Temperatuursensor / type K thermokoppel

Ik vroeg mij af waarom er eigenlijk een plus en een min zit op de temperatuursensor van mijn multimeter.
Als ik hem andersom doe wijkt de temperatuur 5°C af.
Ook is de weerstand anders als ik hem andersom doe.

Het zijn toch gewoon 2 draden van verschillende metalen waar een spanning over valt bij temperatuurverschil?
In de multimeter zit een ptc welke omgevingstemperatuur meet als basis temperatuur.
Je zou zeggen dat de spanning dan negatief wordt bij het omdraaien, maar de weerstand zou toch hetzelfde moeten zijn?

Waarschijnlijk zit de sensor toch nog ingewikkelder in elkaar dan ik dacht?

Wie heeft het antwoord ?

Een thermokoppel wekt een gelijkspanning op die varieert met de temperatuur. Als je die verkeerd-om aansluit werkt 't niet...
(je multimeter doet berekeningen om van die spanning een temperatuur te maken, en andersom klopt dat natuurlijk niet meer...)

Twee tegenvragen, om het denken te stimuleren;

- Welke (kort door de bocht twee) thermokoppels worden hier bemeten?
- Hoe wordt een weerstand gemeten?

Op 23 december 2023 20:48:02 schreef Aart:
Twee tegenvragen, om het denken te stimuleren;

- Welke (kort door de bocht twee) thermokoppels worden hier bemeten?
- Hoe wordt een weerstand gemeten?

Die tussen de warme zijde en tussen de aansluitingen van de stekkers?

Door er een bekende stroom door te sturen en hier de spanning over te meten?

Op 23 december 2023 20:34:39 schreef Arco:
Een thermokoppel wekt een gelijkspanning op die varieert met de temperatuur. Als je die verkeerd-om aansluit werkt 't niet...
(je multimeter doet berekeningen om van die spanning een temperatuur te maken, en andersom klopt dat natuurlijk niet meer...)

Dat snap ik wel, maar ik zie even niet waarom de weerstand verandert als je de stekker omdraait.

Een thermokoppel geeft een spanning afhankelijk van de temperatuur. Die is positief (warmer dan het refpunt) of negatief (kouder dan het refpunt).

Als je zo een thermokoppel verkeerd aansluit dan krijg je dus de verkeerde waarde. Maar dat zal weinig verschil maken als het thermokoppel dezelfde temp heeft als het refpunt.

Het is geen weerstand, maar een spanningsbron. (-edit- te laat)

Verder heb je ook nog zoiets als de koude las compensatie die dan ook niet meer werkt.

Je doet iets wat je multimeter niet begrijpt:

Je zet spanning erop in het weerstandsbereik, waardoor ook die meting niet meer klopt.
(weerstand wordt met een kleine spanning/stroom gemeten, en jij zet daar extra spanning mee in serie)

Weerstand van een thermokoppel is eigenlijk (zo goed als) nul Ohm (in beide richtingen), maar dat kan een normale multimeter niet meten.

[Bericht gewijzigd door Arco op (23%)]

En de weerstand van het thermokoppel verandert niet als je hem omdraait.

Maar de multimeter gebruikt de wet van Ohm. (R = V/I). En dat werkt niet als je geen rekening houdt met de extra spannings-bron in de thermokoppel.

Probeer zo maar eens de weerstand van een batterij te meten :).

(weerstand wordt met een kleine spanning/stroom gemeten, en jij zet daar extra spanning mee in serie)

En als je het thermokoppel omdraait in antiserie... dus andere meetwaarde

Op 23 december 2023 21:15:28 schreef Arco:
Je doet iets wat je multimeter niet begrijpt:

Je zet spanning erop in het weerstandsbereik, waardoor ook die meting niet meer klopt.
(weerstand wordt met een kleine spanning/stroom gemeten, en jij zet daar extra spanning mee in serie)

Weerstand van een thermokoppel is eigenlijk (zo goed als) nul Ohm (in beide richtingen), maar dat kan een normale multimeter niet meten.

Aaaaah ja natuurlijk. Dit zag ik over het hoofd inderdaad.
De weerstand die ik mat was trouwens 12 ohm en omgedraaid 14 ohm, ik vond het al heel hoog.

Bedankt voor de antwoorden.

Er schiet me nog een andere vraag te binnen.
Ergens moet het alumel en chromel overgaan in een ander materiaal, waardoor er weer nieuwe thermokoppels ontstaan.
Dit moet gecompenseerd worden.

Nu weet ik dat de multimeter een ntc heeft op het nulpunt te bepalen, maar hoe doet de multimeter dit compenseren van de overgangen precies, en waar zit de overgang van deze 2 materialen? Vlakbij het meetpunt? Maar heb je dan ook niet weer 2 overgangen op de stekkers/draden?

Die andere overgangen binnen de meter boeien niet omdat die samen geen effect hebben zolang ze allemaal dezelfde temperatuur hebben.

De meter heeft een eigen sensor om de referentie temperatuur te bepalen ( = omgeving temperatuur), en de spanning van het thermokoppel bepaalt het verschil met die referentie.

