De thermokoppels Het zijn apparaten die in de industrie veel worden gebruikt voor temperatuurmeting. Dankzij hun veelzijdigheid, lage kosten en robuustheid zijn thermokoppels een van de meest populaire opties geworden voor het nauwkeurig bewaken en meten van de temperatuur in verschillende omgevingen. Het ontwerp en de werking ervan zijn gebaseerd op eenvoudige natuurkundige principes, maar met toepassingen variërend van industriële processen tot wetenschappelijk onderzoek.
Verscheidene soorten thermokoppels, elk ontworpen voor verschillende temperatuurbereiken en omgevingsomstandigheden. In dit artikel zullen we de verschillende soorten thermokoppels, hun toepassingen en belangrijkste kenmerken diepgaand onderzoeken, en hoe we de meest geschikte kunnen kiezen op basis van de omgeving en de specifieke meetbehoefte.
Wat is een thermokoppel?
Un thermokoppel Het is een sensor die de temperatuur meet door de combinatie van twee verschillende metalen geleiders. Deze geleiders genereren een spanning die varieert met het temperatuurverschil tussen de uiteinden van de sensor, waardoor de exacte temperatuur op het meetpunt kan worden bepaald. Dit fenomeen heet Seebeck-effect, wat de basis is van de werking van thermokoppels.
Operatie principe
Zoals we al zeiden, is het thermokoppel gebaseerd op de Seebeck-effect. Wanneer twee metalen met elkaar in contact worden gebracht en worden blootgesteld aan een temperatuurverschil, genereren ze een spanning. Het ene uiteinde van het thermokoppel is in contact met het object waarvan de temperatuur wordt gemeten (de hete binding), terwijl het andere uiteinde op een bekende temperatuur wordt gehouden, zoals kamertemperatuur (de koude unie).
Deze gegenereerde spanning wordt omgezet in een bruikbare temperatuurmeting. Het is belangrijk op te merken dat het uitgangssignaal van thermokoppels erg klein is, meestal in millivolt, dus een versterkingscircuit is nodig om dat signaal in een hanteerbaar cijfer te vertalen.
Soorten thermokoppels
Er zijn verschillende soorten thermokoppels, afhankelijk van de materialen waaruit de geleiders bestaan, en elk type heeft unieke eigenschappen wat betreft temperatuurbereik en nauwkeurigheid. Hieronder beschrijven we de meest voorkomende.
Thermokoppel type K
Het K-type thermokoppel Het is de meest voorkomende in de branche. Het bestaat uit een combinatie van nikkel-chroom (Chromel®) als positief element en nikkel-aluminium (Alumel®) als negatief element. Het is ideaal voor het meten van temperaturen in een breed bereik van -200°C tot 1250°C.
Dit type thermokoppel is vooral nuttig in omgevingen waar oxiderende atmosferen en hoge temperaturen voorkomen. De lage kosten en duurzaamheid maken het een uitstekende optie voor wijdverbreide industriële toepassingen.
J-type thermokoppel
J-type thermokoppel Het staat bekend om zijn gebruik in omgevingen waar temperaturen variëren van -210°C tot 760°C. Het is samengesteld uit ijzer als positieve geleider en constantaan (een koper-nikkellegering) als negatieve geleider.
Het is een van de goedkopere thermokoppels en is geschikt voor omgevingen waar de temperatuur niet hoger wordt dan 760°C, omdat ijzer snel oxideert bij hogere temperaturen. Daarom is het ideaal voor toepassingen die een goedkope sensor en gematigde temperaturen vereisen.
T-type thermokoppel
El T-type thermokoppel Het is uitstekend geschikt voor metingen bij lage temperaturen, zoals metingen van -200 °C tot 350 °C. De chauffeurs bestaan uit Cobre aan de positieve kant en constantaan aan de negatieve kant. Het is een van de beste op het gebied van stabiliteit en precisie bij het werken in niet-extreme cryogene of atmosferische gebieden.
Edelmetaalthermokoppels: typen R, S en B
deze soorten thermokoppels Ze zijn voornamelijk gemaakt van edelmetalen zoals platina, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen waarbij zeer hoge temperaturen moeten worden gemeten, tot 1700°C. Ze zijn zeer nauwkeurig en stabiel, maar ook duur.
Het type R thermokoppel maakt gebruik van een combinatie van platina-rhodium als chauffeurs. Het is geschikt voor temperaturen tot 1450°C en is zeer stabiel, waardoor het geschikt is voor laboratoria en omgevingen met hoge precisie.
