Temperatuursensors - thermokoppels
(124)Een van de groepen veelgebruikte sensoren zijn temperatuursensoren. De temperatuur wordt zeer vaak gemeten in industriële machines of tijdens verschillende soorten processen die bij een bepaalde temperatuur moeten plaatsvinden, dus temperatuursensoren worden gebruikt in vele industrieën, laboratoria, controle- en meetapparatuur en R & D-afdelingen. De meting ervan is nuttig of zelfs noodzakelijk bij allerlei elektronische werkzaamheden die door doe-het-zelvers worden uitgevoerd, bijvoorbeeld bij het opladen van accucellen, het solderen/desolderen van componenten met hete lucht op printplaten, bij het bouwen van systemen waarbij temperatuur een van de gecontroleerde en gecontroleerde waarden is. Ook in de steeds populairder wordende 3D-printers is een temperatuursensor nodig om de mate van verwarming van de printkop of het warmtebed te regelen, waardoor de juiste printkwaliteit kan worden gegarandeerd.
Onder temperatuursensoren worden subgroepen onderscheiden. Dit komt door verschillen in structuur en werkwijze. De meest populaire zijn NTC-thermistors, PTC-thermistors, weerstandstemperatuursensoren en thermokoppels.
Temperatuursensoren – thermokoppelconstructie
Thermokoppels zijn apparaten die eenvoudig te bouwen, betrouwbaar en duurzaam zijn, daarom zijn ze een van de meest gebruikte sensoren voor het meten van temperatuur. De systemen die ze gebruiken, werken op basis van het meten van de spanning (potentiaalverschil) gecreëerd in een gesloten elektrisch circuit, geproduceerd door een thermokoppel, d.w.z. een thermokoppel bestaande uit twee thermokoppeldraden. Deze draden zijn gemaakt van verschillende geleiders of halfgeleiders, zodanig geselecteerd dat naarmate de gemeten temperatuur stijgt, de spanning die bij hun contact wordt geproduceerd, toeneemt, wat thermo-elektrische spanning wordt genoemd. Hier werkt het zogenaamde Seebeck-effect, waarbij de zogenaamde koude en warme voegen op verschillende temperaturen worden geplaatst. In de praktijk wordt de referentietemperatuur gemeten door een onafhankelijke sensor in het meetsysteem op het isothermische referentieblok.
Typen en meetbereiken van thermokoppels
Thermokoppels worden, afhankelijk van de materialen waarvan het thermo-element is gemaakt, in typen onderverdeeld: J, T, K, E, N, S, R, B. Dit zijn gestandaardiseerde aanduidingen die het type materiaal aangeven dat is gebruikt om de sensoren te maken. De kenmerken van individuele soorten thermokoppels, die de waarden van de thermo-elektrische kracht voor elk van hen bepalen, worden beschreven in de PN-EN60584-1-norm: 2014-04. De meest voorkomende zijn thermokoppels J (Fe-CuNi), K (NiCr-NiAl), E (NiCr-CuNi), T (Cu-CiNi) en N (NiCrSi-NiSi)waarvoor materialen zoals ijzer (Fe), koper (Cu), nikkel (Ni), chroom (Cr), silicium (Si) of aluminium (Al) worden gebruikt, dus zonder het gebruik van edelmetalen. Het temperatuurbereik dat met deze sensoren kan worden gemeten, is afhankelijk van het specifieke type thermokoppel. Voor thermokoppels van het type T is de maximale meettemperatuur slechts ongeveer 350°C, maar voor thermokoppels van het type K en N zelfs 1200°C. De onderkant van het temperatuurbereik voor de genoemde, meest gebruikte soorten thermokoppels is ongeveer -50°C, hoewel sommige in staat zijn om lagere temperaturen te meten, zo laag als -200°C.
Thermokoppels op hoge temperatuur
Voor het meten van hogere temperaturen worden zogenaamde hoge temperatuur-thermokoppels gebruikt, gemaakt van edele metalen, met name platina (Pt) en rhodium (Rh). Dit zijn thermokoppels type S (Pt10Rh-Pt), R (Pt13Rh-Pt) en B (Pt30Rh-Pt6Rh). Ze kunnen werken en temperaturen meten tot ongeveer 1600°C, met B-type thermokoppels zelfs tot 1800°C. Door het gebruik van edelmetalen in hun constructie zijn ze duurder dan de eerder genoemde thermokoppels van de typen J, T, K, E en N.