Oke, dus jij zegt er is geen temperatuurverschil over deze koude lassen dus ook geen potentiaalverschil. Klinkt logisch.

Maar hier even een citaat van een stukje dat Jos Verstraten heeft geschreven:

"Het koude las probleem

Problemen ontstaan bij het aansluiten van een thermokoppel
Bij het praktisch toepassen van een thermokoppel doet zich echter een enorm groot probleem voor. De twee draden van het thermokoppel moeten met 'iets' verbonden worden. Dat 'iets' is steeds een versterkerschakeling, die de uiterst kleine uitgangsspanning van het thermokoppel moet opkrikken. De ingangen van deze schakeling bestaan uit twee contactpunten van koper. Als u de twee draden van het thermokoppel star met deze koperen punten verbindt, dan ontstaan uiteraard op deze plaatsen twee nieuwe thermokoppels!

Thermokoppels_3 © - 2017 Jos Verstraten
Het koude las probleem. (© - 2017 Jos Verstraten)
Zoals uit dit schema blijkt, staan de drie thermokoppels in serie. Bij het toepassen van een type-J thermokoppel ontstaan twee niet gewenste thermokoppels, namelijk een ijzer-koper koppel en een constantaan-koper koppel. Het probleem is dat de koppelspanningen niet per definitie dezelfde polariteit hebben.

Share

Maar bovendien is het absoluut uitgesloten dat zij alle drie op dezelfde temperatuur staan. In de meeste gevallen zullen de twee ongewenste thermokoppels 2 en 3 op de omgevingstemperatuur staan, die in industriële omstandigheden kan variëren tussen ongeveer -20 °C en +60 °C. De spanning die aan de ingang van de versterkerschakeling staat is dus niet alleen afhankelijk van de temperatuur die met thermokoppel 1 gemeten wordt, maar ook van de omgevingstemperatuur. Bovendien zullen de koppelspanningen die door de thermokoppels 2 en 3 worden gegenereerd de lineariteit van de meting nadelig beïnvloeden."

Link: https://verstraten-elektronica.blogspot.com/p/thermokoppels-meten-extr…

Begrijp ik dat stukje dan verkeerd? Of is dit probleem alleen als je extreem nauwkeurig wil meten?

En dan zit ik nog steeds met de vraag, tot hoe ver loopt het chomel en alumel door?
Als ik bijvoorbeeld het uiteinde van de sensor in de koelkast doe, en ik houd de multimeter buiten de koelkast geeft hij de juiste temperatuur door.
Terwijl als de koude las ook in het uiteinde had gezeten dan had er geen temperatuurverschil geweest en had ik alleen de temperatuur van de omgeving buiten de koelkast moeten meten?
Kan iemand mij misschien uitleggen hoe dit nu precies zit?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op (11%)]

De exacte lengte is niet zo belangrijk: op het punt van de las van de twee draden wordt de temperatuur gemeten, niet de draden zelf.

Het toverwoord is Cold junction compensation

Nauwkeurige temperatuur meters hebben een heel andere verbinding met het TC dan een DMM. Een DMM lijkt door al die digits heel nauwkeurig maar de meeste zijn dat niet. Maar als je +/- 5 graden aanhoud is het meestal prima bruikbaar. Ik heb een aantal dure DMMs, een berg TCs en een temperatuur calibrator. Als ik ze allemaal aan de zelfde dry-well hang dan zitten ze allemaal binnen +/- 3 graden. Goedkope meters zullen meer afwijken.

Er zijn twee manieren. De simpele is er van uitgaan dat je DMM altijd rond de 25 graden wordt gebruikt en dan meten ze niks maar corrigeren de uitlezing alsof het 25 graden is.
De tweede methode is dat de meter zelf zijn temperatuur meet en die waarde gebruikt voor compensatie.

De echte temperatuur meters hebben een speciale thermocouple connectie (2 van die blade-stekkers, een smalle en een brede. Die steek je in een vrij zwaar uitgevoerde aansluiting waar de meter ook heel precies de temperatuur van meet. Dus niet grofweg de omgeving maar die van het metaal zelf.

Daarnaast is een TC niet lineair, ook dat wordt gecorrigeerd in firmware of analoog

Volgens mij wordt mijn vraag niet helemaal goed begrepen, dus ik heb even een foto van mijn meter toegevoegd.

Wat ik begrijp/weet:
De multimeter meet het spanningsverschil, zet deze om in een temperatuur.
In de multimeter zit een rtd/ntc/ptc welke de omgevingstemperatuur meet. Dit is de temperatuur van de koude las/ cold junction. De meter voegt het temperatuurverschil samen met de omgevingstemperatuur en dit samen is dus de gemeten temperatuur.

Maar wat ik mij afvraag, waar zit de cold junction/koude las precies?
Waar houdt het alumel en chromel op?

Als dit bijvoorbeeld aan het einde van de zwarte kous is op de foto, dan snap ik niet dat de multimeter de temperatuur van de koelkast goed weergeeft als het geheel in de koelkast ligt en mijn multimeter niet. De warme las en koude las liggen dan immers in de koelkast, geen temperatuurverschil en de multimeter zou dan alleen de temperatuur moeten laten zien welke hij van de rtd/ntc/ptc krijgt, kamertemperatuur dus.

