Auswahl eines Messverstärkers für Thermoelemente

Warum am Sensor verstärken?

Weil das Rohsignal kleiner sein kann als das Rauschen, das es auf dem Weg zum Aufzeichnungsgerät aufnimmt. Die Thermoelementspannung ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Vergleichsstelle und liegt im Millivoltbereich.

• In einer Messung von Michigan Scientific bei 25 °C lag ein nicht verstärktes Typ-K-Signal von etwa 1 mV in rund 30 mV Rauschen. Verstärkt ergab dieselbe Messung etwa 125 mV Signal bei rund 25 mV Rauschen.
• Kompensation der Vergleichsstelle: Jeder Messverstärker für Thermoelemente von Michigan Scientific übernimmt sie, sodass der Ausgang eine absolute Temperatur ist.
• Linearer Ausgang: Die Thermoelementspannung ist nicht linear zur Temperatur. Ein Messverstärker mit linearem Ausgang erspart die polynomiale Umrechnung in der Nachverarbeitung.

Warum ist das über einen Schleifring wichtig?

Weil sonst ein Temperaturgradient über den Schleifring in die Messung eingeht. Die Ringe und Bürsten sind keine Thermoelementlegierungen: Eine Temperaturdifferenz zwischen den Anschlüssen von Rotor und Stator erzeugt an diesen Kontakten ungleicher Metalle einen zusätzlichen Fehler. Ein Messverstärker auf der rotierenden Seite übernimmt die Kompensation der Vergleichsstelle und sendet eine Spannung mit hohem Pegel durch die Ringe, die der Gradient nicht beeinflusst.

Wie wird er montiert?

Direkt auf dem Bauteil. Die Messverstärker werden auf das Bauteil geklebt, vergossen oder angeschnallt, auch auf ein rotierendes.

• MicroTC: 32,0 × 17,4 × 8,2 mm, 3,9 g. AMP-TC-M1: 30 × 20 × 6 mm.
• AMP-TCN-X2: ein Modul mit Ø 53,37 × 21,34 mm, das auf dem Rotor der Schleifringe der Baureihe SR zentriert wird; für mehr Kanäle können Module gestapelt werden.
• Kurze Schleifringe der S-Baureihe sind mit integriertem Thermoelement-Messverstärker im Rotor erhältlich (S6/TC3, S8/TC4).

Wie viele Kanäle, linear oder nicht?

Messverstärker mit linearem Ausgang haben einen Kanal. Für mehrere Kanäle in einem Gehäuse wird der Ausgang nicht linearisiert, sondern mit den im Handbuch angegebenen Polynomen umgerechnet.

• Linear, ein Kanal: MicroTC, 5 mV/°C, Bandbreite 2,35 kHz. AMP-TC-LIN, 10 mV/°C, Bandbreite 10 Hz.
• Nicht linearisiert, 10 mV/°C bei 25 °C: AMP-TC-M1 mit 1, 2 oder 3 Kanälen, 1,16 kHz; AMP-TCN-X2 mit 1 bis 9 Kanälen, 1,56 kHz.
• Mehrere Messverstärker können von einer Michigan Scientific Steuereinheit versorgt werden.

Welcher Thermoelement-Typ und welcher Messbereich?

Der Thermoelement-Typ grenzt die Auswahl zuerst ein, dann der Messbereich, der ohne polynomische Korrektur ablesbar sein soll.

• MicroTC: nur Typ K. Linear von −25 bis 400 °C; −200 bis 970 °C mit den Polynomen der Nachbearbeitung.
• AMP-TC-LIN: Typen K und J. Linear von −80 bis 1 000 °C mit Typ K, 0 bis 750 °C mit Typ J.
• AMP-TC-M1: Typen K, J, T und E. AMP-TCN-X2: Typen K, J und T, weitere auf Anfrage. Messbereich je nach Thermoelement-Typ über die Polynome des Handbuchs, zum Beispiel 0 bis 1 370 °C mit Typ K.

Welche Genauigkeit ist zu erwarten?

± 2 °C bis ± 3 °C nahe Raumtemperatur, Kaltstellenkompensation inklusive, und ± 5 °C an den Grenzen des Gehäusetemperaturbereichs des Messverstärkers. Jedes Datenblatt nennt die Grenzwerte.

• MicroTC: ± 2 °C typisch, ± 3 °C max.
• AMP-TC-M1: ± 2 °C bei 25 °C Gehäusetemperatur, ± 3 °C von −25 bis 85 °C, ± 5 °C von −55 bis 125 °C.
• AMP-TCN-X2: ± 1 °C bei 25 °C, ± 2 °C von −25 bis 85 °C, ± 5 °C von −55 bis 125 °C.
• AMP-TC-LIN: ± 3 °C von −40 bis 70 °C Gehäusetemperatur, ± 5 °C bis 110 °C.