Het gebruik van temperatuursensoren
Het meetsysteem, dat een thermokoppelsensor gebruikt om de temperatuurwaarde te meten, bestaat normaal gezien uit: een thermokoppel (thermokoppels), draden die de sensor verbinden met het meetapparaat en het eerder genoemde meetapparaat, bijvoorbeeld in de vorm van een millivoltmeter of een geavanceerde converter. Houd er rekening mee, dat thermokoppelkarakteristieken niet lineair zijn en verschillend zijn voor elk type. Om deze reden wordt in meetsystemen meestal digitale linearisering gebruikt, uitgevoerd door een microprocessorsysteem, omdat analoge linearisering niet effectief is in termen van kosten. Vanwege de zeer geringe spanning die door een dergelijke sensor wordt verkregen, in de orde van grootte van enkele microvolts per graad Celsius, worden signaalversterkers en verschillende soorten filters gebruikt om de meting zo nauwkeurig mogelijk te maken en in overeenstemming met de werkelijk gemeten temperatuur.
Een temperatuursensor kiezen
Er zijn verschillende factoren waarmee u rekening moet houden wanneer u besluit een thermokoppel aan te schaffen om de temperatuur van uw apparaat of proces te meten. De eerste is natuurlijk het temperatuurbereik dat wordt gemeten. Het is uitermate belangrijk dat het gemeten temperatuurbereik binnen het meetbereik van het geselecteerde sensortype ligt. Anders kunt u als gevolg van een poging om te meten met een onjuist geselecteerde sensor, onjuiste of onvolledige informatie verkrijgen over de processen die plaatsvinden in de geteste omgeving, of zelfs leiden tot permanente schade aan de sensor. De keuze van een sensor met een geschikt temperatuurbereik is ook belangrijk om financiële redenen. Duurdere sensoren, die edelmetalen gebruiken in hun constructie, hebben misschien een groter meetbereik en meten veel hogere temperaturen, maar in het proces waarvan de temperatuur wordt gemeten, zullen ze misschien nooit voorkomen. In dit geval is het kopen van een duurdere sensor niet gerechtvaardigd en kan het een onnodige extra uitgave blijken te zijn.
Een ander aspect dat u moet overwegen, is de lengte van de kabel. Hierbij moet worden opgemerkt dat thermokoppels, in tegenstelling tot andere sensoren, waaronder sommige temperatuursensoren, altijd twee aansluitingen hebben. De lengte van de kabel moet zo worden gekozen dat deze voldoende is. Als de kabel te kort is, is het wellicht niet mogelijk om de sensor op het meetapparaat aan te sluiten en is het wellicht niet mogelijk om hem te verlengen. Aan de andere kant kan een te lange kabel leiden tot grotere signaalstoringen, die kunnen worden veroorzaakt door allerlei effecten van alomtegenwoordige elektromagnetische storingen, bijvoorbeeld van een standaard elektrisch netwerk met een wisselstroom van 50Hz en 230V. U kunt ook thermokoppels vinden met een aansluitkop, dus zonder de door de fabrikant geleverde kabel.
De klemmen van de sensor zijn in een speciale, hoge temperatuurbestendige, teflon- of glasvezelisolatie uitgevoerd, waardoor ze beschermd zijn tegen beschadiging door te hoge temperatuur en de mogelijkheid van kortsluiting. Glasvezel is beter bestand tegen hoge temperaturen en verzacht pas bij ongeveer 740°C, terwijl het verwekingspunt van teflon ongeveer 260°C bedraagt. Om deze reden moet u ook de temperatuuromstandigheden voorspellen waaraan de thermokoppelverbindingskabel kan worden blootgesteld en diegene met de juiste isolatie selecteren.
Niet onbelangrijk zijn ook de sensorpunt en zijn uitwendige afmetingen. Om de las tegen fysieke schade of vervuiling van het thermokoppel te beschermen, wordt deze meestal in een behuizing in de vorm van een metalen, keramische of porseleinen cilinder geplaatst. Er bestaann verschillende uiteinden van een dergelijk omhulsel: vlak, halfrond en ook kegelvormig, met een openingshoek van 118°. Meestal worden de afmetingen van een dergelijke sensor bepaald door de diameter en lengte, maar er worden ook sensoren met een oogje gevonden.
Vergeet natuurlijk niet om het type thermokoppel op uw meetsysteem of het meetsysteem op uw type thermokoppel af te stemmen. De fabrikant van systemen die zijn ontworpen om temperatuurwaarden te lezen met behulp van een thermokoppel, definieert duidelijk met welk type sensor het kan werken. De gebruiker dient zich aan deze richtlijnen te houden, zodat de temperatuurmeting waarheidsgetrouw is en geen van de gebruikte onderdelen wordt beschadigd.
Magazijn:
