In het jaar 1821 onthulde een natuurkundige, namelijk 'Thomas Seebeck', dat wanneer twee verschillende metaaldraden werden verbonden aan beide uiteinden van een junctie in een circuit wanneer de temperatuur op de junctie wordt toegepast, er een stroom door zal gaan het circuit dat bekend staat als elektromagnetisch veld (EMF). De energie die door het circuit wordt geproduceerd, wordt het Seebeck-effect genoemd. Met het effect van Thomas Seebeck als zijn richtlijn, werkten beide Italiaanse natuurkundigen, namelijk Leopoldo Nobili en Macedonio Melloni, samen om in 1826 een thermo-elektrische batterij te ontwerpen, die een thermische vermenigvuldiger wordt genoemd, die voortkwam uit de ontdekking van Seebeck's thermo-elektriciteit door een galvanometer evenals een thermozuil om straling te berekenen. Voor zijn inspanningen identificeerden sommige mensen Nobili als de ontdekker van het thermokoppel.
Wat is een thermokoppel?
Het thermokoppel kan worden gedefinieerd als een soort temperatuur sensor dat wordt gebruikt om de temperatuur op een bepaald punt te meten in de vorm van de EMF of een elektrische stroom. Deze sensor bestaat uit twee ongelijke metalen draden die op één knooppunt met elkaar zijn verbonden. Op dit knooppunt kan de temperatuur worden gemeten en door de temperatuurverandering van de metaaldraad worden de spanningen gestimuleerd.
Thermokoppel
De hoeveelheid EMF die in het apparaat wordt gegenereerd, is zeer klein (millivolt), dus zeer gevoelige apparaten moeten worden gebruikt voor het berekenen van de e.m.f die in het circuit wordt geproduceerd. De gebruikelijke apparaten die worden gebruikt om de e.m.f te berekenen, zijn de potentiometer voor spanningsbalans en de gewone galvanometer. Van deze twee wordt een balanspotentiometer fysiek of mechanisch gebruikt.
Werkingsprincipe van het thermokoppel
De thermokoppel principe hangt voornamelijk af van de drie effecten, namelijk Seebeck, Peltier en Thompson.
Zie beck-effect
Dit type effect treedt op bij twee ongelijke metalen. Wanneer de warmte aan een van de metaaldraden wordt aangeboden, wordt de stroom van elektronen geleverd van hete metaaldraad naar koude metaaldraad. Daarom stimuleert gelijkstroom het circuit.
Peltier-effect
Dit Peltier-effect is tegengesteld aan het Seebeck-effect. Dit effect stelt dat het temperatuurverschil tussen twee willekeurige ongelijke geleiders kan worden gevormd door de potentiaalvariatie ertussen toe te passen.
Thompson-effect
Dit effect stelt dat als twee ongelijksoortige metalen aan elkaar vastzitten en als ze twee verbindingen vormen, de spanning de totale geleiderlengte induceert vanwege de temperatuurgradiënt. Dit is een fysiek woord dat de verandering in snelheid en richting van temperatuur op een exacte positie laat zien.
Constructie van thermokoppel
De constructie van het apparaat wordt hieronder weergegeven. Het bestaat uit twee verschillende metaaldraden die met elkaar zijn verbonden aan het verbindingsuiteinde. Het knooppunt denkt als het meetuiteinde. Het uiteinde van de kruising is geclassificeerd in drie typen, namelijk ongeaarde, geaarde en blootgestelde kruising.
Thermokoppel constructie
Niet-geaarde kruising
Bij dit type junctie zijn de geleiders volledig gescheiden van de beschermkap. De toepassingen van deze verbinding omvatten voornamelijk hogedruktoepassingen. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van deze functie is het verminderen van het effect van het magnetische strooiveld.
Geaarde verbinding
Bij dit type verbinding zijn de metalen draden en de beschermkap met elkaar verbonden. Deze functie wordt gebruikt om de temperatuur in de zure atmosfeer te meten en biedt weerstand tegen het geluid.
Blootgestelde kruising
De blootgestelde kruising is toepasbaar in de gebieden waar een snelle reactie vereist is. Dit type junctie wordt gebruikt om de gastemperatuur te meten. Het metaal dat wordt gebruikt om de temperatuursensor te maken, hangt in principe af van het rekenbereik van de temperatuur.
Over het algemeen is een thermokoppel ontworpen met twee verschillende metaaldraden, namelijk ijzer en constantaan, die een detectie-element maken door verbinding te maken met één junctie die wordt genoemd als een hete junctie. Deze bestaat uit twee knooppunten, een knooppunt is verbonden door een voltmeter of zender waar de koude kruising en de tweede kruising worden geassocieerd in een proces dat een hete kruising wordt genoemd.
