Hőelemes (Thermopár) Érzékelés – Bővebb Információk

Mi a Hőelem (Thermopár)?

A Hőelem hőmérséklet-érzékelők egy fajtája, melyet széles körben alkalmaznak hőmérsékletmérésre. Számos hőelem típus létezik amiket sokféle kivitelben, konstrukcióban és hőmérsékletsávot lefedve készülhet, így alkalmassá válva mind az iparban, a tudományban vagy akár a hétköznapi életben történő felhasználásra.

Hőelemek

Ha hőmérsékletkülönbség van egy elektromos vezető két pontja közt, akkor benne az energia (a hő) áramlás kapcsolatba kerül az elektronok áramlásával, és elektromotoros erő (emf) jön létre azon a területen. Az emf mérete és iránya is a hőmérsékletgradiens méretétől és irányától függ – és a vezető anyagától is. A vezető mentén lévő hőmérséklet-különbség függvényében feszültség alakul ki. Ezt a hatást TJ Seebeck 1822-ben fedezte fel.

A vezető két vége között megjelenő feszültség a vezető hosszában létrejövő emf-ek összege. Így egy adott hőmérséklet-különbség (T1-T2) hatására létrejött gradiens eloszlások (mely a 2.1-es ábra a, b és c részén látható) ugyanazt a feszültséget (E) hozzák létre. Persze ez csak addig igaz, amíg a vezető a hossza mentén végig ugyanolyan termoelektromos karakterisztikával bír.

Amint látható egy fémnek a kimeneti feszültsége nem mérhető, mivel teljes áramkör körüli belső emf-ek összege minden hőmérsékleti helyzetben nulla. Így a gyakorlati hőelem érzékelőkben az a trükk, hogy két anyagot illesztenek össze, amiknek különböző a termoelektromos emf/hőmérsékleti karakterisztikája. Így használható az elektronáramlás, és így már mérhető kimeneti feszültséget szolgáltat a két anyag.

A 2.2-es ábrán két, egymástól eltérő vezető (A és B fém) ugyanannak a hőmérséklet-gradiensnek van kitéve, mint ami a 2.1-es ábrán látható, és ekkor a kimenetükön emf generálódik.

Alapvetően elektronáramlás indul meg a csatlakozóponton keresztül a különböző termoelektromos emf miatt, valójában két különböző fém hőmérséklet-gradiensének kölcsönhatása miatt.

Érdemes azonban megjegyezni, hogy a termoelektromos emf a hőmérséklet-gradiens területén jön létre és nem pedig az összekötő pontban. Ezt fontos tudni ahhoz, hogy megértsük a hőelemes hőmérsékletmérés gyakorlati alkalmazását. Biztosnak kell abban lennünk, hogy a hőelem két vezetője (külön-külön) fizikailag és kémiailag homogének legyenek, valamint a két kimeneti pontnak azonos hőmérsékletű térben kell lennie. Ha az előbbi feltételek közül akár csak egy nem teljesül, az további nem kívánt emf-et fog eredményezni.

Mellékesen megjegyeznénk, hogy tetszőleges számú vezető adható a termoelektromos körhöz anélkül, hogy ez megváltoztatná a kimenetet mindaddig, amíg mindkét végpontjuk azonos hőmérsékleten van és a homogenitás is biztosított. Ez vezetett a hosszabbító- és kompenzálóvezetékek elgondolásához, mellyel az érzékelésben részt vevő vezetők hossza megnövelhető. Lásd. 2. rész 3. fejezet.

Ha visszapillantunk a 2.2-es ábrára, láthatjuk, hogy a kimenet (E_T) egyezik minden hőmérséklet-gradiens eloszlás esetén a T₁ és a T₂ hőmérsékletkülönbség közt, ha a vezetők egyenletes termoelektromos karakterisztikát mutatnak a teljes hosszúságukban. Mivel az M, R₁ és R₂ pontok jelölik az emf-t generáló vezető fizikai határait, és mivel a mérőeszközhöz csatlakozó vezetők általában egységesen rézből vannak, a hőelem kimenete csak a két fő pont hőmérsékletének függvénye. Ez a lényege és az alapelve a gyakorlati hőelemes hőmérsékletmérésnek.

