Thermokoppels — wat zijn het?

Thermokoppels (thermo-elektrische sensoren) zijn temperatuursensoren die bestaan uit twee draden van verschillende materialen, ie aan één uiteinde met elkaar verbonden zijn. Bij deze verbinding vindt de daadwerkelijke meting plaats, die noemen we de 'koude las'. De vrije uiteinden van het thermokoppel worden aangesloten op de randapparatuur. Bij het verwarmen of koelen van de koude las ontstaat een elektrische spanning. De spanning is evenredig met het temperatuurverschil tussen de koude las en de vrije uiteinden.

Fouten in temperatuurmeting met thermokoppels

Thermokoppels worden veel gebruikt in industriële toepassingen omdat ze robuust en relatief goedkoop zijn. Daarnaast zijn ze voldoende nauwkeurig zijn voor de meeste toepassingen en hebben ze geen externe voeding nodig hebben. Thermokoppelsensoren worden ook gewaardeerd om hun grote meetbereik — afhankelijk van de gebruikte materialen kan een thermokoppel temperatuur meten van -200 °C tot +1600 °C. Om verschillende redenen kunnen er echter meetfouten optreden bij thermokoppels.

Hoe controleer je of een thermokoppel goed werkt?

De eenvoudigste manier om te controleren of een thermokoppel goed werkt, is door een meting te simuleren met een millivoltgenerator die rechtstreeks op het aanwijsinstrument wordt aangesloten. Stel de waarden in de spanningsreeks van je gekozen thermokoppel in en vergelijk de meetwaarden met de toegewezen temperaturen. Dit is de snelste manier om te bepalen of de ingestelde linearisatie of het meetbereik op je meetinstrument correct gekozen is.

Voor een snelle test van een thermokoppel: isoleer een stuk compensatiedraad, twist de draden aan één uiteinde in elkaar en sluit het aanwijsinstrument aan op de losse einden. De gedraaide draden vormen een thermokoppel waarmee je, door de verbinding te verwarmen, de basiswerking van het apparaat kunt controleren.

Als het niet goed werkt, controleer dan de storingsoorzaken van het thermokoppel.

Selectie van het verkeerde type thermokoppel op de zender

Thermokoppel probleem: het verkeerde type thermokoppel is geselecteerd op het meetinstrument. Deze fout komen we vaak tegen, en ontstaat doordat er veel verschillende thermokoppels zijn. Het identificeren van het juiste koppel is niet altijd even gemakkelijk en gaat dus nogal eens fout.

Elk type thermokoppel heeft een ander bereik, een andere nauwkeurigheid en een andere spanningsreeks. Het kiezen van het verkeerde type thermokoppel, bij het instellen van het meetinstrument,  kan tijdens de installatie foutieve metingen veroorzaken.

Oplossing: kies het juiste thermokoppel. Regelmatig staat op een sensor vermeld wat voor koppel het is. Daarnaast hebben de  verschillende thermokoppelsensoren hebben een specifieke kleurcode, aan de hand waarvan te achterhalen is welk type thermokoppel het is.

Thermokoppel probleem : als een thermokoppel op meer dan één plaats wordt geaard, kan er een negatief verschijnsel optreden dat 'aardlus' genoemd wordt. Hierbij stroomt er stroom door het thermokoppel van de ene aarde naar de andere, wat resulteert in elektromagnetische velden. Deze velden interfereren met radiofrequenties, wat weer van invloed is op de nauwkeurigheid van de temperatuurmeting.

Oplossing: aard ofwel de zender (aansluitkop) of de regelaar/recorder, maar niet allebei tegelijk.

Verkeerde aansluiting thermokoppel — omgekeerde polariteit

Thermokoppel probleem: de polariteit van de draden is omgekeerd of veranderd. Dit is één van de meest voorkomende fouten bij het aansluiten van een thermokoppel. De gemeten temperatuur zal onjuist zijn en waarschijnlijk de 'verkeerde kant' op gaan ( dus de temperatuur zal dalen in plaats van stijgen en vice versa).

