Hoe meet je de temperatuur?

De temperatuur is na verloop van tijd de meest gemeten fysische grootheid. Wat zou het weer zijn zonder de temperaturen aan te geven?

Naast omgevingstemperatuur wordt de temperatuur ook in veel andere omgevingen gemeten. Of het nu gaat om de bedrijfstemperatuur van een industriële installatie, de temperatuur van de stijgende en dalende leidingen van radiatoren, de bewaartemperatuur van medicijnen of de kerntemperatuur van een yoghurt: in tegenstelling tot weersvoorspellingen moeten de temperatuurwaarden in deze gebieden nauwkeurig en correct zijn. Alleen zo is naleving van normen gegarandeerd en kan schade aan waardevolle goederen worden voorkomen.

De juiste basiskennis en praktisch advies bereiden u goed voor op uw meettaken.

Fysieke basis van temperatuur als meetgrootheid

Wanneer een natuurkundige het over temperatuur heeft, duidt hij een grootheid aan die de energie meet die inherent is aan lichamen. Een lichaam heeft deze energie door de willekeurige bewegingen van zijn atomen of moleculen. Als de deeltjes sneller bewegen, stijgt de temperatuur. Temperatuur is dus een toestandsgrootheid. Net als andere grootheden, zoals massa, warmtecapaciteit en andere, beschrijft temperatuur de energie die in een lichaam zit, of, zoals we in de natuurkunde vaak zeggen, een systeem.

Of heel kort:

De input van thermische energie zorgt voor een toename van de snelheid van de deeltjes: de temperatuur stijgt

Door het onttrekken van thermische energie neemt de snelheid van de deeltjes af: de temperatuur daalt

Als een lichaam geen thermische energie meer heeft, zijn zijn moleculen in rust. Deze toestand is in werkelijkheid onmogelijk te bereiken. Het wordt aangeduid als het absolute nulpunt omdat er geen slechtere energietoestand is. Het krijgt de waarde van 0 K (Kelvin) toegewezen. Daarom is de temperatuur in Kelvin altijd een positieve grootheid.

Het is heel goed mogelijk om de temperatuur direct in energie-eenheden te meten. Maar het aangeven van temperatuur in graden heeft een lange traditie en is stevig verankerd in de natuurkunde. Om praktische redenen hebben we deze traditie tot op de dag van vandaag gehandhaafd.

Noteren:

De temperatuur wordt weergegeven in Kelvin (K) en gemeten in graden Celsius (° C) of Fahrenheit (° F) (in de Verenigde Staten en andere landen) voor dagelijks gebruik.

De temperatuurverschillen worden door de experts altijd in Kelvin aangegeven.

• Omzetting: 1 K º 1 ° C = 9/5 ° F
• Omzettingsformules volgens DIN 1345:
• tC = 5/9 (tF - 32) = TK - 273,15
• TK = 273,15 + tC
• tF = 1,8 tC + 32

Hoe te meten?

Wat is de algemene structuur van een maateenheid?

1. De sonde: bevat de sensor. Er zijn verschillende vormen van sensoren voor verschillende toepassingen.
2. De sondebuis met de sensor: zet de fysieke meetwaarde om in een elektrisch signaal.
3. De verbindingslijn: verbindt het meetapparaat met de sonde (sensor).
4. Het meetapparaat: zet de sondesignalen om in weergegeven waarden (A / D-conversie).
5. Resolutie: de kleinste nog leesbare onderverdeling van de meeteenheid.

De resolutie

In dit voorbeeld toont het display 22,3 ° C, dus de resolutie is 0,1 ° C. Als het scherm 22,34 ° C zou aangeven, zou de resolutie 0,01 ° C zijn. Bij digitale apparaten kan het laatste cijfer op het display +/- 1> eenheid verspringen. De kleinste eenheid wordt een cijfer genoemd.

Voorbeeld: weergave van 22,3 ° C

Weergave -1 cijfer 22,2 ° C; weergave +1 cijfer 22.4 ° C.

Hoe slechter de resolutie van een meetapparaat, hoe meer een cijfersprong de nauwkeurigheid van het meetapparaat kan beïnvloeden.

Sensoren: bediening

Het kiezen van de juiste sensor is cruciaal voor de nauwkeurigheid van het meetresultaat. Maar er is niet één ideale sensor voor alle toepassingen:

Een groot meetbereik betekent meestal een beperkte nauwkeurigheid.

Extreem snelle sondes zijn over het algemeen niet geschikt voor metingen in het dagelijkse werk waarbij een robuust apparaat nodig is.

De constructievorm bepaalt welke sonde het meest geschikt is voor een specifieke meettaak.

Thermokoppel sensoren

Elektrische spanningsmeting junctie / referentie junctie.
De gemeten waarde van de referentiejunctie wordt omgerekend naar 0 ° C.
Er moet voldoende reactietijd in acht worden genomen.

