Temperatuurmeter

Een temperatuurmeter met analoge weergave kan een zeer eenvoudige constructie hebben. Vrijwel iedereen kent de vloeistofthermometers die worden gebruikt voor het meten van de buitentemperatuur, de kamertemperatuur, de lichaamstemperatuur of de temperatuur van badwater. Een dergelijke temperatuurmeter werkt zonder batterijen en geeft de temperatuur weer op een schaalverdeling. Wanneer de temperatuur stijgt, zet de vloeistof uit en stijgt deze in de meetbuis tot de markering die overeenkomt met de hogere temperatuur. Daalt de temperatuur, dan zakt de vloeistof weer naar een lagere positie op de schaalverdeling.
Een andere analoge temperatuurmeter maakt gebruik van de verschillende thermische uitzetting van twee metalen. Bij een temperatuurverandering zetten deze metalen in verschillende mate uit, waardoor de bimetaalstrip buigt. Deze vervorming zorgt ervoor dat de wijzer van de analoge meter van positie verandert.

Bij een digitale temperatuurmeter kunnen de temperatuurmeting en de weergave van de meetwaarde op verschillende locaties plaatsvinden. De meetgegevens kunnen eenvoudig worden opgeslagen en verder worden verwerkt. Er zijn veel digitale thermometers waarbij verschillende temperatuursensoren op hetzelfde displayapparaat kunnen worden aangesloten. Geïntegreerde infraroodsensoren kunnen doorgaans niet worden vervangen. . Een temperatuurmeter met een dergelijke sensor kan echter ook beschikken over een extra interne sensor voor de luchttemperatuur en een of meerdere aansluitingen voor andere temperatuursensoren. De sensoren kunnen verschillen in meetbereik, afmetingen, vorm en meetprincipe. Veelgebruikte sensortypen zijn thermokoppels en platinaweerstandssensoren, met name Pt100- en Pt1000-sensoren. Door de sensor te vervangen, kunnen met dezelfde temperatuurmeter uiteenlopende meetlocaties worden gecontroleerd.
Een temperatuur datalogger is altijd een digitaal meetinstrument. Via het apparaatmenu of de bijbehorende computersoftware wordt het opslaginterval ingesteld. Na afloop van de meetperiode kunnen de opgeslagen gegevens worden uitgelezen. Sommige dataloggers voor langdurige metingen beschikken over analoge ingangen en kunnen zo worden ingesteld dat de gegevensregistratie pas begint of eindigt wanneer een vooraf bepaalde grenswaarde wordt bereikt. De software die bij de temperatuurmeter wordt geleverd, biedt vaak verschillende mogelijkheden om de meetgegevens grafisch of in tabelvorm weer te geven.

Een meerkanaals temperatuurmeter kan de gegevens van meerdere sensoren tegelijkertijd weergeven en opslaan. De aansluitingen op het displayapparaat kunnen geschikt zijn voor temperatuursensoren van hetzelfde type of voor verschillende sensortypen. Met een meerkanaals temperatuurmeter kunnen temperaturen op meerdere plaatsen binnen een proces gelijktijdig worden gemeten en geanalyseerd.

Infraroodtemperatuursensoren
Een temperatuurmeter met infraroodtemperatuursensor kan oppervlaktetemperaturen meten zonder direct contact met het meetobject. De infraroodsensor registreert de infraroodstraling die door het object wordt uitgezonden en bepaalt op basis daarvan de temperatuur. Een infrarood thermometer is daardoor bijzonder geschikt voor contactloze temperatuurmetingen. De sensoren kunnen worden afgestemd op verschillende toepassingen en verschillen onder andere in meetbereik en meetvlekverhouding. Deze verhouding geeft aan hoe groot de gemeten oppervlakte is ten opzichte van de afstand tussen de sensor en het meetobject. Bij een meetvlekverhouding van 15:1 heeft de meetvlek op een afstand van 45 centimeter een diameter van 3 centimeter. Bij een verhouding van 60:1 kan op een afstand van 60 centimeter de temperatuur van een oppervlak met een diameter van slechts 1 centimeter worden gemeten.