Hoe werkt een thermokoppel?
De thermokoppel diagram wordt getoond in de onderstaande afbeelding. Dit circuit kan worden gebouwd met twee verschillende metalen en ze worden met elkaar gekoppeld door twee knooppunten te genereren. De twee metalen zijn door middel van lassen omgeven door de verbinding.
In het bovenstaande diagram worden de knooppunten aangeduid met P & Q en worden de temperaturen aangeduid met T1 en T2. Wanneer de temperatuur van de junctie niet gelijk is aan elkaar, wordt de elektromagnetische kracht in het circuit gegenereerd.
Thermokoppel Circuit
Als de gematigde temperatuur aan het uiteinde van de overgang in equivalent verandert, produceert het equivalent, evenals de omgekeerde elektromagnetische kracht, in het circuit en loopt er geen stroom doorheen. Evenzo wordt de temperatuur aan het junctie-uiteinde onevenwichtig, waarna de potentiële variatie in dit circuit induceert.
De omvang van de elektromagnetische kracht die in het circuit wordt geïnduceerd, is afhankelijk van de soorten materiaal die worden gebruikt voor het maken van thermokoppels. De volledige stroomstroom door het circuit wordt berekend door de meetinstrumenten.
De elektromagnetische kracht die in het circuit wordt geïnduceerd, wordt berekend met de volgende vergelijking
E = een (∆Ө) + b (∆Ө) 2
Waar ∆Ө het temperatuurverschil is tussen het hete thermokoppelovergangsuiteinde en het referentiethermokoppelovergangsuiteinde, zijn a en b constanten
Thermokoppeltypes
Voordat we de typen thermokoppels bespreken, moet er rekening mee worden gehouden dat het thermokoppel moet worden beschermd in een beschermhoes om te isoleren van de atmosferische temperaturen. Deze bekleding zal de corrosie-impact op het apparaat aanzienlijk minimaliseren.
Er zijn dus veel soorten thermokoppels. Laten we die eens nader bekijken.
Typ K - Dit wordt ook wel nikkel-chroom / nikkel-alumel-type thermokoppel genoemd. Het is het meest algemeen gebruikte type. Het heeft de kenmerken van verbeterde betrouwbaarheid, nauwkeurigheid en goedkoop en kan werken voor grotere temperatuurbereiken.
K Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -454F tot 2300F (-2700C tot 12600C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit K-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 2,2C of +/- 0,75% en de speciale limieten zijn +/- 1,1C of 0,4%
Typ J - Het is een mix van ijzer / constantaan. Dit is ook het meest gebruikte type thermokoppel. Het heeft de kenmerken van verbeterde betrouwbaarheid, nauwkeurigheid en goedkoop. Dit apparaat kan alleen worden gebruikt voor lagere temperatuurbereiken en heeft een korte levensduur bij gebruik bij een hoog temperatuurbereik.
J Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -346F tot 1400F (-2100C tot 7600C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit J-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 2,2C of +/- 0,75% en de speciale limieten zijn +/- 1,1C of 0,4%
Typ T. - Het is een mix van koper / constantaan. Het thermokoppel van het T-type heeft een verhoogde stabiliteit en wordt over het algemeen geïmplementeerd voor toepassingen met lagere temperaturen, zoals vriezers met ultralage temperatuur en cryogene toepassingen.
T-type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -454F tot 700F (-2700C tot 3700C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit T-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 1,0C of +/- 0,75% en de speciale limieten zijn +/- 0,5C of 0,4%
Type E - Het is een mix van nikkel-chroom / constantaan. Het heeft een groter signaalvermogen en verbeterde nauwkeurigheid in vergelijking met die van type K- en J-thermokoppels bij gebruik op ≤ 1000F.
E Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -454F tot 1600F (-2700C tot 8700C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit T-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 1,7C of +/- 0,5% en de speciale limieten zijn +/- 1,0C of 0,4%
Type N - Het wordt beschouwd als Nicrosil of Nisil thermokoppel. De temperatuur- en nauwkeurigheidsniveaus van type N zijn vergelijkbaar met type K. Maar dit type is duurder dan type K.
N Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -454F tot 2300F (-2700C tot 3920C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit T-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 2,2C of +/- 0,75% en de speciale limieten zijn +/- 1,1C of 0,4%
Soorten - Het wordt beschouwd als platina / rhodium of 10% / platina thermokoppel. Het S-type thermokoppel is extreem geïmplementeerd voor toepassingen met een hoog temperatuurbereik, zoals in biotech- en apotheekorganisaties. Het wordt zelfs gebruikt voor toepassingen met een lager temperatuurbereik vanwege de grotere nauwkeurigheid en stabiliteit.
S Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -58F tot 2700F (-500C tot 14800C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit T-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 1,5C of +/- 0,25% en de speciale limieten zijn +/- 0,6C of 0,1%
Typ R - Het wordt beschouwd als platina / rhodium of 13% / platina thermokoppel. Het S-type thermokoppel is extreem geïmplementeerd voor toepassingen met een hoog temperatuurbereik. Dit type wordt geleverd met een hogere hoeveelheid Rhodium dan Type S, wat het apparaat duurder maakt. De kenmerken en prestaties van type R en S zijn vrijwel gelijk. Het wordt zelfs gebruikt voor toepassingen met een lager temperatuurbereik vanwege de grotere nauwkeurigheid en stabiliteit.
R Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - -58F tot 2700F (-500C tot 14800C)
Verlengsnoer (00C tot 2000C)
Dit T-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 1,5C of +/- 0,25% en de speciale limieten zijn +/- 0,6C of 0,1%
Type B - Het wordt beschouwd als 30% platina-rhodium of 60% platina-rhodium-thermokoppel. Dit wordt veel gebruikt in toepassingen met een hoger temperatuurbereik. Van alle hierboven genoemde typen heeft type B de hoogste temperatuurgrens. Bij hogere temperaturen zal het type B thermokoppel een grotere stabiliteit en nauwkeurigheid behouden.
B Type
De temperatuurbereiken zijn:
Draad van thermokoppelkwaliteit - 32F tot 3100F (00C tot 17000C)
Verlengsnoer (00C tot 1000C)
Dit T-type heeft een nauwkeurigheidsniveau van
Standaard +/- 0,5%
De typen S, R en B worden beschouwd als thermokoppels van edelmetaal. Deze zijn gekozen omdat ze zelfs bij hoge temperatuurbereiken kunnen werken, wat een grote nauwkeurigheid en een lange levensduur oplevert. Maar in vergelijking met basismetaalsoorten zijn deze duurder.
Bij het kiezen van een thermokoppel moet men rekening houden met veel factoren die passen bij hun toepassingen.
- Controleer wat de lage en hoge temperatuurbereiken zijn die nodig zijn voor uw toepassing?
- Welk budget van het te gebruiken thermokoppel?
- Welk percentage nauwkeurigheid moet worden gebruikt?
- Onder welke atmosferische omstandigheden werkt het thermokoppel zoals inert gasvormig of oxiderend
- Wat is het reactieniveau dat wordt verwacht, wat betekent dat hoe snel het apparaat moet reageren op de temperatuurveranderingen?
- Wat is de levensduur die nodig is?
- Controleer voor de operatie of het apparaat is ondergedompeld in water of niet en tot welke diepte?
- Zal het gebruik van het thermokoppel intermitterend of continu zijn?
- Zal het thermokoppel worden onderworpen aan draaien of buigen gedurende de levensduur van het apparaat?
Hoe weet u of u een defect thermokoppel heeft?
Om te weten of een thermokoppel perfect werkt, moet het apparaat worden getest. Voordat u het apparaat gaat vervangen, moet u controleren of het echt werkt of niet. Hiervoor zijn een multimeter en basiskennis van elektronica volledig voldoende. Er zijn hoofdzakelijk drie benaderingen om het thermokoppel te testen met een multimeter en die worden hieronder uitgelegd:
Weerstandstest
Om deze test uit te voeren, moet het apparaat in een gastoestelleiding worden geplaatst en de benodigde apparatuur is een digitale multimeter en krokodillenklemmen.
Procedure - Verbind de krokodillenklemmen met de secties in de multimeter. Bevestig de clips aan beide uiteinden van het thermokoppel waar één uiteinde in de gasklep wordt gevouwen. Schakel nu de multimeter in en noteer de leesopties. Als de multimeter ohm in kleine volgorde weergeeft, is het thermokoppel in perfecte staat. Of anders als de aflezing 40 ohm of meer is, dan is deze niet in goede staat.
Open Circuit Test
Hier worden krokodillenklemmen, een aansteker en een digitale multimeter gebruikt. Hier wordt in plaats van de weerstand te meten, de spanning berekend. Verwarm nu met de aansteker het ene uiteinde van het thermokoppel. Wanneer de multimeter een spanning weergeeft in het bereik van 25-30 mV, werkt deze correct. Of anders, als de spanning in de buurt van 20mV ligt, moet het apparaat worden vervangen.
Gesloten circuittest
Hier is de gebruikte apparatuur krokodillenklemmen, thermokoppeladapter en digitale multimeter. Hier wordt de adapter in de gasklep geplaatst en vervolgens wordt het thermokoppel aan een rand van de adapter geplaatst. Schakel nu de multimeter in. Als de uitlezing tussen 12 en 15 mV ligt, is het apparaat in goede staat. Of anders, wanneer de spanningswaarde onder 12mV daalt, duidt dit op een defect apparaat.