Platina weerstandssensoren

Meetprincipe: positieve temperatuurcoëfficiënt van metalen.

Rapport: temperatuur en elektrische weerstand.

Referentiewaarde 0 ° C bij een weerstand van 100 ohm door een gewikkelde platinadraad.

Thermistor sensoren

Temperatuursensoren op basis van keramisch mengsel van oxiden.

Negatieve temperatuurcoëfficiënt: CTN.

Zonder compensatie van koude overgangen - ideaal voor koelcellen en diepvriezers.

Soorten sondes

Wat is de taak van een sonde?

Temperatuursondes vangen de temperatuur van een medium op en geven deze door aan de sensor. Hiervoor moet het sensormateriaal zich eerst aanpassen aan de buitentemperatuur. Daarom wordt nooit de temperatuur van het medium gemeten, maar alleen de temperatuur van de sonde of de sensor.

De sonde heeft enige tijd nodig om te harmoniseren met het materiaal dat wordt gemeten. Een sonde heeft de temperatuur van het materiaal overgenomen, gemeten als de temperatuur gelijk is aan 99% bij de buitentemperatuur. Deze tijdsperiode wordt tijd t99 genoemd.

Welke vormen van constructie van sondes zijn er?

Afhankelijk van de beoogde toepassing zijn er verschillende vormen van constructie van de sondes. Net zoals men bijvoorbeeld een ander mes gebruikt om brood te snijden dan om vlees te snijden; er zijn ook verschillende sondes om de temperatuur te meten.

Dompel- / steekvoeler

Harmonisatie van sonde- en vloeistoftemperaturen.

Kortere reactietijd voor agitatie.

t99 ongeveer. 0,5 sec in het ideale geval.

Ruimtesensor

Verminderde warmteoverdracht tussen de lucht en de sensor.

De sensor is gratis; goed voor de impact van luchtstroom.

t99 idealiter ca. 7 sec.

Contact sonde

Sterke temperatuursprong, zoals lucht een isolerende werking heeft.

Verwijdering van luchtisolatie door de contactthermometer.

t99 ongeveer. 3 seconden in het ideale geval.

Meetfouten vermijden - tips voor correct meten

Penetratie- en onderdompelingsmetingen

Bij penetratie- of immersiemetingen wordt de temperatuurvoeler direct in het meetobject gestoken. De meting is voltooid als het tijdstip t99 is bereikt.

De meest voorkomende meetfouten

Als de temperatuursonde koeler is dan het meetobject, wordt energie in de vorm van warmte onttrokken aan het meetobject in de buurt van de sensor. Als het warmer is dan het meetobject, krijgt het object warmte-input. Het is ook noodzakelijk om aandacht te besteden aan de massaverhouding van de sonde en het medium: hoe groter de verhouding, hoe groter de hoeveelheid energie die aan het object wordt onttrokken. Omdat deze energie-extractie het niet meer mogelijk maakt om de werkelijke temperatuur van het object te meten, kan een te grote massa van de sonde meetfouten veroorzaken.

Tips voor een correcte penetratiemeting

• De diepte van penetratie of onderdompeling moet 10 tot 15 keer de diameter van de sonde zijn.
• Bij het meten van onderdompeling in vloeistoffen moet de vloeistof in beweging worden gehouden.
• Idealiter wordt t99 bereikt na ongeveer 0,5 seconden.

Contactmeting

Bij oppervlaktemetingen wordt de sondekop verticaal op het oppervlak geplaatst. Hierbij is het belangrijk ervoor te zorgen dat noch het contactoppervlak van de sondekop, noch het meetobject ongelijk is, aangezien dit de meting kan verstoren.

Tips voor het meten van de oppervlaktetemperatuur

• Houd de sonde loodrecht op het oppervlak zodat de punt er volledig op rust.
• Beweeg de sonde niet tijdens de meting.
• Pas een constante en voldoende neerwaartse kracht toe.
• Gebruik contactprobes met een lage massa.
• Idealiter wordt t99 bereikt na ongeveer 3 seconden.

Meting van de omgevingstemperatuur

Om de temperatuur van de bewegende lucht te meten, wordt de meetsonde eenvoudig in de te meten omgeving gehouden. Gebruik idealiter een ruimtesensor met een vrije sensor voor een korte reactietijd. Het meetresultaat kan worden geoptimaliseerd door de sonde tijdens de meting in lucht te bewegen met een snelheid van 2 m / s.

Tips voor het meten van kamertemperatuur

• Gebruik een ruimtesensor met een vrije sensor (geen penetratie- of contactsensor).
• Verplaats de sonde tijdens de meting met een snelheid van 2 m / s.
• Houd de sonde uit de buurt van uw lichaam.
• Gebruik een stralingsbeschermde sonde.
• Idealiter wordt t99 bereikt na ongeveer 7 seconden.