Technische Hinweise zu Thermoelementdurchführungen
Übersicht
Temperaturen messen
Obwohl es weit über den Rahmen dieser Hinweise hinaus geht, ist es wichtig zu erkennen, dass die Messung von Temperaturen mit Thermoelementen im Vakuum viele unterschätzte Schwierigkeiten bereitet. Zum Beispiel, wenn ein T/C-Anschluss auf einem polierten Siliziumwafer in der Nähe eines Heizgerätes ruht, gibt das keinen Hinweis auf die Temperatur des Siliziums. Das Silizium ist im IR-Energiespektrum fast 100 % transparent. Die aufgezeichnete Temperatur ist abhängig von den Emissionsgraden der T/C- und Heizmaterialien, der Temperatur des Heizgerätes, der T/C-Temperatur und deren gegenseitigem „Formfaktor“.
Thermoelemente (T/Cs) sind zwei unterschiedliche Metalldrähte, die sich an einem (geschweißten) Übergang treffen. Die Temperatur der Verbindsstelle und die Zusammensetzung der einzelnen Drähte bestimmen die Spannungsdifferenz (oft als „EMK“ für elektromotorische Kraft bezeichnet) zwischen den Drahtenden. Im Idealfall ist die Zusammensetzung jedes Drahtes vom Übergang zum Messgerät nominell ein Voltmeter. Das heißt, die Signale sollten auch durch die Vakuumwand mit Drähten gleicher Zusammensetzung übertragen werden, und das ist die Funktion einer T/C-Durchführung.
T/C-Durchführungen können ein oder mehrere Adernpaare haben. Die Drähte sind luftseitig konfektioniert, um eine von mehreren Anschlussmöglichkeiten zu ermöglichen: angespritzte Stecker, aufsteckbare geteilte Steckverbinder, flache Bohrungen für Schraube/Mutter, Laschen für Schraube/Mutter und Schraubverbinder (für Multipair-Durchführungen).
Die vakuumseitigen Anschlüsse können geteilte Steckverbinder, flache Bereiche für Schraube/Mutter, Laschen für Schraube/Mutter und Schraubverbinder (für Multipair-Durchführungen) sein.
T/C-Materialien, die den ANSI-Normen (und einigen nicht standardisierten Materialien) unterliegen, sind mit empfohlenen Temperaturbereichen in Tabelle 1 aufgeführt. Aber nicht alle Thermoelementmaterialien sind als Vakuum-Durchführung erhältlich.
Bei Anwendungen, die Edelmetall-T/Cs erfordern, wären die Leitungen und Durchführungen aus den gleichen Materialien teuer. In der Praxis werden „kompensierende Metalldrähte“ von den Enden der echten T/C-Drähte über die Durchführung bis zum Messgerät verwendet. HINWEIS: Die Temperatur der Verbindung zwischen echtem T/C-Draht und Ausgleichsdraht darf den in Tabelle 1 angegebenen Wert nicht überschreiten.
Bei der Auswahl von T/C-Durchführungen sind vor allem der angegebene Temperaturbereich, die Anzahl der Temperaturmessstellen und der Bedarf an in die gleiche Durchführung eingebauten Stromleitern zu berücksichtigen.
Tabelle 1: Thermoelementdurchführungen
| ANSI-Typ | Thermoelement-Werkstoff | Temperaturbereich (°C) |
Ausgleichsdraht Verbindungsstelle |
|
| Positiv | Negativ | |||
| T | Kupfer | Konstantan | -184 bis 400 | N/A |
| K | Chromel™ | Alumel® | -184 bis 1260 | nicht verfügbar |
| J | Eisen | Konstantan | 0 bis 750 | nicht verfügbar |
| S | Platin/10 % Rhodium | Platin | 0 bis 1540 | 250 °C |
| R | Platin/13 % Rhodium | Platin | 0 bis 1540 | 250 °C |
| C | Tungsten/5 % Rhenium | Tungsten/26 % Rhenium | 0 bis 2760 | 250 °C |
| E | Chromel | Konstantan | -184 bis 900 | nicht verfügbar |
| N | NI-CR-SI | NI-SI-MG | -270 bis 1300 | nicht verfügbar |