Met behulp van de bovenstaande testmethoden kan men er dus achter komen of een thermokoppel goed werkt of niet.
Wat is het verschil tussen thermostaat en thermokoppel?
De verschillen tussen thermostaat en thermokoppel zijn:
| Voorzien zijn van | Thermokoppel | Thermostaat |
| Bereik van temperatuur | -454 tot 32720F. | -112 tot 3020F. |
| Prijsklasse | Minder | Hoog |
| Stabiliteit | Biedt minder stabiliteit | Biedt gemiddelde stabiliteit |
| Gevoeligheid | Thermokoppel heeft minder gevoeligheid | Thermostaat biedt de beste stabiliteit |
| Lineariteit | Matig | Arm |
| Systeemkosten | Hoog | Medium |
Voordelen nadelen
De voordelen van thermokoppels zijn onder meer de volgende.
- De nauwkeurigheid is hoog
- Het is robuust en kan worden gebruikt in omgevingen zoals zware en sterke trillingen.
- De thermische reactie is snel
- Het werkbereik van de temperatuur is breed.
- Breed temperatuurbereik
- De kosten zijn laag en uiterst consistent
De nadelen van thermokoppels zijn onder meer de volgende.
- Niet-lineariteit
- Minste stabiliteit
- Lage spanning
- Referentie is vereist
- minste gevoeligheid
- Het opnieuw kalibreren van het thermokoppel is moeilijk
Toepassingen
Sommige van de toepassingen van thermokoppels omvatten de volgende.
- Deze worden gebruikt als temperatuursensoren in thermostaten in kantoren, woningen, kantoren en bedrijven.
- Deze worden in industrieën gebruikt voor het bewaken van temperaturen van metalen in ijzer, aluminium en metaal.
- Deze worden in de voedingsmiddelenindustrie gebruikt voor cryogene en lage temperatuur toepassingen. Thermokoppels worden gebruikt als warmtepomp voor thermo-elektrische koeling.
- Deze worden gebruikt om de temperatuur te testen in de chemische fabrieken, petroleumfabrieken.
- Deze worden gebruikt in gasmachines voor het detecteren van de waakvlam.
Wat is het verschil tussen RTD en thermokoppel?
Het andere belangrijkste dat in het geval van het thermokoppel moet worden overwogen, is hoe het verschilt van het RTD-apparaat. De tabel legt dus de verschillen uit tussen RTD en thermokoppel.
| RTD | Thermokoppel |
| RTD is uitermate geschikt voor het meten van een kleiner temperatuurbereik tussen (-2000C tot 5000C) | Het thermokoppel is geschikt voor het meten van een hoger temperatuurbereik tussen (-1800C tot 23200C) |
| Voor een minimaal aantal schakelingen vertoont het een verhoogde stabiliteit | Deze hebben een minimale stabiliteit en ook de resultaten zijn niet nauwkeurig wanneer ze meerdere keren worden getest |
| Het heeft meer nauwkeurigheid dan een thermokoppel | Thermokoppel heeft minder nauwkeurigheid |
| Het gevoeligheidsbereik is groter en kan zelfs minimale temperatuurveranderingen berekenen | Het gevoeligheidsbereik is kleiner en deze kunnen geen minimale temperatuurveranderingen berekenen |
| RTD-apparaten hebben een goede responstijd | Thermokoppels bieden een snelle respons dan die van RTD |
| De output is lineair van vorm | De output is niet-lineair van vorm |
| Deze zijn duurder dan thermokoppels | Deze zijn zuiniger dan RTD's |
Wat is de levensduur?
De levensduur van het thermokoppel is gebaseerd op de applicatie wanneer deze wordt gebruikt. Men kan dus niet specifiek de levensduur van het thermokoppel voorspellen. Als het apparaat goed wordt onderhouden, heeft het een lange levensduur. Terwijl ze na continu gebruik beschadigd kunnen raken door het verouderingseffect.
En ook hierdoor zullen de uitvoerprestaties worden verlaagd en zullen de signalen een slechte efficiëntie hebben. De prijs van het thermokoppel is ook niet hoog. Het is dus meer aan te raden om het thermokoppel elke 2-3 jaar aan te passen. Dit is het antwoord op wat is de levensduur van een thermokoppel
Dit gaat dus allemaal over een overzicht van het thermokoppel. Uit bovenstaande informatie kunnen we tot slot concluderen dat de meting van thermokoppel uitgang kan worden berekend met behulp van methoden zoals een multimeter, potentiometer en versterker door uitvoerapparaten. Het belangrijkste doel van het thermokoppel is om consistente en directe temperatuurmetingen te bouwen in verschillende toepassingen.