Weerstandstemperatuurvoelers van platina of nikkel
Bij veel elektrisch geleidende materialen verandert de elektrische weerstand wanneer de temperatuur verandert. Een digitale temperatuurmeter kan deze weerstand meten en op basis daarvan de temperatuur bepalen. Als weerstandstemperatuurvoelers, ook wel RTD-sensoren (Resistance Temperature Detectors) genoemd, worden vaak elementen van platina of nikkel gebruikt. Wanneer de temperatuur stijgt, neemt de elektrische weerstand van deze materialen toe en daalt de elektrische geleidbaarheid. Platina vertoont over een groot temperatuurbereik een gelijkmatige verandering van de weerstand. Hierdoor kunnen platinasensoren worden toegepast voor temperaturen van ongeveer -200 tot 1000 °C, afhankelijk van de uitvoering. Nikkelsensoren vertonen daarentegen slechts binnen een beperkter bereik, van ongeveer -60 tot 300 °C, een vrijwel lineaire toename van de weerstand. Nikkelsensoren hebben echter een hogere gevoeligheid. Bij hetzelfde temperatuurverschil vertonen zij een grotere weerstandsverandering dan platina. In de typeaanduiding van de sensor worden zowel het materiaal als de nominale weerstand bij 0 °C vermeld. Een Ni500 is bijvoorbeeld een nikkelweerstandssensor met een nominale weerstand van 500 ohm. Een Pt1000 is een platinaweerstandssensor met een nominale weerstand van 1000 ohm. Om meetfouten door de invloed van lange aansluitkabels te beperken, zijn weerstandssensoren ook verkrijgbaar met drie- en vierdraadstechniek.

Thermistoren – halfgeleidersensoren voor temperatuurmetingen
Thermistoren zijn temperatuursensoren op basis van halfgeleidermaterialen die onder bepaalde omstandigheden elektrisch geleidend zijn. Er wordt onderscheid gemaakt tussen NTC-thermistoren met een negatieve temperatuurcoëfficiënt en PTC-thermistoren met een positieve temperatuurcoëfficiënt. Bij NTC-thermistoren daalt de weerstand wanneer de temperatuur stijgt. Deze sensoren geleiden elektriciteit dus beter bij hogere temperaturen en worden daarom ook wel heetgeleiders genoemd. PTC-thermistoren geleiden juist beter bij lagere temperaturen. Ze worden koudgeleiders genoemd, omdat hun weerstand bij een stijgende temperatuur toeneemt. Beide soorten halfgeleidersensoren kunnen in een digitale temperatuurmeter worden toegepast voor temperaturen tot ongeveer 250 °C, afhankelijk van het sensortype. Thermistoren kunnen daarnaast worden gebruikt als elektronische component voor automatische stroombegrenzing in elektrisch aangedreven machines. NTC-thermistoren worden bijvoorbeeld toegepast om de inschakelstroom bij het starten van machines te beperken. PTC-thermistoren kunnen dienen als overbelastingsbeveiliging, waarbij de stroom bij een te sterke temperatuurstijging wordt verminderd of onderbroken.

Thermoelemente zur Temperaturmessung
Thermokoppels bestaan uit twee draden van verschillende metalen die aan één uiteinde met elkaar zijn verbonden. Wanneer de niet-verbonden uiteinden een andere temperatuur hebben dan de verbindingsplaats, ontstaat tussen de draden een meetbaar spanningsverschil. Om op basis van dit spanningsverschil de temperatuur van de verbindingsplaats te bepalen, moet de temperatuur aan de referentiezijde bekend zijn. Er zijn meer dan 300 materiaalcombinaties bekend waarmee temperatuurmetingen met thermokoppels kunnen worden uitgevoerd. Sommige daarvan zijn geschikt voor industriële toepassingen en zijn gestandaardiseerd volgens DIN EN 60584. De thermospanning van deze materiaalcombinaties varieert aanzienlijk, van 5 tot 100 mV/°C. Om het gebruik van thermokoppels te vereenvoudigen, zijn verschillende typen gedefinieerd op basis van hun eigenschappen. Veelvoorkomende uitvoeringen zijn de typen T, E, J, K en N. Daarnaast bestaan de typen S, R, B, C en A voor bijzonder hoge temperaturen, waaronder toepassingen boven 1000 °C. Een temperatuurmeter moet de gemeten spanning verwerken aan de hand van de karakteristieke curve van het gebruikte thermokoppel. Wanneer een temperatuurmeter beschikt over aansluitingen voor gestandaardiseerde thermokoppelstekkers, kunnen de bijbehorende thermokoppels rechtstreeks worden aangesloten en gebruikt. Als er compensatiekabels nodig zijn om de meetlocatie te bereiken, moeten deze geschikt zijn voor het betreffende thermokoppeltype.

Temperatuurmeter voor woon- en werkruimtes
Voor woon- en werkruimtes gelden bepaalde eisen aan de minimale temperatuur. Deze zijn niet alleen bedoeld om het comfort van gebruikers te waarborgen, maar ook om vochtschade te voorkomen. Vochtschade kan ontstaan wanneer warme lucht in aanraking komt met koude oppervlakken, daar afkoelt en een deel van de aanwezige waterdamp condenseert. Naast de luchttemperatuur spelen ook de oppervlaktetemperaturen van wanden en andere bouwdelen en de relatieve luchtvochtigheid een belangrijke rol bij de ervaren temperatuur. Wanneer een temperatuurmeter ook beschikt over een sensor voor de relatieve luchtvochtigheid, wordt deze een thermohygrometer genoemd. Aan de hand van de temperatuur en relatieve luchtvochtigheid kan het dauwpunt worden bepaald. Dit is de temperatuur waarbij de lucht verzadigd raakt met waterdamp. Wanneer de temperatuur verder daalt, condenseert een deel van de waterdamp tot vloeibaar water. Veel thermohygrometers kunnen het dauwpunt rechtstreeks op het display weergeven.

Wanneer een temperatuurmeter over een extra sensor voor oppervlaktetemperaturen beschikt, kunnen de temperaturen van bouwdelen met constructieve of geometrische koudebruggen eenvoudig worden gemeten en vergeleken met de weergegeven dauwpunttemperatuur. Een temperatuurmeter met infraroodsensor is hiervoor bijzonder praktisch, omdat oppervlaktetemperaturen snel en contactloos kunnen worden gemeten, ook vanaf grotere afstanden. Wanneer uitsluitend de kamertemperatuur moet worden gecontroleerd, kan een eenvoudig tafel- of wandmodel worden gebruikt dat direct door de aanwezige personen kan worden afgelezen. Wanneer de temperatuur buiten het gewenste bereik valt, kan afhankelijk van de situatie worden geventileerd, verwarmd of gekoeld. Als de temperatuur en eventueel ook de luchtvochtigheid gedurende langere perioden moeten worden bewaakt en geanalyseerd, worden instrumenten gebruikt die de meetgegevens met vaste tussenpozen opslaan.
Temperatuurmeter voor opslagruimtes en transport
Voor de houdbaarheid van veel levensmiddelen en diverse andere materialen is het aanhouden van bepaalde temperaturen van groot belang. Voedselopslagruimtes en vooral koelruimtes waarin waardevolle, bederfelijke producten worden bewaard, moeten daarom goed worden bewaakt. Bij een ongeoorloofde temperatuurstijging moet tijdig kunnen worden ingegrepen om kwaliteitsverlies of bederf te voorkomen. Hiervoor kan bijvoorbeeld een temperatuurmeter worden gebruikt die bij het bereiken van een ingestelde kritische temperatuur een optisch of akoestisch alarmsignaal afgeeft. Ook zijn er uitvoeringen die de meetgegevens naar een centraal controlesysteem verzenden.

Om aan te tonen dat tijdens het transport van goederen de voorgeschreven temperaturen zijn aangehouden, zijn dataloggers bijzonder geschikt. Een temperatuur datalogger meet en registreert de temperatuur met vooraf ingestelde tussenpozen. Dit meetinstrument kan onopvallend tussen de goederen of zelfs in de buitenverpakking worden geplaatst. Wanneer de temperatuur tijdens het transport niet voortdurend is gecontroleerd, kan deze in ieder geval bij levering worden gemeten. Hiervoor kunnen geschikte insteekthermometers worden gebruikt om de kerntemperatuur van verschillende steekproeven te bepalen.

Temperatuurmetingen bij processen met warmtetoevoer
Bij de productie van veel goederen is het noodzakelijk om gedurende een bepaalde periode een vastgestelde temperatuur aan te houden. Met een industriële temperatuurmeter kan worden gecontroleerd of aan deze eisen wordt voldaan. Dit is bijvoorbeeld belangrijk bij de productie van yoghurt, het homogeniseren van producten, het bereiden van voedingsmiddelen, het drogen van gevoelige materialen en het steriliseren of bestrijden van ongedierte met behulp van warmte. Wanneer een temperatuurmeter ingestelde grenswaarden als stuursignaal kan doorgeven, kan hiermee de proceswarmte worden geregeld. Zodra de minimale of maximale temperatuur wordt bereikt, kan de warmtetoevoer automatisch worden verhoogd of verlaagd.