Zulke fouten gebeuren omdat intuïtief wordt verwacht dat de rode draad positief is. De rode draad in thermokoppelkabels is echter vaak negatief.

Oplossing: controleer de aansluiting van het thermokoppel dubbel en verwissel zo nodig de draden.

Andere mogelijke aansluitfouten en oorzaken

Het aanwijsinstrument geeft de temperatuur van de ruimte aan

Defect thermokoppel of defecte kabel.

Indicatie consistent wat betreft de waarde, maar met een minteken

De polariteit in de aanwijzer is verwisseld.

De aangegeven temperatuur is duidelijk te hoog; driftindicatie

De polariteit van de potentiaalvereffeningsdraad op de aansluitkop is verwisseld (door het verwisselen van de draden ontstaan er twee extra thermokoppels).

Verkeerde (of geen) compensatiekabel.

Indicatie is te hoog of te laag met een vaste waarde

Onjuiste temperatuur van de sensor voor de temperatuurcompensatie.

Indicatie correct, maar langzame drift

De temperatuur van de temperatuurcompensatie is instabiel of is niet gemeten.

Het display bevat een fout van 20 tot 25 °C

Linearisatie van een L-type thermokoppel als een J-type of omgekeerd.

Wanneer een pool van het thermokoppel wordt losgekoppeld, wordt er nog steeds een waarde aangegeven

Elektromagnetische spanningen interfereren met de ingangskabel.

Door het ontbreken van een galvanische scheiding en onvoldoende isolatie zijn er stoorspanningen ontstaan die bijvoorbeeld door de ovenisolatie heen dringen.

Zelfs na het loskoppelen van beide polen van het thermokoppel wordt nog steeds een hoge waarde aangegeven

Elektromagnetische interferentie interfereert met de ingangskabel.

Galvanische spanningen, veroorzaakt door bijvoorbeeld vochtige isolatie, interfereren met de vereffeningskabel.

Thermokoppel probleem: hou er rekening mee dat thermokoppels temperatuurverschillen in de werkelijke temperatuur meten, niet de absolute temperatuur. Daarom kunnen apparaten in de buurt, zoals ventilatoren, temperatuurschommelingen veroorzaken en dus foutieve metingen.

Oplossing: hou geen ventilatoren of andere bronnen van koeling of verwarming in de buurt van de referentieaansluiting (koude aansluiting). Zorg er voor dat de connector van het thermokoppel geïsoleerd is, zodat deze beschermd is tegen extreme temperaturen.

Verschillen in metaallegeringen van thermkoppeldraden

Thermkoppel probleem: het percentage metaallegeringen waarvan thermokoppeldraden worden gemaakt, kan per partij enigszins verschillen. Sommige fouten in de nauwkeurigheid van thermokoppelsensoren, als gevolg van het fabricageproces, zijn onvermijdelijk. De typische nauwkeurigheid is ±1-2°C, wat voldoende is voor de meeste industriële toepassingen.

Oplossing: als uw toepassing een uitzonderlijk hoge nauwkeurigheid vereist, bestel dan thermokoppels met draden met een speciale limiet. Deze worden vervaardigd met de hoogste toleranties om onzuiverheden zo laag mogelijk en de consistentie in de legering verhoudingen zo hoog mogelijk te houden.

Let er ook op dat u thermokoppels van betrouwbare leveranciers koopt. Bij JUMO controleren we de kwaliteit van onze thermokoppels om problemen met de draadlegering zoveel mogelijk te beperken.

Veroudering van thermo-elektrische sensoren

Thermokoppel probleem: zoals elk apparaat of machine slijt een thermokoppel dat enkele jaren gebruikt wordt. Deze apparaten worden blootgesteld aan extreme temperaturen, drukbereik en andere krachten waardoor ze onvermijdelijk verouderen.

Oplossing: vervang het versleten thermokoppel door een nieuwe. Regelmatig onderhoud helpt het verouderingsproces van de meetapparatuur te vertragen

Over de Auteur