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

Het Seebeck-effect

Het Seebeck-effect speelt een belangrijke rol in de functie van een thermokoppel. Er staat dat een temperatuurverschil tussen twee metalen halfgeleiders elektriciteit zal opwekken. Wanneer deze halfgeleiders een lus vormen, wordt een elektrische stroom gemaakt. 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 door het Seebeck-effect wordt gecreëerd. Hierdoor kan het een spanning meten en die spanning omzetten in een leesbare temperatuurgradiënt, afhankelijk van het soort metaal dat wordt gebruikt.

De functie van een thermokoppel

Wanneer een thermokoppel een temperatuurgradiënt meet, het meet het temperatuurverschil tussen twee halfgeleiders. Dit betekent dat een thermokoppel op een multimeter moet worden aangesloten, waardoor de gebruiker de spanning van de twee betrokken halfgeleiders kan aflezen. Het temperatuurverschil en de spanning zijn direct gerelateerd. Daarom kan men, als men de spanning die door een circuit loopt lezen, 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 juncties van de halfgeleiders van het thermokoppel.

Typen thermokoppels

Er zijn veel soorten thermokoppels, die allemaal variëren in de metaallegering die in hun sonde wordt gebruikt . De meest gebruikelijke, type K thermokoppels (chromel-alumel), zijn erg goedkoop en hebben een breed bereik aan temperaturen die ze kunnen meten. De lage prijs van dit type toont echter aan dat het niet erg nauwkeurig is en veranderingen in gevoeligheid kan ervaren bij temperaturen boven 354 graden Celsius, wat het Curie-punt is voor nikkel, een bestanddeel van chromel. Type E-thermokoppels (chromel-constantin) 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.

Toepassingen

Thermokoppels worden gebruikt bij de fabricage van staal om de temperatuur van het staal te meten om 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 zeggen of de vlam brandt. Wanneer de vlam brandt, wordt er een stroom opgewekt in het thermokoppel en wordt de door de vlam geproduceerde warmte afgelezen. Wanneer de vlam uit is, kunnen elektronische sensoren weten dat ze het gas afsluiten om mogelijke gaslekken te voorkomen.

Wetten van thermokoppelgebruik

Thermokoppels voldoen aan drie wetten wanneer ze in bedrijf zijn. Ten eerste stelt de wet van homogene materialen dat temperaturen die niet worden toegepast op de kruispunten van het thermokoppel geen invloed hebben op de geproduceerde spanning, omdat ze geen temperatuurgradiënt meer creëren. Ten tweede stelt de wet van tussenmaterialen dat nieuwe materialen die in het circuit worden geïnjecteerd de spanning niet zullen veranderen zolang de overgangen die door het nieuwe materiaal worden gevormd geen temperatuurgradiënt doormaken. De wet van opeenvolgende temperaturen stelt dat de spanningen tussen drie of meer knooppunten samen kunnen worden opgeteld.