A fontos csatlakozópontok, az úgynevezett mérőpont (M) és az a csatlakozópont, ahol a különböző anyagú vezetők a rézvezetékhez kapcsolódnak, más néven referenciapont (R) (ezek általában csatlakozópont párok) a 2.2-es ábrán láthatóak. Mindaddig, amíg a referenciapontot (R) egy ismert állandó hőmérsékleten tartjuk, a mérőpont (M) hőmérséklete levezethető a hőelem kimeneti feszültségéből. A hőelemekre úgy tekinthetünk, mint hőmérsékletkülönbség-mérő eszközre, nem pedig, mint abszolút hőmérséklet-érzékelőre.

Fontos megjegyezni ezen a ponton négy dolgot. Először is, a hőelemek csak abban a régióban állítanak elő kimenetet, ahol a hőmérsékletkülönbség jelen van, azon kívül nem. Másodszor, a pontosság és a stabilitás csak akkor elfogadható, ha a hőelem vezetőinek termoelektromos karakterisztikái azok hossza mentén végig egyenletes. Harmadjára, csak különböző anyagokat tartalmazó áramkör generál kimenetet. Végül pedig, habár a termoelektromos hatás az pontokban látható, az nem magának a pontnak valamiféle bűvös hatása.

Hidegpont Kompenzáció

Minden hőelem kombinációhoz van kalibrációs táblázat (lásd: 1. rész 3. fejezetében), ami a kimeneti feszültséget mutatja a mérőpont hőmérsékletének függvényében. A hőelemes hőmérsékletméréskor az érzékelő kimeneti feszültségét ezen adatokhoz kell viszonyítani, hogy megtudjuk a mérendő hőmérséklet valódi értékét.

A kimeneti feszültséget a mérő- és a referenciapont közti hőmérsékletkülönbség okozza, ha pedig megengedjük, hogy a referenciapont hőmérséklete változhasson, akkor az eltérő kimeneti feszültségeket eredményez. Így tehát, az előbb említett kalibrációs táblázatok a referenciapont hőmérsékletét mindig 0ºC-on tartottnak tekintik.

Ez úgy érhető el, hogy a rézcsatlakozó(ka)t szigetelést biztosító üvegcsőbe helyezik és így mártják olvadó jégbe vagy valamilyen hőmérsékletszabályzott dobozba, mint például egy megfelelő hőmérséklet-érzékelőkkel ellátott, izotermikus, zárt blokk. Napjainkban, ipari mérések esetén ezt a feladatot általában hőmérsékletkorrekciós elektronika végzi. Linearizáló elektronikák (általában digitális), görbe illesztéses technikák használatával vigyáznak a kalibrációs táblázatokban rejlő nemlinearitásra – a részletek az 1. rész 5. fejezetében találhatók.

Lényegében egy referenciahőmérséklet változását mérő eszközt (ami lehet egy termisztor) kell elhelyezni a lehető legközelebb a referenciaponthoz. Az ezután indukálódó emf – mely a hőmérsékletváltozással arányos – kompenzálja a referenciaponton tapasztalható hőmérsékletmozgást.

Referenciapont (Hidegpont) Kompenzációs Eljárások

Ahogyan korábban magyaráztuk, a hőelemek kimeneti feszültsége a két csatlakozópont hőmérsékletének függvénye. Ahhoz, hogy a hőelemet abszolút és nem relatív hőmérőként lehessen használni, a referenciapontot egy ismert hőmérsékleten kell tartani (lásd az 5.1 ábrát).

Egy létező, egyszerű megoldás a referenciapont stabil hőmérsékleten tartására, egy a laboratóriumi körülmények közt még ma is alkalmazott mód, ahol a referenciapontot olvadó jégkásába mártják. Közismert, hogy a tiszta víz/jég keverékének olvadása közben a hőmérséklet állandóan 0ºC, melynek bizonytalansága ±0.001ºC. A gyakorlatban, csak egy jéggel teli Dewar edényre (vákuum alatt álló vékony falú üveg) van szükség, és a rendszer így már meglehetősen pontossá válik.

Ez azonban szinte állandó odafigyelést és újbóli feltöltést igényel hosszabb idejű használat esetén, és ipari körülmények közt nem volna alkalmazható. Hibaforrás lehet a referencia hőmérséklet 4ºC-os eltérése, ami akkor áll elő, ha sok jég már elolvadt és a referenciapont valójában már csak olyan vízbe merül, aminek jég úszik a felszínén! Emlékeztetnénk mindenkit arra is, hogy ha a jeget mélyhűtőben tárolták, sokkal hidegebb is lehet 0ºC-nál.

