Typ N – Eine Lösung für Instabilität

Instabilitäten bei Thermoelementen treten in verschiedenen Formen auf. Erstens gibt es eine langfristige Drift aufgrund von Zusammensetzungsänderungen durch Oxidation (oder Neutronenbeschuss bei nuklearen Anwendungen). Beispielsweise können Thermoelemente vom Typ K über 800 °C, die der Luft ausgesetzt sind, Oxidationseffekte aufweisen, die die Homogenität des Leiters verändern und zu Messfehlern von mehreren Prozent führen. Bei der Montage in Ummantelungen mit begrenztem Luftvolumen kann es insbesondere durch Chromoxidation zu Grünfäule kommen. Nuklearanwendungen stellen eine zusätzliche Herausforderung dar, da die Materialumwandlung unter Neutronenbeschuss ebenfalls zu EMF-Instabilität führt.

Zweitens stellt die kurzfristige thermische EMF-Hysterese bei Thermopaaren aus unedlen Metallen, insbesondere Typ K, ein Problem dar, wenn Temperaturschwankungen zwischen 250 °C und 600 °C auftreten. Fehler von 5 °C oder mehr sind hier häufig, insbesondere bei Temperaturen um 400 °C. Diese werden typischerweise durch magnetische und strukturelle Inhomogenitäten verursacht.

Drittens können bei mineralisolierten Thermoelementen EMF-Verschiebungen durch die Migration von Mangan und Aluminium vom KN-Leiter (Minusleiter) durch die Magnesiumoxid-Isolierung zum KP-Leiter (Plusleiter) entstehen.

Die Materialien vom Typ N wurden speziell entwickelt, um diese Instabilitäten zu bekämpfen  Dank ihrer Legierungsstruktur bieten Thermoelemente vom Typ N eine höhere Beständigkeit gegen Drift, Hysterese, magnetische Effekte und sogar neutroneninduzierte Transmutation. Der NP-Leiter (Nicrosil) enthält höhere Chrom- und Siliziumanteile, während der NN-Leiter (Nisil) höhere Silizium- und Magnesiumanteile aufweist. Zusammen bilden sie eine Diffusionsbarriere, die die Langzeitleistung deutlich verbessert.

Die Stabilität von Typ N in nuklearen Anwendungen ist ein weiterer großer Vorteil – das Fehlen von Mangan, Aluminium und Kupfer im NN-Leiter eliminiert das Transmutationsproblem nahezu vollständig. Auch die Temperaturwechselhysterese wird drastisch reduziert. Im Bereich von 200 °C bis 1.000 °C (mit einer Spitzenabweichung von etwa 750 °C) reduzieren sich die Hysteresefehler auf nur 2–3 °C, wodurch Typ N deutlich stabiler ist als seine Pendants aus unedlen Metallen.