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SKTE 2
Fixpunkt-Thermoelement Messgerätesystem
 
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Messprinzip

 

Kernstück dieses industriellen Gerätesystems ist ein Thermoelement mit einer zusätzlich integrierten Fixpunktzelle und einer Miniaturheizung. Die Fixpunktzelle beinhaltet eine Substanz hoher Reinheit. Diese liefert beim Überschreiten ihres Schmelz- oder Erstarrungspunktes durch Verbrauch bzw. Freisetzung von Phasenumwandlungsenergie ein reproduzierbares Haltesignal, dass zur Kalibrierung genutzt wird (Bild 1).

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Bild 1: Mess-Signal eines Fixpunkt-Thermoelements beim Aufschmelzen
und Erstarren des eingebauten Fixpunktes  (Aluminium-Silizium-Legierung)

 

Wenn die Fixpunkt-Temperatur etwas oberhalb der Prozesstemperatur liegt, so bewirkt jede kleine Anhebung der Prozesstemperatur oder die Aktivierung der im Sensor integrierten Miniatur-Heizung das Aufschmelzen der Fixpunktsubstanz und somit eine Gelegenheit zur Nachkalibrierung des Sensors.

 

Prozess temperatur

Fixpunktmaterial

Fixpunkt-

Temperatur

Empfohlene

maximale Einsatztemperatur

130-150°C

In, Reinstmetall

156.6°C

260°C

180-225°C

Sn, Reinstmetall

231.9°C

350°C

390-410°C

Zn, Reinstmetall

419.5°C

450°C

530-540°C

Al-Cu, eutektisch

548.2°C

650°C

545-565°C

Al-Si, eutektisch

578.7°C

680°C

610-630°C

Al-In, monotektisch

638.4°C

680°C

630-650°C

Al, Reinstmetall

660.3°C

760°C

740-760°C

AgCu, eutektisch

779.6°C

800°C


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Die Tabelle zeigt einige, der bisher erprobten Metalle. Weitere Materialien mit spezifischen Fixpunkt-Temperaturen sind verfügbar.
 

Zu jedem Fixpunktsensor gehören ein robustes Präzisions-Messmodul und ein PC mit Software, der Messwerterfassung, Heizzyklus-Auslösung, Signalanalyse und Kennlinienkorrektur steuert (selbstkalibrierendes System). Der PC kann bis zu 8 Messmodule bedienen. Über entsprechende PC-Einsteckkarten wird die Kommunikation mit einer übergeordneten Prozessleittechnik ermöglicht.

Der große Vorteil dieser in-situ-Kalibrierung liegt in der Erfassung sämtlicher systematischer Langzeit-Fehleranteile der gesamten Thermoelement-Messkette. Für Temperaturen nahe des jeweiligen Fixpunktes sind somit Messunsicherheiten von <1K erreichbar.

Anwendungsgebiete sin dort, wo über lange Zeit höchste Genauigkeiten gefordert sind, gleichzeitig jedoch auf die Vorzüge der robusten Thermoelementmesstechnik nicht verzichtet werden soll.

 

Beschreibung der Gerätekomponenten
 

Die Grundausstattung für eine Messstelle besteht aus (Bild 2):

• Fixpunkt-Thermoelement (SKTE-F)
• Präzisionsmessmodul (SKTE2-S)
• SKTE2-M ein LINUX basierter Master-PC mit verschiedenen Schnittstellen (RS232/RS485, ProfibusDP, ModbusRTU und Ethernet).

Das Geräte- und Softwarekonzept erlaubt die Erweiterung auf bis zu 8 Messstellen je PC vor.

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Bild 2: Gerätesystem SKTE2 (1 Messkanal)
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Bild 3: Fixpunkt-Thermosensor SKTE-F

 

Kombiniertes Fixpunkt-Thermoelement SKTE-F

Die robuste Bauform beinhaltet ein Thermo-element mit integrierter Fixpunktzelle, eine Miniaturheizung und ein Hilfsthermo­element (Bild 3). Bei einer Selbstkalibrierung wird an der Fühlerspitze eine Übertemperatur von bis zu 100K erzeugt. Das Hilfsthermoelement erfasst die Temperatur oberhalb der Fixpunktzelle und dient als Ersatz-Mess-Element.

 

Präzisions-Messumformer SKTE2-S

Dieses Gerät dient der prozessnahen Erfassung der Messwerte eines Fixpunkt-Thermometers vom Typ SKTE-F und zu ihrer Weitergabe an einen übergeordneten PC. Des weiteren dient es zur Ansteuerung der im Sensor integrierten Heizung. Durch die getrennte Unterbringung von Stromversorgung und Präzisionsmesselektronik wird eine hohe Stabilität der Messwertaufnahme erreicht. Die verwendeten Aluminium-Druckgussgehäuse gestatten eine Ausführung bis Schutzgrad IP65.

 

Technische Daten*)

 

Allgemein:


Stromversorgung:

230V AC/0,12A oder 24V AC/DC 1A

Geometrische Abmessungen (L x B x H) :

220 x 310 x 90

Umgebungstemperaturbereich:

-5 ... 60 (80)°C, 80°C mit geringere Genauigkeit

Schutzgrad:

IP 65

Gewicht:

ca. 4.5 kg

Thermoelementkanäle:


Messbereich:

-4,5mV...39,062mV (für TE-Typ N)

Messzeit:

0,4s

Auflösung:

18 Bit (0.15µV, entspricht 4mK bei 600°C/Typ N)

Genauigkeit:

2µV

max. Linearitätsfehler:

2µV

max.Temperaturdrift im Bereich von 0...60°C:

0,1µV/°C

Vergleichsstelle:


interner Sensor:

Pt100, Klasse A nach DIN EN 60751

Auflösung :

18 Bit (0,001 , entspricht 3mK bei 25°C/Pt100)

Messbereich:

-5 ... 80°C

Messzeit:

0,2 s

Genauigkeit (bei TU = 0...60°C):

0,2 K (nach Ablauf der Einstellzeit)

Einlaufzeit bei Raumtemperatur:

30 min

Einlaufzeit nach Temperatursprung von 30K:

3h

Heizungsteil


Pulsweiten-Auflösung

10 Bit (0...1023)

Pulsperiode

120 ms

Pulsamplitude

14 V (18V bei Bedarf)

Max. Strom

0,8 A

Schnittstelle


Seriell

RS232 oder RS485 (einstellbar)


*) technische Änderungen sind vorbehalten