Nem meglepő módon, az ipari felhasználásra manapság egyre több alternatív megoldás létezik a referenciapont 0ºC-on tartására. Az egyik ezek közül egy olyan automatikus hőmérséklet-szabályzott doboz, amibe a referenciapontot behelyezik. Ez a készülék a Peltier-hatást és termoelektromos félvezetős hűtést használ, mely segítségével a referenciapontot állandóan a jég olvadáspontján tartja. Ebben az esetben a hőmérsékleti hiba általában kevesebb, mint 0.1ºC. Az olvadó jég vagy az ezzel azonos (mesterségesen előállított) referencia használata előnyt élvez más alkalmazásokkal szemben, és nem csak pontossági és stabilitási okokból, hanem azért is, mert a hőelemek referenciatáblázatai 0ºC-os referenciahőmérsékletre vonatkoznak.

Egy másik, nagyon általánosan elterjedt eszköz napjainkban a hőmérséklet-érzékeny elektromos hálózat (többféle kivitel létezik), ami követi a referenciapont hőmérsékletét, és azzal egyenértékű feszültséget állít elő. Ez a fajta hidegpont kompenzáció a hőelemes áramkörben, vagy magában a mérőműszerben, annak csatlakozási pontján helyezkedhet el. Ezek az eszközök különálló modulként szerezhetők be, hálózati vagy elemes tápellátással rendelkezhetnek és néhány ºC-os pontosságot nyújtanak.

Sok berendezést úgy terveztek, hogy képesek legyenek a hőelem vagy a hosszabbítókábel vezetőinek közvetlen fogadására bármiféle különálló referenciapont felhasználása nélkül. Olyan eszközök, mint az elektronikus hőmérők, hőmérséklet-szabályzók, adatgyűjtők, stb. gyakran tartalmazzák a saját, olvadásponttal azonos feszültséget előállító generátorukat (ahogy korábban már leírtuk).

A csatlakozópont hőmérséklete meghatározható egy integrált ellenállás-hőmérővel (lásd a 2. rész, 6. fejezetében), termisztorral vagy tranzisztorral, és általában egy megfelelő referenciafeszültség állítható elő velük. Mellesleg érdemes odafigyelni a referenciagenerátor fizikai elhelyezésére, mivel a hőelem leolvasási pontossága és stabilitása függ az egész hálózattól, ami tulajdonképpen a csatlakozásokkal azonos környezeti hőmérsékleten lehet.

A referenciafeszültség bármilyen esetben hozzáadható a hőelem kimenetéhez, melyet vagy maga az elektromos áramkör végez el, vagy még inkább (főleg a szabályzók, adatgyűjtők és más digitális rendszerek használata esetén) a hőmérséklet átszámításakori adatmódosítások során történik. Sok modern szabályzó, adatgyűjtő, stb. az utóbb említett megközelítés felé halad.

Nagyobb rendszerekhez, amik sok hőelemet, racket és szekrényt tartalmaznak, szintén létezik olyan egységes hőmérsékletű blokk, amelyben akár 100 egyenértékű referenciapont is lehet. Ez a blokk lehet egy – a korábban már említett – jég olvadáspontját tartó egység, vagy egy a hőmérséklet szempontjából stabil fémtömb, ami a környezetének hőmérsékletéhez közel állandó hőmérsékletet tart fenn. Az utóbbi esetben a blokk hőmérsékletét folyamatosan ellenőrzik egy elektromos kompenzátorral, és (ebben az esetben is) a jég olvadáspontjának megfelelő feszültség hozzáadható mindegyik hőelem kimeneti jeléhez – elektromosan vagy numerikusan.

Az előbbieken kívül léteznek olyan referenciaegységek is, amiket arra terveztek, hogy a műszert egy magasabb hőmérsékleten lehessen használni. Ezek azokon a területeken lehetnek hasznosak, ahol különösen magas a környezeti hőmérséklet, de a hőelem kimeneteket a 0ºC-nak megfelelő értékhez kell állítani. Lényegében mindaddig, amíg a referenciahőmérséklet ismert, addig a mérőpont hőmérséklete levezethető a szabvány megfelelő táblázataiból leolvasott korrekciós tényező beszámításával.

