Het werkingsprincipe van thermokoppels

Thermokoppels werken op basis van de principes van de thermo-elektrische theorie: zoals hierboven vermeld, wanneer de temperatuur aan het warme uiteinde verandert ten opzichte van de temperatuur aan het koude uiteinde, zal een gesloten circuit bestaande uit ongelijksoortige metaaldraden een spanningsverandering genereren.
Om een ​​meer intuïtief begrip van de functie van dit principe te krijgen, kan men zich voorstellen dat wanneer een pan met platte bodem op een gasfornuis wordt geplaatst, de thermische energie snel via het handvat naar het lage-temperatuuruiteinde van de hand wordt overgebracht. In feite wordt op deze manier ook elektrische energie overgedragen, maar het effect is niet zo duidelijk.
De reden hiervoor is dat er een temperatuurverschil is tussen de twee "eindpunten" op het circuit: wanneer het temperatuurverschil tussen de eindpunten een elektromotorische kracht genereert, wordt er een stroom gegenereerd, en thermokoppels gebruiken de bijbehorende voltmeter om de stroom te meten. Als bekend is dat het thermokoppel een stabiele starttemperatuur heeft aan de lage temperatuurkant, kan het deze spanningsmetingen gebruiken om de nauwkeurige temperatuurmeting aan de hete kant te berekenen.
Een ander punt om op te merken is dat als de temperatuur van de twee eindpunten hetzelfde is, de elektromotorische kracht die op elk eindpunt wordt gegenereerd elkaar zal opheffen, waardoor de netto stroom die door de eindpunten vloeit nul is.
Het type thermokoppel
Zoals eerder vermeld, worden er op de huidige markt verschillende soorten thermokoppels verkocht, gericht op het aanpakken van verschillende toepassingsscenario's of milieu-uitdagingen, vooral in verschillende temperatuurbereiken. Ze worden meestal onderscheiden door letters, en de meest voorkomende thermokoppelkwaliteiten zijn J, K, L, N en T.
Deze letters zijn bedoeld om verschillende metaalcombinaties weer te geven die worden gebruikt in thermokoppelcircuitterminals. Dit heeft een directe invloed op de algehele temperatuurgevoeligheid en het veilige werkingsbereik van de apparatuur.
In dit gedeelte van deze handleiding introduceren we enkele verschillende typen en configuraties van thermokoppels om inzicht te krijgen in hun gebruiksomgeving en temperatuurbereik.
K-type thermokoppel
Het meest gebruikte type in veel industrieën en afdelingen. Het K-type thermokoppel is samengesteld uit verschillende op nikkel gebaseerde draden (meestal chroomlegering/aluminiumlegering), wat een zeer kosteneffectief thermokoppel is dat betrouwbare nauwkeurigheid kan bereiken over een breed bedrijfstemperatuurbereik.
Thermokoppels van het K-type worden doorgaans gebruikt binnen het bereik van -200 tot +1260 graad, met een nauwkeurigheid van de standaardafwijking van ± 0,75%.
Thermokoppels van het K-type maken gebruik van materialen op nikkelbasis en hebben een breed scala aan potentiële toepassingen, dat wil zeggen dat hun draden geschikt kunnen zijn voor een breed temperatuurbereik en dat ze ook een stabiele corrosieweerstand en oxidatieweerstand hebben.
Thermokoppeldraden van het K-type bestaan ​​doorgaans uit ongeveer 90% nikkel en 10% chroom als de positieve elektrode, en ongeveer 95% nikkel, 2% aluminium, 2% mangaan en 1% silicium als de negatieve elektrode.

J-type thermokoppel
Dit is een ander veelgebruikt type, met een temperatuurbereik dat kleiner is dan dat van thermokoppels van het K-type (-40 tot +750 graad), en hun totale levensduur zal ook worden verkort als ze regelmatig aan hoge temperaturen worden blootgesteld. De positieve elektrode van het J-type thermokoppel is gemaakt van ijzerdraad en de negatieve elektrode is gemaakt van een koper-nikkel (constantaan) legering.
Het is een relatief goedkoop thermokoppel met meerdere toepassingen, met name geschikt voor het reduceren van (niet-oxiderende) atmosferen en vacuümomgevingen, en kan gegevens lezen van tal van oude soorten apparatuur en inerte materialen. Het ijzer in het J-type thermokoppel oxideert echter gemakkelijk en het wordt niet aanbevolen om dit type te gebruiken als het thermokoppel moet worden blootgesteld aan vocht.
Thermokoppels5
N-type thermokoppel
De draad is samengesteld uit een nikkel-chroom-silicium-nikkel-siliciumlegering (nikkel, chroom en silicium), met een werktemperatuurbereik van -270 tot +1300 graden, en veel kenmerken die vergelijkbaar zijn met thermokoppels van het K-type.
Maar hun prijs is iets hoger dan die van K-type thermokoppels, omdat ze bepaalde problemen overwinnen die K-type thermokoppels in specifieke omgevingen kunnen hebben en een nieuw ontwikkeld product zijn. Bovendien kunnen N-type thermokoppels een betere stabiliteit bieden voor nucleaire toepassingen, en vergeleken met K-type thermokoppels zijn ze beter bestand tegen extreem hoge temperaturen
Thermokoppels6
T-type thermokoppel
Door gebruik te maken van draadmateriaal van een koperconstantaanlegering, met een temperatuurbereik tussen -200 tot +350 graad, is het een bijzonder stabiele thermokoppelconfiguratie. Het is zeer geschikt voor verschillende toepassingen bij lage en extreem lage temperaturen, waaronder verschillende laboratoriumomstandigheden en diepvriesomstandigheden, en kan ook goed werken in oxiderende atmosferen. Bovendien heeft hij alleen koperdraad die in direct contact staat met de sonde en kan hij ook worden gebruikt voor differentiële metingen.