Temperatuurmeting

Wat moet u weten over thermokoppels?

Thermokoppels zijn gebaseerd op het principe van vergelijkende meting. Een thermokoppel bestaat uit twee metalen geleiders van verschillend metaal die aan het uiteinde aan elkaar zijn gelast. Hierdoor zijn thermokoppels bijzonder goed bestand tegen trillingen. Een industrieel thermokoppel bestaat uit een thermokoppel dat wordt gebruikt voor meting en referentietemperatuur meting. De referentiemeting vindt plaats op het aansluitpunt waar het thermokoppel is aangesloten op het evaluatie-apparaat (bijv. de meetomvormer of regelaar) Dit aansluitpunt noemt men de koude las, het meetpunt van het koppel noemt men de warme las. De referentiemeting is nodig om te voorkomen dat de omgevingstemperatuur op het aansluitpunt het meetresultaat beïnvloedt.

Inhoudsopgave

Wat is een thermokoppel?

Thermokoppels zijn gebaseerd op het principe van vergelijkende metingen en bestaan uit twee metalen geleiders van verschillende materialen die op het meetpunt aan elkaar zijn gelast. Afhankelijk van de materiaalcombinatie hebben zij verschillende niveaus van thermo-elektrische spanning en zijn zij geschikt voor verschillende temperatuurbereiken. De meest gebruikte thermokoppels zijn van het type K en J.

Hoe is een thermokoppel opgebouwd?

Gewoonlijk bestaat de thermokoppel uit een combinatie van twee metalen aders met diameters die variëren van 0,2 tot 5 mm. Bij gebruik van dure edele materialen zoals rhodium of platina variëren deze afmetingen van 0,1 tot 0,5 mm. Bij de keuze van het materiaal van een thermokoppel moet erop worden gelet dat het een hoge Seebeck-factor heeft en dat de temperatuur de thermo-spanning gelijkmatig beïnvloedt, om een lineaire karakteristiek te verkrijgen. Het geschikte materiaal voor de thermokoppel wordt gekozen afhankelijk van het temperatuurbereik van de meting.

De beschermbuis van de sensor wordt blootgesteld aan zeer hoge temperaturen, waardoor het noodzakelijk is verschillende materiaalsoorten te gebruiken. Bij de hoogste temperaturen is de beschermbuis van het thermokoppel gemaakt van hittebestendig staal of keramisch materiaal. De beschermbuis moet bestand zijn tegen corrosie, thermische schokken en mechanische beschadiging.

Een gasdichte uitvoering voorkomt het verouderingsproces van de thermokoppel aanzienlijk. Er zijn ook ontwerpen zonder beschermbuis die worden gebruikt om dynamische fouten te beperken. Voor speciale metingen, zoals de temperatuur van vloeibare metalen, glas of vloeibaar staal, worden zeer gespecialiseerde thermokoppels gebruikt.

Welke eigenschappen moet een thermokoppel hebben?

De beschermbuis moet bestand zijn tegen corrosie, thermische schokken en mechanische schade. Een gewenste eigenschap om corrosie van een thermokoppel te voorkomen is een lage doordringbaarheid van de beschermbuis door gassen die het verouderingsproces van het thermokoppel aanzienlijk kunnen versnellen.

Wat is het verschil tussen een thermokoppel en een Pt100?

In tegenstelling tot een weerstand temperatuursensor (Pt100) kan een thermokoppel in een veel hoger temperatuurbereik worden gebruikt. Bovendien zijn thermokoppels robuuster en beter bestand tegen mechanische belasting. Nadeel is dat de nauwkeurigheid van de meting kleiner is.

Onze producten

Thermokoppels

Ontdekt u hier ons aanbod thermokoppels

Naar productoverzicht

Welke metaalcombinaties zijn er bij thermokoppels en hoe kunnen deze worden geïdentificeerd?

Afhankelijk van spanningsreeks en toelaatbare grensafwijking zijn de volgende elementen zowel wereldwijd (IEC) als Europees of nationaal genormaliseerd met betrekking tot de thermo-elektrische spanning en de tolerantie daarvan.

Kleurencodering voor thermokoppels

Element		Maximale temperatuur	Vastgesteld tot	Pluspool	Minpool
Fe-CuNi	„J“	750°C	1200°C	zwart	wit
Ce-CuNi	„T“	350°C	400°C	bruin	wit
NiCr-Ni	„K“	1200°C	1370°C	groen	wit
NiCr-CuNi	„E“	900°C	1000°C	paars	wit
NiCrSi-NiSi	„N“	1200°C	1300°C	roze	wit
Pt10Rh-Pt	„S“	1600°C	1540°C	oranje	wit
Pt13Rh-Pt	„R“	1600°C	1760°C	oranje	wit
Pt30Rh-Pt6Rh	„B“	1700°C	1820°C	grijs	wit
Thermokoppels volgens keur DIN EN 60 584

Element		Maximale temperatuur	Vastgesteld tot	Pluspool	Minpool
Fe-CuNi	„L“	700°C	900°C	rood	blauw
Ce-CuNi	„U“	400°C	600°C	rood	bruin
Thermokoppels volgens keur DIN 43 710

Kleurencodering voor compensatiekabels

Element	Type	Mantel	Pluspool	Minpool
Cu-CuNi	„T“	bruin	bruin	wit
Fe-CuNi	„J“	zwart	zwart	wit
NiCr-Ni	„K“	groen	groen	wit
NiCrSi-NiSi	„N“	roze	roze	wit
NiCr-CuNi	„E“	paars	paars	wit
Pt10Rh-Pt	„S“	oranje	oranje	wit
Pt13Rh-Pt	„R“	oranje	oranje	wit
Kleurencodering voor elementen volgens keur DIN EN 60 584

Element	Type	Mantle	Pluspool	Minpool
Fe-CuNi	„L“	blauw	rood	blauw
Ce-CuNi	„U“	bruin	rood	bruin
Kleurencodering voor elementen volgens keur DIN 43 713

Element	Type	Mantle	Plus leg	Minus leg
NiCr-Ni	„K“	groen	rood	groen
Pt10Rh-Pt	„S“	wit	rood	wit
Pt13Rh-Pt	„R“	wit	rood	wit
Kleurencodering voor elementen volgens keur DIN 43 714, Status 1979

Thermo-elektrische spanningen van verschillende thermokoppel-elementen met betrekking tot een referentietemperatuur van 0 °C volgens DIN EN 60584

Hoe werkt een thermokoppel?

Het principe van thermokoppels is het resultaat van het zogenaamde Seebeck-effect. Dit verschijnsel kan worden verklaard door de theorie van vrije elektronen, volgens welke verschillende soorten geleidende metalen een verschillende dichtheid van vrije elektronen hebben. Op de warme las van twee verschillende geleiders die een thermokoppel vormen, zullen elektronen van de ene geleider naar de andere bewegen. Een groter aantal elektronen zal van een geleider met hogere dichtheid naar een geleider met lagere dichtheid gaan. De intensiteit van de elektronenmigratie hangt af van de temperatuur van de warme las van de twee geleiders; deze is ook hoger naarmate de temperatuur hoger is. De elektromotorische kracht die wordt gevormd in een thermokoppelschakeling bestaande uit twee verschillende geleiders waarvan de uiteinden op verschillende temperaturen zijn gebracht, wordt gegeven door de volgende formule:

V=(S-SA)⋅(T2-T1)

De resulterende elektromotorische kracht is van de orde van enkele tot enkele tientallen microvolt per graad Celsius.

Voorbeeld meetketting thermokoppel, waarbij T1 de warme las en T2 de koude las is

Hoe kiest u het juiste thermokoppel?

De keuze van een type thermokoppel hangt in de eerste plaats af van de temperatuur van de toepassing. Voorts moet een element met een hoge thermo-elektrische spanning worden gekozen om een meetsignaal te verkrijgen dat zo ongevoelig mogelijk is voor interferentie. In de volgende tabel: Eigenschappen van thermokoppels worden de verschillende elementen opgesomd, samen met een korte karakterisering. De aanbevolen maximumtemperaturen kunnen slechts als basiswaarden worden beschouwd, aangezien zij sterk afhankelijk zijn van de gebruiksomstandigheden. Zij verwijzen naar een draaddiameter van 3 mm bij niet-edelen elementen en 0,5 mm bij edele elementen.

Cu-CuNi	350°C	Weinig spreiding.
Fe-CuNi	700°C	Veel gebruikt, goedkoop, gevoelig voor corrosie.
NiCr-CuNi	700°C	Lage spreiding, hoge thermische spanning.
NiCr-Ni	1000°C	Vaak gebruikt in het bereik 800 - 1000°C, ook geschikt voor het lagere temperatuurbereik.
NiCrSi-NiSi	1300°C	(Nog) weinig verspreid. Kan de edele elementen gedeeltelijk vervangen. Stabiel
Pt10Rh-Pt	1500°C (1300°C)	Hoge kosten, zeer goede consistentie op lange termijn, duurzaam.
Pt30Rh-Pt6Rh	1700°C	Hoge kosten, laagste thermovoltage, hoge maximumtemperatuur.

Hoe wordt een thermokoppel aangesloten?

De lengte van de thermokoppel of de compensatiekabel is van secundair belang vanwege de lage inwendige weerstand. Bij grotere kabellengtes met een kleine doorsnede kan de weerstand van de thermokoppel of de compensatiekabel echter verhoudingsgewijs hoge waarden aannemen. Om weergavefouten te voorkomen, moet de interne weerstand van het ingangscircuit van evaluatie-apparaat minstens 1000 maal groter zijn dan de weerstand van het aangesloten thermokoppel. Alleen compensatiekabels van hetzelfde materiaal als het element zelf of met dezelfde thermo-elektrische eigenschappen mogen worden gebruikt, anders wordt op het aansluitpunt een nieuw koppel gecreëerd. De compensatiekabel moet tot aan de referentieaansluiting worden gelegd. Bij het aansluiten van thermokoppels dient u de polariteit in acht te nemen.

Hoe te handelen bij kortsluiting of een onderbreking?

Een thermokoppel geeft geen spanning af als de meettemperatuur, de warme las, gelijk is aan de referentietemperatuur, de koude las. De thermospanning is dan 0 mVolt. Indien een thermokoppel of het referentiepunt wordt kortgesloten, wordt het nieuwe meetpunt gecreëerd op de plaats van de kortsluiting. Indien een dergelijke kortsluiting bijvoorbeeld in de aansluitkop optreedt, is de weergegeven temperatuur niet meer die van het eigenlijke meetpunt, maar die van de aansluitkop. Als er een onderbreking in het meetcircuit optreedt, geeft het evaluatie-apparaat de referentietemperatuur weer.

Onze diensten

Thermokoppels

Bekijk ons productaanbod

Meer

Engineering

Op maat en persoonlijk

Vraag advies aan!