Thermoelemente (TE) sind Sensoren, die bei Temperaturänderungen Spannung erzeugen.

Prinzipieller Aufbau eines Thermoelements

Sie basieren auf dem so genannten Seebeck-Effekt und dem Peltier-Effekt, die besagen, dass an der Kontaktstelle zwischen zwei verschiedenen, sich berührenden Metallen, eine Kontaktspannung entsteht. Diese Kontaktspannung wird durch die Ladungsverschiebung zwischen den beiden Metallen hervorgerufen, sie ist direkt abhängig ist von der Temperatur an der Kontaktstelle, und heißt Thermospannung. Der Seebeck-Effekt und der Peltier-Effekt treten gemeinsam auf, können aber getrennt genutzt werden.

Thermoelektrische Spannungen von verschiedenen Metallen

Die Ladungsverschiebung ist durch die elektromotorische Kraft (EMK) in den metallischen Leitern bedingt. Die EMK ist materialabhängig und entsteht sobald in einem metallischen Leiter ein Temperaturgefälle vorhanden ist. Bei zwei verschiedenen Materialien entsteht somit eine temperaturabhängige Potentialdifferenz. Am Beispiel von Zinn (+3,0) und Nickel (-1,9) würde eine Thermospannung von 4,9 x 10exp-6 V/K entstehen, und damit bei Raumtemperatur von 20 °C eine Thermospannung 1,44 mV.

Temperatur- und Spannungsbereiche für verschiedene Thermoelemente

Thermoelemente erzeugen an der Verbindungsstelle der beiden Metalle thermoelektrische Spannungen, die nur einige Mikrovolt klein und temperaturabhängig sind. Die Temperaturabhängigkeit liegt lediglich bei einigen Mikrovolt pro Grad Celsius. Da jedes Metall und demzufolge jede Kombination zweier Metalle eine andere Spannung erzeugt, gibt es eine von DIN standardisierte thermoelektrische Spannungsreihe über die die Thermospannung ermittelt werden kann.

Thermoelemente können im Temperaturbereich zwischen -200 °C und 1.800 °C eingesetzt werden.