Wat is thermokoppel?

Een thermokoppel is een apparaat dat wordt gebruikt om warmte om te zetten in elektrische stroom. Het meet het temperatuurverschil tussen twee punten. Thermokoppels behoren tot de meest gebruikte temperatuursensoren vanwege hun brede beschikbaarheid en zeer lage kosten. Helaas zijn het echter niet de meest nauwkeurige temperatuurlezers.

Het Seebeck-effect speelt een sleutelrol in de functie van een thermokoppel. Het stelt dat een temperatuurverschil tussen twee metalen halfgeleiders elektriciteit zal creëren. Wanneer deze halfgeleiders een lus vormen, ontstaat er een elektrische stroom. Thermokoppels vertrouwen op dit effect om de temperatuur te meten. Wanneer een thermokoppel tussen een temperatuurgradiënt tussen twee halfgeleiders wordt geplaatst, wordt het onderdeel van het circuit dat wordt gecreëerd door het Seebeck-effect. Hierdoor kan hij een spanning meten en die spanning omzetten in een leesbare temperatuurgradiënt, afhankelijk van de soorten metaal die worden gebruikt.

Wanneer een thermokoppel een temperatuurgradiënt meet, meet het het temperatuurverschil tussen twee halfgeleiders. Dit betekent dat een thermokoppel moet worden aangesloten op een multimeter, waarmee de gebruiker de spanning van de twee betrokken halfgeleiders kan aflezen. Het temperatuurverschil en de spanning zijn direct gerelateerd. Daarom, als men de spanning die door een circuit loopt, kan aflezen, kan men vervolgens het temperatuurverschil tussen de twee halfgeleiders berekenen. Dit temperatuurverschil wordt verkregen door de spanning te meten; want de spanning komt direct overeen met het temperatuurverschil tussen de twee knooppunten van de halfgeleiders van het thermokoppel.

Er zijn veel soorten thermokoppels, allemaal variërend in de metaallegering die in hun sonde wordt gebruikt. De meest voorkomende thermokoppels type K (chromel-alumel), zijn erg goedkoop en hebben een breed temperatuurbereik dat ze kunnen meten. De lage prijs van dit type blijkt echter uit het feit dat het niet erg nauwkeurig is en dat er veranderingen kunnen optreden in gevoeligheid bij temperaturen boven 354 graden Celsius, het Curiepunt voor nikkel, een bestanddeel van chroom. Type E thermokoppels (chromel-constantine) hebben een hogere gevoeligheid dan type K en zijn niet-magnetisch. Er zijn veel andere soorten thermokoppels en een volledige lijst is te vinden in de sectie Bronnen.

Thermokoppels worden gebruikt bij de vervaardiging van staal om de temperatuur van het staal te meten om het koolstofgehalte van het staal te bepalen op basis van de smelttemperatuur. Ze worden ook gebruikt in waakvlammen. Deze toepassing vereist dat de sonde van het thermokoppel zich in de waakvlam bevindt om te zien of de vlam aan is. Wanneer de vlam aan is, wordt een stroom gegenereerd in het thermokoppel en leest het de warmte die door de vlam wordt geproduceerd. Wanneer de vlam uit is, kunnen elektronische sensoren weten dat ze het gas moeten afsluiten om mogelijke gaslekken te voorkomen.

Thermokoppels gehoorzamen aan drie wetten wanneer ze in bedrijf zijn. Ten eerste stelt de wet van homogene materialen dat temperaturen niet worden toegepast op de kruispunten van de thermokoppel heeft geen invloed op de geproduceerde spanning, omdat ze geen temperatuur meer creëren verloop. Ten tweede stelt de wet van intermediaire materialen dat nieuwe materialen die in het circuit worden geïnjecteerd dat niet zullen doen verander de spanning zolang de knooppunten gevormd door het nieuwe materiaal geen temperatuur ervaren verloop. De wet van opeenvolgende temperaturen stelt dat de spanningen tussen drie of meer knooppunten bij elkaar kunnen worden opgeteld.