Ein thermoelektrischer Temperaturmessaufbau besteht aus einer Messstelle, dem Thermoelement oder Mantelthermoelement, einer internen oder externen Vergleichsstelle unter bekannter Temperatur, einem Messgerät, einem Temperaturregler oder -schreiber sowie den geeigneten Verbindungsleitungen zwischen o.g. genannten Bauteilen.

Innerhalb des Thermoelementes ist die Messstelle, beim Mantelthermoelement durch den Mantel geschützt . Bei diesem Messverfahren wird eine vom Thermopaar an der Messstelle erzeugte (Thermo-) Spannung gemessen, die abhängig ist von der Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und der Vergleichsstelle.

Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wird das Thermopaar in den meisten Betriebsfällen nicht direkt mit der Vergleichsstelle verbunden. Stattdessen werden die als Anschlussstelle bezeichneten offenen bzw. freien Enden des Thermopaares an einen Keramiksockel (im Anschlusskopf) oder an einen geeigneten Stecker angeschlossen und das Thermopaar wird von hier aus mittels einer Thermo- oder Ausgleichsleitung bis zur Vergleichsstelle verlängert.

In Bild 1 ist die Messanordnung mit einer separaten (externen) Vergleichsstelle dargestellt. Bei einer externen Vergleichsstelle wird die Temperatur durch geeignete Maßnahmen auf einen konstanten und bekannten Wert (üblicherweise auf 0 °C, 20 °C oder 50 °C) gehalten. Die externe Vergleichsstelle ist durch eine normale Kupferleitung mit dem Messgerät verbunden, das seinerseits auf die konstante Vergleichsstellen-Temperatur eingestellt ist.

Ebenfalls werden Messgeräte mit einer integrierten (internen) Vergleichsstelle eingesetzt, bei denen die Ausgleichs- oder Thermoleitung gemäß Bild 2 direkt an die Klemmen des Messgerätes angeschlossen ist. Die aktuelle Klemmentemperatur wird hier intern gemessen und in eine Hilfsspannung umgesetzt, die zur Korrektur der gemessenen Thermospannung dient.

In einem Thermoelement, bei dem das Thermopaar mit einem im Anschlusskopf eingebauten Messumformer verbunden ist wird keine Ausgleichs- oder Thermoleitung benötigt, dies kann mit einer Kupferleitung an geeignetes Messgerät verbunden werden.

Ausgleichsleitungen

Ausgleichsleitungen werden als Litzenleiter und als Massivleiter in verschiedenen Werkstoffen mit verschiedenen Isolierungen hergestellt. Sie werden gemäß DIN 43 722 mit dem Buchstaben “C” bezeichnet, der dem Kennbuchstaben des Thermopaares nachgestellt wird (z.B. “KC”).

Die elektrischen Leiter (d.h. die flexiblen Litzen oder die massiven Drähte) bestehen aus sogenannten Ersatzwerkstoffen, die eine andere chemische Zusammensetzung haben, als die Werkstoffe des zugehörigen Thermopaares. Für eine Thermopaarart dürfen auch verschiedene Ersatzwerkstoffe verwendet werden, wobei die Bezeichnung der Leitung in diesem Fall um einen zusätzlichen Kennbuchstaben “A” oder “B” erweitert wird (z.B. “KCA” und “KCB”).

Die Ersatzwerkstoffe besitzen in dem für Ausgleichsleitungen zulässigen Temperaturbereich die gleichen thermoelektrischen Eigenschaften wie das zugehörige Thermopaar.
Ausgleichsleitungen werden für die Thermopaartypen K, N, R, S, und B verwendet, da die Ersatzwerkstoffe (besonders bei den Edelmetall- Thermopaartypen R, S, und B) wesentlich preiswerter sind als die (Original-) Werkstoffe des zugehörigen Thermopaares.

Thermoleitungen

Thermoleitungen werden als Litzenleiter und als Massivleiter mit verschiedenartigen Isolierungen und Armierungen hergestellt. Sie werden gemäß DIN 43 722 mit dem Buchstaben “X” bezeichnet, der dem Kennbuchstaben des Thermopaares nachgestellt wird (z.B. “KX”).

Die elektrischen Leiter (d.h die flexiblen Litzen oder die massiven Drähte) bestehen aus Werkstoffen, die die gleiche chemische Zusammensetzung haben wie die (Original-) Werkstoffe des zugehörigen Thermopaares. Die Thermospannungen der Leiterpaare brauchen jedoch nur bis zu einer Temperatur von 200 °C (bei Typ “TX” bis 100 °C) mit der genormten Grundspannungsreihe des zugehörigen Thermopaares übereinzustimmen. Hier unterscheiden sich die Thermoleitungen von den isolierten Thermodrähten.

Thermoleitungen sind für die Thermopaartypen K, N, J, T und E (alle nach DIN EN 60 584) verfügbar.