Home Kennisbank Thermokoppels 1. Thermokoppel werking en opbouw

Kennisbank

1. Thermokoppel werking en opbouw

Seebeck ontdekte in 1821 het thermo-elektrische effect: als je twee draden van verschillend materiaal met elkaar verbindt, kan aan hun vrije uiteinden een spanning worden gemeten als de verbindingsplaats een andere temperatuur heeft dan deze vrije uiteinden. Dit effect wordt gebruikt in een thermokoppel.

Er wordt altijd het verschil gemeten tussen de temperatuur op de verbindingsplaats en de temperatuur bij de aansluitingen (klemmen) van het meetapparaat. Volgens nieuwere inzichten berust dit effect op een materiaal specifieke eigenschap van elektrisch geleidende materialen. In het binnenste van de geleider ontstaat er door onder invloed van de temperatuur een verschuiving van de elektronendichtheid (volumediffusie-effect) als via de geleider een temperatuurverandering (stijging of daling) bestaat.

Wiskundig wordt deze verandering aangeduid als temperatuurgradiënt. Op het warme uiteinde ontstaat er door de hogere kinetische energie een verarming en op het koude uiteinde een verrijking van de ladingdrager. Elk stuk geleider is een spanningsbron op zich.

Afb..1: Thermo-elektrisch effect

Afb..1: Thermo-elektrisch effect

Elk stukje draad (dl) draagt overeenkomstig de temperatuurgradiënt dl/dd en de materiaalcoëfficiënt (s) een deelspanning bij. De totale spanning over de draad ontstaat uit de som van de deelspanningen die zich van het ene uiteinde van de draad (1-warme plek) tot het andere (2-koude plek) vormt.

De regeling met twee op verschillende wijze (bv. lassen, solderen of twisten) verbonden draden wordt thermokoppel of thermopaar genoemd. Alleen het verschil van de spanningssommen in de draden van verschillend materiaal levert een meetbare spanning op die een mate voor het temperatuurverschil tussen de verbindingsplaats en de klemmen van het meetapparaat is. Als je twee draden van hetzelfde materiaal zou gebruiken, zou er in elke draad dezelfde spanningssom ontstaan en zou er geen verschilspanning gemeten kunnen worden.

Door het verbinden van twee thermodraden wordt dus niet het effect van de thermospanning bereikt, maar je verbindt enkel en alleen de pluspolen van twee batterijen en meet het spanningsverschil van deze batterijen. De thermospanning als functie van de temperatuur is tenslotte niets anders dan het temperatuurafhankelijke verschil tussen deze beide batterijen. Afhankelijk van de materiaalcombinatie ontstaat er een reproduceerbare afhankelijkheid van de thermospanning van het temperatuurverschil tussen de ingebrachte temperatuur en de koude las.

Afb. 2: Koude las verbinding

Afb. 2: Koude las verbinding

Aan de hand van de thermospanning (mV) uit de tabellen van de DIN EN 60584-1 en het in acht nemen van de temperatuur van de koude las verbinding, is het zodoende goed mogelijk om de temperatuur T1 te bepalen. In de praktijk bevindt de koude las compensatie of in de meetomvormer of in de besturing.

De daar heersende omgevingstemperatuur wordt permanent geregistreerd en aan de hand van de formule 

T1 = mV - (mVT0)

in de berekening opgenomen.