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Thermoelement K / J: Temperatur und Spannung

Rechnet zwischen Temperatur und Thermospannung für Thermoelemente Typ K und J mit den Referenzfunktionen NIST ITS-90 um — mit oder ohne Kaltstellenkompensation. Für Service, Inbetriebnahme oder die Kontrolle eines Temperatureingangs. Kostenlos, ohne Registrierung; die Berechnung läuft nur in Ihrem Browser.

Umrechnung

Vergleichsstelle: 0 °C

Type K Spannung
— mV

Die Anzahl der angezeigten Nachkommastellen ist nicht die Genauigkeit eines Thermoelements oder einer Messung.

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Die Temperatur vom Thermoelement passt nicht zur Realität?

Der Rechner prüft die Umrechnung. Passt die Messung trotzdem nicht, liegt es oft an Polarität, falscher Leitung, dem am Eingang eingestellten Typ oder der Kaltstellenkompensation — das ist Arbeit für Instrumentierung, Inbetriebnahme und Fehlersuche.

Was ein Thermoelement misst

Ein Thermoelement erzeugt keine „Temperatur“, sondern eine Thermospannung E in mV. Sie hängt vom Temperaturunterschied zwischen Messstelle und Vergleichsstelle (Kaltstelle) ab — dort, wo die Thermoelementleitungen an die Klemmen angeschlossen sind.

Die Referenzfunktionen NIST ITS-90 geben die Spannung gegen eine Vergleichsstelle bei 0 °C an. Kontrollpunkte: 0 °C = 0 mV; Typ K bei 100 °C ≈ 4,096 mV; Typ J bei 100 °C ≈ 5,269 mV.

Warum es die Kaltstellenkompensation gibt

In der Praxis haben die Klemmen eines Messmoduls zum Beispiel 25 °C, nicht 0 °C. Das Modul muss deshalb ihre Temperatur kennen und berechnen, was das Thermoelement bei einer Vergleichsstelle von 0 °C anzeigen würde.

Moderne Messumformer und SPS-Eingänge erledigen das oft automatisch. Der Rechner zeigt diesen Schritt explizit:

°C → mV:  E_gemessen = E(T_Mess) − E(T_Vergleich)
mV → °C:  E_Mess = E_gemessen + E(T_Vergleich);  T_Mess = E⁻¹(E_Mess)

Ohne Kompensation wird die Vergleichsstelle mit 0 °C angenommen. Wird eine Vergleichsstelle bei 25 °C ignoriert, liegt der Messwert um Raumtemperatur etwa 25 °C zu niedrig.

Wie der Rechner rechnet

Die Spannung stammt aus den Referenzfunktionen NIST ITS-90 je Intervall: Typ K −270 … 0 °C und 0 … 1372 °C (der positive Zweig enthält neben dem Polynom einen Exponentialterm), Typ J −210 … 760 °C und 760 … 1200 °C.

Spannung → Temperatur löst die Referenzfunktion numerisch im Bereich des Typs (Newton-Verfahren mit Bisektion als Absicherung, begrenzte Iterationen) — ohne Extrapolation über den Bereich hinaus.

Bei Typ K nahe −270 °C ist die Empfindlichkeit sehr klein (Mikrovolt pro °C); eine kleine Spannungsänderung bedeutet dort eine große Temperaturänderung.

Typ K und Typ J

Jeder Typ hat eine eigene Referenzfunktion und einen eigenen Bereich:

  • Typ K — Ni-Cr- / Ni-Al-Legierungen, Bereich der Referenzfunktion −270 … 1372 °C,
  • Typ J — Eisen / Cu-Ni-Legierung, Bereich der Referenzfunktion −210 … 1200 °C.

Positive Spannung entspricht der Standardpolarität nach NIST für den Typ: die Messstelle ist wärmer als die Vergleichsstelle. Die Farbkennzeichnung der Leitungen unterscheidet sich zwischen Normen und ist hier nicht berücksichtigt.

Hinweis

Die Berechnung verwendet die Referenzfunktionen NIST ITS-90 für die ideale Standardkennlinie des Thermoelements. Das Ergebnis ersetzt weder die Kalibrierung noch die Toleranzprüfung des konkreten Sensors, die Prüfung der Polarität, der Ausgleichs- oder Thermoleitung, des Vergleichsstellen-Sensors oder die Bewertung der gesamten Messkette.

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