Anyag Típusok

A legtöbb vezető anyag képes termoelektromos jelet szolgáltatni, azonban ha a különböző tényezőket számításba veszünk, úgymint a hőmérsékleti tartományt, a hasznos kimeneti jelszintet, a linearitást és az érzékelő ismétlőképességét (egyértelmű kapcsolat a hőmérséklet és a kimeneti jel közt), akkor leszűkíthetjük a választási lehetőségeket. Néhány évtizeddel ezelőtt az anyagok kiválasztása volt a munka jelentős része a gyártók, a nagy kalibráló és hitelesítő laboratóriumok számára. Végeredményül a használható fémek és ötvözetek által vezeték vagy teljes érzékelő formájában mérhető hőmérsékleti tartomány –270ºC-tól 2600ºC-ig bővült.

Természetesen a teljes tartomány nem mérhető egyféle vezetékpárból kialakított hőelemmel. Vannak nemzetközileg elfogadott típus elnevezések, mindegyiknek van néhány speciális előnye. A Nemzetközi szabvány (IEC 60584) utal a szabványosított hőelemekre, és elmagyarázza a betűjelöléseket – a rendszert eredetileg az Amerikai Műszeripari Egyesülés javasolta (lásd az 1. rész 3. fejezetében).

Általában ezeket két fő kategóriába sorolhatjuk – nemesfém típusok (tipikusan platina/platina-ródium) és nem nemesfém típusok (úgymint a nikkel-króm/nikkel-alumínium és vas/réz-nikkel, azaz a vas/konstantán). A platina alapú hőelemeket tartják a legstabilabbaknak, de egyben a legdrágábbaknak is. Jól használható hőmérséklettartományuk van, mely a környezeti hőmérséklettől 2000ºC-ig terjed– rövid idejű mérésre ez a tartomány sokkal nagyobb (–270ºC … 3000ºC). A nem nemesfém típusokhoz tartozó hőmérséklettartomány sokkal korlátozottabb, tipikusan 0ºC … 1200ºC, és ez természetesen szélesebb a nem folyamatos mérésekhez. Mindazonáltal a nemesfém típusok kimeneti jelszintje kisebb, mint nem nemesfém típusoké.

Másik téma a nem nemesfém hőelemek velejáró termoelektromos instabilitása (K típus), mind időben mind hőmérsékletben – az E, J és T típusokkal szemben szintén vannak kritikák (lásd az 1 rész 3. fejezetében). Ennélfogva az N típusú (nicrosil/nisil) hőelemek érdekességét, a nemesfém hőelemekre jellemző legjobb karakterisztika ígérete adja – nem nemesfém áron, a nem nemesfém érzékelők jelszintjén és enyhén kibővítve azok méréstartományát.

Hőelem Típusok, Szabványok és Referencia Táblázatok

Anyagok számos kombinációja használható hőelemként, és mindegyikre jellemző egy bizonyos egyéni alkalmazási terület. A csereszabatosság és a tömeggyártás gazdaságosabbá tétele szabványosításhoz vezetett, és néhány speciális típus most már könnyen elérhető valamint hőmérsékleti és környezeti szempontból lefedi a felhasználási területek többségét.

Ezeket a hőelemeket úgy készítik, hogy megfeleljenek az emf/hőmérséklet összefüggés táblázatban megadott értékeknek, amikben általában 1ºC-os hőmérsékletváltozásra létrejövő μV-nyi feszültségváltozás értéke van feltűntetve. Nemzetközileg ezeket a referencia táblázatokat az IEC 60584 (1. rész) szabvány ismerteti. Érdemes megjegyeznünk, hogy a szabvány nem nevezi nevén a konstrukciókat és nem ír a használt kábelek szigeteléséről vagy más teljesítménykövetelményről.

A szabványok a nyolc specifikált és leggyakrabban használt hőelemet foglalják magukba, utalva a nemzetközileg elfogadott betűjelükre, és teljes referencia táblázatot adnak mindegyik számára. Lásd az ebben az útmutatóban közölt referencia táblázatokat. Érdemes sorjában rájuk pillantani és megnézni a használati tartományaikat, tulajdonságaikat és alkalmazási területeiket. Itt megjegyeznénk, hogy először mindig a pozitív vezetőre történik a hivatkozás. Azt is szem előtt kell tartani – kifejezetten a nem nemesfém típusok esetében –, hogy a megadottmaximális üzemi hőmérséklet nem feltétlenül mérvadó. A gyakorlatban az előbbiek nagymértékben függnek a huzal átmérőjétől, valamint a várt üzemi környezettől és a hőelem tervezett élettartamától.