En maakt het dan niet uit dat de overgang van alumel naar koper en chromel naar koper beide een andere spanning geven? Maakt dit niet uit omdat er geen temperatuurverschil is?
Waarom staat er in dat stuk van Jos Verstraten dan dat dit een probleem is en gecompenseerd moet worden?

Bij een thermokoppel zijn de aansluitdraden etc. van hetzelfde materiaal als het koppel.

Jouw meter heeft geen TC ingang. Die gebruikt gewoon de banaanbussen en misschien een interne temp sensor die niet de bussen meet maar de omgeving. Dat is goed genoeg voor DMM gebruik. Maar zelf dat is de vraag bij zo'n low budget meter. Daar zit geen echte cold junction compensation circuit in en er is zelfs kans dat die gewoon van 20 tot 25 graden uitgaan.

Ik snap niet wat je nu niet snapt, in mijn link wordt het toch uitgebreid uitgelegd.
Zo ziet een TC connectie er uit, die meters hebben een CJC circuit .

En dit is het hele principe.

Het TC houdt op bij die platte stekker. Vandaar af is het koper. Omdat de temperatuur van dat koper precies wordt gemeten kan de firmware dat compenseren, (of het wordt zoals vroeger analoog gedaan)

De TC functie van een DMM is net zoiets als de capaciteit meet functie. Het wordt op de "verkeerde manier" gedaan maar voor algemeen gebruik voldoet het meestal wel.

Wil je echt precies weten hoe het werkt, worstel dan hier doorheen. Een stuk over thermometer bouwen met een TC door analoge guru Jim Williams. Hij heeft ooit temperatuur controller gebouwd die binnen iets 1 micrograad constant bleef (uit mijn hoofd, in ieder geval een bizar klein verschil). Was voor iets medisch, zijn eerste publicatie toen hij nog op het MIT werkte.

Een cold junction ontstaat bij elke overgang van een ander materiaal. Bij een echte temperatuurmeting wordt de cold junction box op een bepaalde temperatuur gehouden en daar mee gecompenseerd. Je hebt ook
compensatie stekkers, materiaal zo gekozen dat de afwijking minimaal is. Bij een MM zit dan een speciale adapter stekker. Dit is dan alleen bedoeld voor een type k thermokoppel. Voor een ander type thermokoppel heb je een andere compensatie stekker nodig.

Op 24 december 2023 19:04:19 schreef Fotohuis:
Bij een echte temperatuurmeting wordt de cold junction box op een bepaalde temperatuur gehouden

Volgens mij wordt dat al vrij lang zo niet meer gedaan. Ik heb diverse temperatuur calibrators en meters gerepareerd en ik ben dat daarin nog nooit tegen gekomen. Dat werd destijds op 0 graden gehouden met een ijsbad of dmv een peltier. Maar voor echt precies meten gebruikt men geen TC. Een TC is goedkoop en kan tegen redelijk extreme omstandigheden. Voor precies meten wordt een 4 draad PT100 of PT1000 gebruikt.(RTD) Degene die er meestal bij die calibrators en meters zitten zijn erg prijzig (zitten in mooie houten doosjes en ik denk dat ze een paar honderd euro kosten. Ik heb zelf een 4 draad die rond de 80 euro zat.

Er is nog een verschil tussen CJC dmv het echt meten van de cold junction en het meten van de omgeving. Als jij jou meter in de koelkast legt wordt de lucht 6 graden maar het duurt een tijd voor de bananen en bussen dat zijn. De meter kan dan flink de fout ingaan totdat alles 6 graden is. Bij echte compensatie maakt dat niet uit omdat de sensor de temperatuur van de junctie zelf meet. Maar dat is in een DMM meestal niet mogelijk. Je wilt juist zoveel mogelijk isolatie tussen de bussen ipv samen zo dicht mogelijk bij elkaar maar wel geisoleerd op een blok metaal voor een zelfde temperatuur

Bedankt voor de antwoorden, ik ben weer een verder.
Dus de overgang van het materiaal zit in de gele platte stekker. Dat is dus de cold junction?
Daar ontstaan nieuwe thermokoppels, maar omdat de temperatuur daar zo goed als overal gelijk is wordt hier zo goed als geen spanning opgewekt?
Zit ik nu in de goede richting?

Die (bv gele) stekker gaat in een female connector en die vormen samen de cold junction. De temperatuur daarvan wordt gemeten.
Zo ziet zo'n ding er van binnen uit bij serieuze temperatuur meters: twee van die "blokken" metaal. De stekker wordt in een houder gestoken welke de metalen delen van de stekker op die ronde gevallen drukt. Deze constructie ben ik een paar keer tegen gekomen maar er zijn andere bouwwijzen

[Bericht gewijzigd door fred101 op (10%)]

Voor het meten van hoge temperaturen gebruikt men juist een thermokoppel. Type R en S worden veel gebruikt in halfgeleider ovens, platina dus en erg kostbaar. Daar zitten meerdere junctions op om de hele oven een gelijke temperatuur te geven.