Thermokoppel: Een eenvoudige en veelzijdige temperatuursensor
Wat is een thermokoppel?
Een thermokoppel is een apparaat dat temperatuurverschillen omzet in een elektrische spanning, gebaseerd op het principe van het thermoelektrisch effect. Het is een type sensor dat de temperatuur op een specifiek punt of locatie kan meten. Thermokoppels worden breed gebruikt in verschillende sectoren, zoals industriële, huishoudelijke, commerciële en wetenschappelijke toepassingen, vanwege hun eenvoud, duurzaamheid, lage kosten en brede temperatuurbereik.
Wat is het thermoelektrische effect?
Het thermoelektrische effect is het fenomeen van het genereren van een elektrische spanning door een temperatuurverschil tussen twee verschillende metalen of legeringen. 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 werd afgekoeld.
Het thermoelektrische effect kan worden uitgelegd 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 voltmeter of een ammeter. De grootte van de spanning hangt af van het type metalen dat wordt gebruikt en het temperatuurverschil tussen de verbindingen.
Hoe werkt een thermokoppel?
Een thermokoppel bestaat uit twee draden gemaakt van verschillende metalen of legeringen, die aan beide einden 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 over het thermokoppelcircuit door het thermoelektrische effect. Deze spanning kan worden gemeten met een voltmeter of ammeter die is aangesloten op het circuit. Door gebruik te maken van een kalibratietafel of formule die de spanning relateert aan de temperatuur voor een bepaald type thermokoppel, kan de temperatuur van de hete verbinding worden berekend.
De volgende diagram toont het basiswerkingsprincipe van een thermokoppel:
De volgende video legt uit hoe een thermokoppel werkt in meer detail:
Welke types thermokoppels zijn er?
Er zijn veel types thermokoppels beschikbaar, elk met verschillende kenmerken en toepassingen. Het type thermokoppel wordt bepaald door de combinatie van metalen of legeringen die worden gebruikt voor de draden. De meest voorkomende types thermokoppels worden aangeduid met letters (zoals K, J, T, E, enz.) volgens internationale normen.
De volgende tabel geeft een overzicht van enkele van de belangrijkste types thermokoppels en hun eigenschappen:
| Type | Positieve draad | Negatieve draad | Kleurcode | Temperatuurbereik | Gevoeligheid | Nauwkeurigheid | Toepassingen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Nickel-chroom (90% Ni, 10% Cr) | Nickel-aluminium (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | Geel (+), Rood (-), Geel (overall) | -200°C tot +1260°C (-328°F tot +2300°F) | 41 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Algemeen doel, breed bereik, lage kosten |
| J | IJzer (99,5% Fe) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Wit (+), Rood (-), Zwart (overall) | -210°C tot +750°C (-346°F tot +1400°F) | 50 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Oxiderende atmosferen, beperkt bereik |
| T | Koper (99,9% Cu) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Blauw (+), Rood (-), Bruin (overall) | -200°C tot +350°C (-328°F tot +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0,75%) | Lage temperaturen, oxiderende atmosferen |
| E | Nickel-chroom (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Paars (+), Rood (-), Paars |
| E | Nickel-chroom (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Paars (+), Rood (-), Paars (overall) | -200°C tot +870°C (-328°F tot +1598°F) | 68 µV/°C | ±1,7°C (0,5%) | Hoog nauwkeurig, matig bereik, lage kosten | | N | Nicrosil (84,1% Ni, 14,4% Cr, 1,4% Si, 0,1% Mg) | Nisil (95,5% Ni, 4,4% Si, 0,1% Mg) | Oranje (+), Rood (-), Oranje (overall) | -200°C tot +1300°C (-328°F tot +2372°F) | 39 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Algemeen doel, breed bereik, stabiel | | S | Platina-rhodium (90% Pt, 10% Rh) | Platina (100% Pt) | Zwart (+), Rood (-), Groen (overall) | 0°C tot +1600°C (+32°F tot +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Hoge temperatuur, hoog nauwkeurig, duurzaam | | R | Platina-rhodium (87% Pt, 13% Rh) | Platina (100% Pt) | Zwart (+), Rood (-), Groen (overall) | 0°C tot +1600°C (+32°F tot +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Hoge temperatuur, hoog nauwkeurig, duurzaam | | B | Platina-rhodium (70% Pt, 30% Rh) | Platina-rhodium (94% Pt, 6% Rh) | Grijs (+), Rood (-), Grijs (overall) | +600°C tot +1700°C (+1112°F tot +3092°F) | 9 µV/°C | ±0,5% van de waarneming boven +600°C (+1112°F) | Zeer hoge temperatuur, lage gevoeligheid |
Wat zijn de voordelen en nadelen van thermokoppels?
Thermokoppels hebben veel voordelen en nad