A hőelemek hőmérsékleti tartományát és az anyagok kombinációit a 3.1-es és a 3.2-es táblázatban közöljük. Az előbbi tartalmazza a nemesfém, platina alapú eszközöket, az utóbbi a nem nemesfém típusokat.

3.1 IEC 60584-1 – S Típus – Platina-10%Ródium/Platina

Ez a hőelem oxidáló és semleges légkörben folyamatosan használható 1600ºC-ig, és rövid időtartamra 1700ºC-ig is. A magas hőmérsékleten való használathoz a szigetelőket és a védőburkolatokat nagy tisztaságú aluminából készítik. Valójában az összes alkalmazásban szükséges egy áthatolhatatlan védőburkolat az eszköz védelme érdekében, mivel már kis mennyiségű fémgőz is torzulást és csökkenést okoz a képződő emf-ben.

A magas hőmérsékleten való folyamatos használat szintén degradációt okoz, és megvan annak lehetősége, hogy a ródium a tiszta platinába diffundál, ami ismét a kimeneti jel csökkenéséhez vezet.

3.2 IEC 60584-1 – R Típus – Platina-13%Ródium/Platina

Hasonló az S Típushoz, de ennek a hőelemnek az előnye a kissé magasabb kimeneti jelszint és a javított stabilitás. Általában az R Típusú hőelemeket jobban szeretik, mint az S Típusúakat, és az alkalmazásuk nagyjából azonos.

3.3 IEC 60584-1 – J Típus – Vas/Réz-Nikkel

Hasonló az S típushoz, de ennek a hőelemnek az előnye a kissé magasabb kimeneti jelszint és a javított stabilitás. Általában az R típusú hőelemeket jobban szeretik, mint az S típusúakat, és az alkalmazásuk nagyjából azonos.

3.4 IEC 60584-1 – K Típus – Nikkel-Króm/Nikkel-Alumínium

Általában Chromel-Alumel néven emlegetik, és a mai napig a leggyakoribb hőelemtípus az iparban. Elsődlegesen oxidáló közegek mérésére tervezték. Az igazság az, hogy nagy gonddal kell védeni az érzékelőt minden mással szemben! A maximális folyamatosan mérhető hőmérséklet 1100ºC környékén található, habár 800ºC felett az oxidáció fokozottan növeli driftet. Rövid idejű mérésekre viszont van egy kis kiterjesztési lehetőség 1200ºC-ig. Az eszköz szintén alkalmas kriogenikus alkalmazásokra is, egészen –250ºC-ig.

Annak ellenére, hogy a K típus széles körben használt érzékelő, köszönhetően a széles méréstartományának és az alacsony árának, stabilitása nem olyan jó, mint más nem nemesfém érzékelőké. A 250ºC és 600ºC közti hőmérsékleten – de 300ºC és 550ºC közt kifejezetten – a hőmérsékleti hiszterézis néhány fokos hibát eredményezhet. Az igaz, hogy a K típus népszerű a nukleáris alkalmazások esetén, hiszen viszonylag jól tűri a sugárzást, azonban manapság az N típus sokkal jobb megoldás erre a célra.

3.5 IEC 60584-1 – T Típus – Réz/Réz-Nikkel

Ez az eredeti nevén Réz-Konstantán hőelem nem igazán elterjedt a laboratóriumi hőmérsékletmérés –250ºC és 400ºC közti tartományában. Ezen tartomány felett a rézvezeték gyorsan oxidálódik. Az ismétlőképessége kiváló –200ºC és 200ºC közt (±0.1ºC). Oda kell figyelni, hogy a rézvezeték száraknak nagy a hővezetése, és egy nagyon fontos tény, hogy az a réz-nikkel ötvözet, amit a negatív vezetékszárban használnak, nem egyezik meg a J típusnál használttal – így ezek nem csereszabatosak.