El type S-thermokoppel Het is vergelijkbaar met type R, maar de platina-rhodium-verhouding is iets anders, waardoor het geschikt is voor toepassingen die een hoge mate van stabiliteit en duurzaamheid vereisen.
Het type B thermokoppel Het onderscheidt zich door zijn vermogen om extreem hoge temperaturen te meten, tot 1700°C, zonder de noodzaak van compensatie in de koude overgang tot 50°C. Dit maakt het nuttig in industriële toepassingen met een hoog risico en vijandige omgevingen.
N-type thermokoppel
El N-type thermokoppel Het werd ontwikkeld als een evolutie van type K en wordt gekenmerkt door zijn grotere weerstand tegen oxidatie en stabiliteit bij hoge temperaturen. Het maakt gebruik van legeringen van nicrosil y nisil, waardoor hij kan werken in een bereik tot 1280°C.
Dit type thermokoppel is een ideale keuze voor toepassingen die een hoge weerstand tegen thermische degradatie en duurzaamheid op lange termijn vereisen.
Foutbereiken en limieten van thermokoppels
De norm IEC 60584-1 stelt verschillende temperatuurbereiken en foutlimieten vast voor elk type thermokoppel. Hoewel ze variëren afhankelijk van de diameter van de draad en de omgevingsomstandigheden, kan in grote lijnen het volgende worden gedefinieerd:
- Type J: -210°C tot 760°C, met een fout van ±2.2°C of ±0.75%
- Type K: -200°C tot 1250°C, met een fout van ±2.2°C of ±0.75%
- T-type: -200°C tot 350°C, met een fout van ±1.0°C of ±0.75%
- Type N: -200°C tot 1280°C, met een fout van ±2.2°C of ±0.75%
Hoe kies je het juiste thermokoppel?
Selecteer de geschikt thermokoppel Het is afhankelijk van meerdere factoren, zoals het temperatuurbereik dat je wilt meten, de omgeving waarin de sensor gebruikt gaat worden en het beschikbare budget. Het is belangrijk om rekening te houden met aspecten als:
- Maximale en minimale temperatuur: Elk type thermokoppel heeft een specifiek werkingsbereik.
- Werkingssfeer: Oxiderende, reducerende, cryogene atmosferen enz. kunnen de duurzaamheid van de sensor beïnvloeden.
- Chemische weerstand: Sommige materialen zijn gevoeliger voor corrosie, wat de levensduur van de sensor beïnvloedt.
- precisie: Hoe groter de nauwkeurigheid, hoe hoger de kosten, dus het is een factor die in balans moet zijn met functionaliteit.
Algemene toepassingen
De thermokoppels Vanwege hun veelzijdigheid en robuustheid worden ze in miljoenen toepassingen in verschillende industrieën gebruikt. Enkele voorbeelden zijn:
- Energiecentrales waar de temperaturen van turbines en andere kritische componenten worden gemonitord.
- Onderzoekslaboratoria waar grote nauwkeurigheid vereist is bij metingen bij extreme temperaturen, zowel hoge als lage.
- Industriële processen zoals fabrieksautomatisering, waar de behoefte aan thermische bewaking constant is.
Voor- en nadelen van thermokoppels
Ondanks dat het op grote schaal wordt gebruikt, zijn niet alle omgevingen geschikt voor thermokoppels. Laten we de sterke en zwakke punten ervan analyseren.
Voordelen
- Robuust en duurzaam zelfs in extreme omstandigheden.
- Goedkoop vergeleken met andere sensoren zoals RTD's.
- Brede temperatuurbereiken, van cryogene toepassingen tot hogetemperatuurcontracten.
Nadelen
- Beperkte precisie vergeleken met meer geavanceerde technologieën zoals RTD's.
- Gevoeligheid voor elektrische ruis, vooral bij lange kabeltrajecten.
- Moet implementeren compensatie van koude verbindingen om nauwkeurige metingen te verkrijgen.
Wanneer u probeert een geschikt thermokoppel voor een bepaalde toepassing te selecteren, is het essentieel om met al deze factoren rekening te houden, waarbij u de voordelen die het biedt, zoals de lage kosten en het brede werkingsbereik, afweegt tegen de beperkingen in nauwkeurigheid en gevoeligheid voor de omgeving. . Thermokoppels blijven een van de meest efficiënte en veelzijdige oplossingen voor het meten van temperatuur in zeer veeleisende industriële toepassingen.