De weerstandstemperatuursensor

Een weerstandstemperatuursensor, of RTD (Resistant Temperature Detector), is een temperatuursensor die de weerstand van een meetelement gebruikt voor de temperatuurmeting. Eén van de meest gebruikte elementen is de zogenaamde Pt100.

Bij een Pt100 staat de "Pt" staat voor het materiaal van de meetinzet (platina) en staat "100" voor de weerstandswaarde. Een Pt100 heeft een weerstandswaarde van 100 Ω, bij nul graden Celsius.

Bij een stijgende temperatuur zal de weerstand van de Pt100 toenemen, en bij een dalende temperatuur zal de weerstand afnemen.

De weerstandsverandering vindt plaats met ongeveer 0,38 Ω per graad temperatuursverandering.

Hoe werken weerstandstemperatuursensoren?

De meetinzet wordt aangesloten op een meetsysteem. De wijze van aansluiten is afhankelijk van de toepassing, maar het meetprincipe blijft gelijk.

Een verandering in temperatuur heeft een direct effect op de elektrische weerstand van de meetinzet. Bij een Pt100 betekent een stijgende temperatuur ook een stijgende weerstand, en andersom. Deze wijziging in weerstand is meetbaar en de gemeten weerstandswaarde is te ‘vertalen’ naar een temperatuur.

De weerstandswaarden van Pt100’s zijn internationaal vastgelegd in een DIN-norm (DIN 60751).

NB: Er zijn ook weerstanden die precies andersom werken, beter bekend als NTC’s. Bij deze weerstanden neemt bij een stijgende temperatuur, de weerstand juist af. De wijze van meten blijft echter gelijk, want de temperatuur wordt bepaald aan de hand van de gemeten weerstandswaarde.

Specificaties van een weerstandstemperatuursensor

• Meetprincipe: weerstand van meetelement.

• Nauwkeurigheid: zeer nauwkeurig.

• Reactietijd: snel tot zeer snel.

• Duurzaamheid: minder duurzaam bij hoge temperaturen.

• Temperatuurbereik: geschikt van -200°C tot +600°C (bij uitzondering tot +800°C).

• Toepassingen: laboratorium, procesindustrie, HVAC-systemen.

• Prijs: sterk afhankelijk van type en soort aansluiting.

Het thermokoppel

Een thermokoppel is een temperatuursensor gebaseerd op het zogenaamde Seebeck-effect.
Het Seebeck-effect beschrijft een fenomeen, waarbij een verschil in thermo-elektrische spanning ontstaat tussen twee verschillende metalen geleiders, wanneer die op verschillende temperaturen worden gebracht.
Met andere woorden: als men twee metalen draden van verschillende samenstelling aan één kant met elkaar verbindt en deze verbinding verhit, zal er aan de andere kant van de draad een meetbaar spanningsverschil ontstaan tussen de twee draden. Hoe hoger de temperatuur, des te hoger de gemeten spanning (millivolt).

Waar bij een weerstandsthermometer een weerstand (Ω) vertaald wordt naar een temperatuur, wordt bij een thermokoppel de gemeten spanning (mV) vertaald naar een temperatuur.

Er zijn verschillende soorten thermokoppels, met verschillende samenstellingen. Welk type thermokoppel het beste geschikt is, is erg afhankelijk van de toepassing.

Specificaties van een thermokoppel

• Meetprincipe: thermo-elektrische spanning (Seebeck-effect).

• Nauwkeurigheid: goed.

• Reactietijd: snel tot zeer snel.

• Duurzaamheid: duurzaam, ook bij extreme temperaturen.

• Temperatuurbereik: geschikt van -200°C tot 1800°C (afhankelijk van type koppel).

• Toepassingen: industriële toepassingen, met name (zeer) hoge temperatuurmetingen.

• Prijs: gemiddeld goedkoper.

Toepassingen

 Weerstandstemperatuursensoren

• Laboratoriumgebruik

  Weerstandstemperatuursensoren worden veel gebruikt in laboratoria voor precieze temperatuurmetingen. Ze zijn geschikt voor het monitoren van experimenten, het kalibreren van andere sensoren en het controleren van omgevingstemperaturen.

• Procesindustrie

  De procesindustrie, waaronder de chemische en farmaceutische sector, vertrouwt op weerstandstemperatuursensoren voor het meten en regelen van temperaturen in verschillende fasen van de productie. Deze sensoren bieden de nauwkeurigheid die essentieel is voor consistente resultaten en veilige processen.

• HVAC-systemen

  Verwarming, ventilatie en airconditioning (HVAC) systemen maken gebruik van weerstandstemperatuursensoren om de temperatuur in gebouwen te regelen. Dit zorgt voor comfortabele en energiezuinige omgevingen in woningen en commerciële gebouwen.