3.6 IEC 60584-1 – E Típus – Nikkel-Króm/Réz-Nikkel

Chromel–Konstantánként is ismert ez a hőelem, amely a nagy kimeneti jelszintjéről híres – amely a legmagasabb az általánosan használt eszközök közül, habár napjainkban ennek kisebb a jelentősége a nagyon stabil szilárdtest erősítők miatt. A használható méréstartománya széles, kb. –250ºC-tól (kriogén) 900ºC-ig tart, mely oxidáló és semleges légkörre egyaránt vonatkozik. A K típusnál sokkal stabilabb, ezért sokkal alkalmasabb pontos mérésre, azonban az N típus még ennél is jobb stabilitással és mérési tartománnyal rendelkezik.

3.7 IEC 60584-1 – B Típus – Platina-30%Ródium/Platina-6%Ródium

Type B, developed in the 1950’s, and can be used continuously up to 1,600°C and intermittently up to around 1,800°C. In other respects the device resembles the other rare metal based thermocouples, Types S and R, although the output is lower, and therefore it is not normally used below 600°C. An interesting practical advantage is that since the output is negligible over the range 0°C to 50°C, cold junction compensation is not normally required.

3.8 IEC 60584-1 – N Típus – Nikkel-Króm-Szilícium/Nikkel-Szilícium

A K típus (az iparban a leggyakrabban használt típus) forradalmi helyettesítő típusaként hirdetik, de annak hátrányai nélkül – magas hőmérsékleten az N típusú (Nicrosil-Nisil) sokkal jobb ellenállást mutat az oxidáció okozta drifttel szemben mint a riválisai (lásd az 1. rész 2.4. fejezetét). Magasabb hőmérsékletet képes mérni, mint a K típus (1280ºC-t és még magasabbat rövid ideig).

Az oxidációval szembeni ellenállása nagyobb a pozitív Nicrosil vezetékben levő nagy mennyiségű króm és szilícium valamint a negatív Nisil vezetékben lévő nagy mennyiségű szilícium és magnézium miatt, mely diffúziós gátat képez. Az eszköznek jobb az ismétlőképessége a 300ºC … 500ºC közé eső tartományban, ahol a K típus stabilitása némiképp hiányos (a mágneses és a strukturális inhomogenitás okozta hiszterézis miatt miatt). Az NP vezetékben lévő nagy mennyiségű króm és az NN vezetékben lévő szilícium javítja a mágneses stabilitást.

Továbbá nincsenek hosszú idejű drift problémák az ásványianyag-szigetelésű hőelemekből nagy nyomáson kigőzölgő alkotóelemek miatt (főleg mert mangán és alumínium KN vezetéktől magnézium oxid szigeteli el a KP vezetéket). Az átalakulás gyakorlatilag megszűnt amióta a vezetékek csak elenyésző mennyiségben tartalmaznak magnéziumot és alumíniumot. Végezetül, mivel az NN vezeték nem tartalmaz magnéziumot, alumíniumot és rezet, ezért a nukleáris sugárzással szembeni stabilitás is sokkal jobb.

Ez az az MSZ EN 60584-ben (IEC 60584-ben) megjelentetett hőelem, viszonylag új típus a hőelemes hőmérsékletmérésben, de mégis azt lehet mondani, hogy a többi nem nemesfém hőelemet (E, J, K és T) idejétmúlttá tette. Több lelkes gyártó és disztribútor azon a véleményen van, hogy ez az eszköz a nemesfém hőelemek tulajdonságaival rendelkezik, és mindez a nem nemesfém érzékelők árán szerezhető be. Ez valóban igaz, mert a folyamatosan mérhető, maximálisan 1280ºC-os hőmérsékletig az alkalmazási feltételektől függően R és S típusú hőelemek helyett használható, amelyek ára ennek tízszerese, húszszorosa is lehet.

Valójában annak ellenére, hogy ezen érzékelők befogadása lassabb volt, mint sokan várták, mostanra a Nicrobell és a hasonló ötvözetek kifejlesztésével, vizsgálatával, és magas hőmérsékletű használatra való ásványianyag-szigetelésű, fémburkolatú hőelemként (köpenyhőelem) történő tesztelésével az N típust egyre szélesebb körben használják. Mostanra kétségtelené vált, hogy ez tényleg jobb hőelem, mint a nem nemesfém riválisai.

