan de två övergångarna alstrar en spänning, och den absoluta temperaturen beräknas utifrån den kända referenstemperaturen. Ju större skillnaden är, desto starkare blir signalen.

Basmetallklassen: typerna E, J, K, N och T

Basmetallklassen omfattar fem typer – E, J, K, N och T – som vardera bygger på en unik kombination av basmetaller. Samtliga ligger inom temperaturområdet cirka −270 till 1 372 °C (−454 till 2 501,6 °F).

• Typ E och typ T lämpar sig bäst för låga temperaturer, exempelvis kylkedjor och kryogena tillämpningar.
• Typ J och typ K används vid högre temperaturer. Typ J passar reducerande miljöer, medan typ K presterar bäst i oxiderande atmosfär.
• Typ N togs fram som en vidareutveckling av typ K och erbjuder bättre stabilitet samt större motståndskraft mot oxidation vid hög värme.

Ädelmetallklassen: typerna B, S och R

Termoelement av typerna B, S och R används vid mycket höga temperaturer och innehåller ädelmetallerna platina och rodium i olika blandningsförhållanden.

• Typ B kombinerar en ledare av platina med 30 procent rodium och en andra ledare av platina med 6 procent rodium.
• Typ R och typ S har samma platina–rodium-legering i sin första ledare, men med 13 respektive 10 procent rodium. Som andra ledare använder båda rent platina.

Dessa typer kännetecknas av hög noggrannhet och stabil signal, vilket gör dem vanliga inom exempelvis glas-, stål- och keramikindustrin.

Exotiska termoelement: typerna C, D och G

Trots sin sprödhet används de exotiska termoelementen av typerna C, D och G vid extremt höga temperaturer. De används främst som referensstandarder och i utvecklingsutrustning. Metallparet består av volfram och renium, med endast små variationer i reniumhalt mellan typerna.

Alla tre arbetar inom samma grundläggande temperaturområde, men typ C har det bredaste mätområdet av de tre och klarar temperaturer upp mot cirka 2 300 °C. Det gör dem oumbärliga i vakuum- och inertatmosfärer där andra element inte håller måttet.

Välj rätt termoelement

Valet av termoelement styrs av temperaturområde, atmosfär (oxiderande eller reducerande), krav på noggrannhet och budget. Basmetallegener är prisvärda och täcker de flesta industriella behov, medan ädelmetallelement används när noggrannheten är avgörande och exotiska volfram–renium-element när temperaturen når allra högst.