• Levensmiddelenindustrie

In de voedingsmiddelenindustrie worden weerstandstemperatuursensoren gebruikt om de temperatuur van voedsel- en drankproducten te bewaken en te controleren tijdens de productie en opslag. Dit draagt bij aan de voedselveiligheid en kwaliteitscontrole.

Thermokoppels

• Industriële toepassingenThermokoppels zijn ideaal voor situaties waarbij (extreem) hoge temperaturen worden gemeten, zoals in smeltovens en verbrandingsprocessen. Ze kunnen tot zeer hoge temperaturen nauwkeurig meten.
• LuchtvaartindustrieIn de luchtvaartindustrie worden thermokoppels gebruikt voor temperatuurmetingen in vliegtuigmotoren, waaronder turbines en uitlaatsystemen. Het is essentieel om de temperatuur in deze kritieke componenten te bewaken om de veiligheid en efficiëntie te waarborgen.
• Olie- en gasindustrie
  Thermokoppels spelen een cruciale rol in de olie- en gasindustrie, waar ze worden gebruikt voor temperatuurmetingen in boorputten, productieprocessen en raffinaderijen. Het monitoren van temperaturen in deze omgevingen is essentieel voor de veiligheid en efficiëntie.
• LaboratoriumovensIn laboratoria worden thermokoppels vaak gebruikt om de temperatuur in ovens en verhittingsprocessen te meten.

Welke sensor moet je kiezen?

De keuze tussen een weerstandstemperatuursensor of een thermokoppel hangt af van de toepassing.
Overweeg het volgende bij uw keuze:

• Wat is jouw temperatuurbereik?
• Wat is jouw gewenste nauwkeurigheid?
• Wat is jouw gewenste reactietijd?
• Hoe agressief is het milieu van de meting (mechanisch zowel als chemisch)?
• Wat is jouw budget?

Conclusie

Beide type sensoren bieden waardevolle oplossingen voor temperatuurmetingen in uiteenlopende industrieën. Beide hebben hun eigen sterke punten en zijn geschikt voor verschillende situaties.

De keuze tussen weerstandstemperatuursensoren en thermokoppels hangt af van de specifieke eisen van de toepassing en het temperatuurbereik waarin de metingen moeten plaatsvinden.

FAQ

1— Wat is het verschil tusseneen Pt100 en een Pt1000 weerstandstemperatuursensor?

Een Pt100 heeft een weerstand van 100 Ω bij 0 °C, terwijl een Pt1000 een weerstand van 1000 Ω heeft bij 0 °C. De hogere standaardweerstand van een Pt1000 kan hem geschikter maken voor toepassing waarbij een hoge lijnweerstand (weerstand in de aansluitkabel) een rol speelt.
Voorbeeld: bij een Pt100 is 1 graad ≈ 0,38 Ohm. Bij een Pt1000 is 1 graad ≈ 3,8 Ohm.
Een kabelweerstand van 5 Ohm resulteert bij een Pt100 in (5/0,38≈) 13 graden afwijking.
Een kabelweerstand van 5 Ohm resulteert bij een Pt1000 in (5/3,8≈) 1,3 graden afwijking.

Dit kan echter ook op andere manieren opgelost worden. Een Pt1000 is niet per definitie nauwkeuriger dan een Pt100, de manier van aansluiten is het belangrijkst. (zie hieronder)

2— Wat zijn de voordelen van driedraads-aansluiting bij weerstandstemperatuursensoren?

Bij het aansluiten van een sensor, ontstaat er altijd extra (ongewenste) weerstand in de aansluitdraden. Doordat het een weerstandsmeting betreft, kan deze extra weerstand voor een afwijking in de meting zorgen.
De afwijking die ontstaat in de aansluitdraden, kan men opheffen door een sensor driedraads  aan te sluiten. De aangesloten apparatuur gebruikt de extra draad om de weerstand in de aansluitdraden te meten en kan deze extra weerstand vervolgens weg filteren, waardoor de meting weer correct is.
De driedraads-aansluiting is een van de meest gebruikte manieren van aansluiten.

3— Welk type thermokoppel is het meest geschikt voor hoge temperatuurmetingen?

Voor zeer hoge temperaturen zijn Pt30Rh-Pt6Rh (Type B) thermokoppels geschikt.
Dit zijn platina-rhodium thermokoppels, die temperaturen tot 1700°C kunnen meten.

Over de schrijver

Mijn naam is Saskia van der Laan en ik al geruime tijd bij JUMO waar ik mijn professionele vaardigheden combineer met mijn passie voor schrijven. Steeds met het doel om middels geschreven tekst, de techniek te vertalen naar de praktijk en de lezer te informeren en te inspireren. In mijn vrije tijd sport ik graag en geniet ik van een lange wandeling met de hond.