3.9 IEC 60584-1 – C Típusú Wolfrám-5% Rénium / Wolfrám-26% Rénium

Korábban W5 típusként volt ismert a C Típusú hőelem (wolfrám és rénium ötvözet), ami meglehetősen nagy és relatíve lineáris emf jelet szolgátat magas hőmérsékletű méréseknél. Ez a fajta a hőelem vákuumban, inert gázokban vagy száraz hídrogénben való használatra javasolt. 1200°C felett a wolfram az átkristályosodás miatt törékennyé válik.

3.10 IEC 60584-1 – A Típusú Wolfrám-5% Rénium / Wolfrám-20% Rénium

A C Típushoz hasonló A Típusú hőelem szélesebb tartományban, egészen 2500°C-ig használható.

3.11 Nem Szabványos Hőelemek

Habár sok típus van, az évek folyamán újabb és újabb típusokat fejlesztettek ki, azonban a legtöbb már nem elérhető és használható, vagy csak nagyon speciális alkalmazásokban, esetleg történelmi okokból. Létezik azonban négy főbb olyan nem szabványos típus, ami folyamatosan tartja a helyét a hőelemes hőmérsékletmérés területén.

3.12 Wolfrám-Rénium

Három elsődleges kombinációja van ennek a típusú hőelemnek. Ezek a G típus (wolfrám/wolfrám-26%rénium), a C típus (wolfrám-5%rénium/wolfrám-26%rénium) és a D típus (wolfrám-3%rénium/wolfrám-25%rénium). Ezek közül az első garantáltan a legolcsóbb, de a wolfrámvezetékben lehetnek problémák a ridegséggel. Mindegyik 2300ºC-ig használható és rövid ideig akár 2750ºC-ig is vákuumban, tiszta hidrogénben vagy tiszta nemesgázokban. 1800ºC felett azonban problémák adódhatnak a rénium elgőzölgésével. Szigetelőként általában berillium és tórium ajánlott, habár újabb problémák adódhatnak a magasabb hőmérsékleti tartományban a vezetékek és a szigetelések esetleges reakciójával.

3.11 Irídium-40%Ródium/Irídium

Arról nevezetes, hogy ez az egyetlen nemesfém hőelem, amit levegőben védelem nélkül lehet használni 2000ºC-ig (csak rövid ideig). Ezt az eszközt vákuumban és inert közegben is lehet alkalmazni. Ehhez azonban nincsenek szabványos referencia táblázatok, és a felhasználóknak meg kell bízniuk a gyártók kalibrálásában. Továbbá oda kell figyelni a magas hőmérsékleten történő használat utáni esetlegesen előforduló ridegségre.

3.12 Platina-40%Ródium/Platina-20%Ródium

Javasolható ennek a típusnak a használata a B típus helyett, amikor kicsit magasabb hőmérséklettartományra van szükség. Ez az érzékelő 1700ºC-ig folyamatosan és rövid ideig 1850ºC-ig használható. Alkalmazási szabályai megegyeznek az S típusnál leírtakkal. Nincsen szabványos referencia táblázata, de a gyártóktól normális esetben ”sorozat” kalibráció beszerezhető.

3.13 Nikkel-Króm/Arany-0.07%Vas

Ezt a hőelemet nagy valószínűséggel kimondottan a nagyon alacsony hőmérsékletek mérésére tervezték, azaz arra, hogy 1K alatt lehessen vele mérni, bár 4K feletti mérésekre felel meg leginkább. A referencia táblázatait az Angol Nemzeti Szabványügyi Hivatal publikálta, de Európában a negatív kivezetés ötvözete általában arany-0.03%vas.

Hőelemek Kimeneti Tűrése

A gyakorlatban a hőelemek tulajdonságai nem mindig egyeznek meg tökéletesen a táblázatokban közölt értékekkel. A hőelemek kimeneti tűrése mind a nemesfém mind a nem nemesfém hőelemek esetén az MSZ EN 60584-2 (IEC 60584-2) szabványban van leírva, és a gyártók ezeknek a megegyezéses határoknak (3.3 táblázat) megfelelő érzékelőket gyártanak.

A tűrési értékek normális esetben a 0.1… 3mm átmérőjű vezetékből készült hőelemekre vonatkoznak, és nem veszi figyelembe a használat során létrejövő driftet. Azon hőelemeket, amelyek nem szerepelnek ezekben a szabványokban, a gyártók saját adattáblázattal szállítják.