Wat is een thermokoppel?

Wat is een thermokoppel?

Definitie van thermokoppel

Een thermokoppel is een apparaat dat temperatuurverschillen omzet in een elektrische spanning, gebaseerd op het principe van de thermoelektrische effect. Het is een type sensor dat de temperatuur op een specifiek punt of locatie kan meten. Thermokoppels worden breed gebruikt in industriële, huishoudelijke, commerciële en wetenschappelijke toepassingen vanwege hun eenvoud, duurzaamheid, lage kosten en brede temperatuurbereik.

Thermoelektrische effect

De thermoelektrische effect is het verschijnsel van het genereren van een elektrische spanning door een temperatuurverschil tussen twee verschillende metalen of metaallegeringen. Dit effect werd ontdekt door de Duitse natuurkundige Thomas Seebeck in 1821, die observeerde dat er een magnetisch veld ontstond rond een gesloten lus van twee verschillende metalen wanneer één verbinding werd verhit en de andere gekoeld.

De thermoelektrische effect kan worden verklaard door de beweging van vrije elektronen in de metalen. Wanneer één verbinding wordt verhit, krijgen de elektronen kinetische energie en bewegen ze sneller naar de koudere verbinding. Dit creëert een potentiaalverschil tussen de twee verbindingen, wat kan worden gemeten met een voltmetertje of een ampermetertje. De grootte van de spanning hangt af van het type metalen dat wordt gebruikt en het temperatuurverschil tussen de verbindingen.

Werkingsprincipe van thermokoppels

Een thermokoppel bestaat uit twee draden gemaakt van verschillende metalen of metaallegeringen, die aan beide uiteinden zijn verbonden om twee verbindingen te vormen. Eén verbinding, genaamd de hete of meetverbinding, wordt geplaatst op de locatie waar de temperatuur moet worden gemeten. De andere verbinding, genaamd de koude of referentieverbinding, wordt gehouden op een constante en bekende temperatuur, meestal kamertemperatuur of in een ijsbad.

Wanneer er een temperatuurverschil is tussen de twee verbindingen, wordt er een elektrische spanning gegenereerd in het thermokoppelcircuit als gevolg van de thermoelektrische effect. Deze spanning kan worden gemeten met een voltmetertje of een ampermetertje dat is aangesloten op het circuit. Door gebruik te maken van een kalibratietafel of een formule die de spanning relateert aan de temperatuur voor een bepaald type thermokoppel, kan de temperatuur van de hete verbinding worden berekend.

Soorten thermokoppels

Er zijn verschillende soorten, zoals K, J, T en E, die verschillen in metaalcombinaties, temperatuurbereiken en specifieke toepassingen.

Voordelen

• Ze kunnen een breed scala aan temperaturen meten, van cryogeen tot zeer hoge temperaturen.

• Het zijn eenvoudige, robuuste en betrouwbare apparaten die stand kunnen houden in harde omstandigheden en trillingen.

• Ze zijn goedkoop en eenvoudig te installeren en te vervangen.

• Ze hebben een snelle reactietijd en kunnen dynamische temperatuurveranderingen meten.

• Ze vereisen geen externe stroom of versterking voor hun werking.

Nadelen

• Ze hebben een lage nauwkeurigheid en stabiliteit vergeleken met andere sensoren.

• Ze zijn gevoelig voor fouten door corrosie, oxidatie, besmetting of veroudering van de draden.

• Ze vereisen een referentieverbinding op een bekende temperatuur voor nauwkeurige meting.

• Ze hebben een niet-lineaire uitgang die complexe kalibratie of compensatie vereist.

• Ze kunnen ongewenste thermoelektrische spanningen genereren door parasitaire verbindingen in het circuit.

Selectiecriteria

Kies op basis van temperatuurbereik, nauwkeurigheid, compatibiliteit met de omgeving, grootte, elektrische eigenschappen en kosten.

• Algemene toepassingen

• Staal- en ijzerindustrieën

• Gasapparaten

• Thermopiel stralingssensoren

• Productie

• Energieproductie

• Procesinstallaties

• Thermokoppels als vacuümmanometer

Conclusie

Thermokoppels zijn breed gebruikte temperatuursensoren die bestaan uit twee verschillende soorten metalen die aan één kant zijn verbonden. Wanneer de verbinding van de twee metalen wordt verhit of gekoeld, wordt er een spanning gecreëerd die kan worden gerelateerd aan de temperatuur.

Thermokoppels hebben veel voordelen en nadelen ten opzichte van andere temperatuursensoren. Ze kunnen een breed scala aan temperaturen meten, van cryogeen tot zeer hoge temperaturen. Ze zijn eenvoudige, robuuste en betrouwbare apparaten die stand kunnen houden in harde omstandigheden en trillingen. Ze zijn goedkoop en eenvoudig te installeren en te vervangen. Ze hebben een snelle reactietijd en kunnen dynamische temperatuurveranderingen meten. Echter, ze hebben een lage nauwkeurigheid en stabiliteit vergeleken met andere sensoren. Ze zijn gevoelig voor fouten door corrosie, oxidatie, besmetting of veroudering van de draden. Ze vereisen een referentieverbinding op een bekende temperatuur voor nauwkeurige meting. Ze hebben een niet-lineaire uitgang die complexe kalibratie of compensatie vereist.

Om het juiste thermokoppel te selecteren, overweeg het benodigde temperatuurbereik en de nauwkeurigheid, de chemische compatibiliteit en duurzaamheid van de draden, de grootte en vorm van de sonde, de elektrische eigenschappen en geluidsdemping, en de beschikbaarheid en kosten van het type en accessoires.

Thermokoppels worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen in verschillende industrieën en domeinen. Enkele van de algemene toepassingen van thermokoppels zijn de staal- en ijzerindustrieën, gasapparaten, thermopiel stralingssensoren, productie, energieproductie, procesinstallaties en thermokoppels als vacuümmanometers.