Er zijn vele redenen voor het gebruik van elektrische thermometers met korte responstijden: optimalisering van de efficiency, efficiënter gebruik van het werkbereik van een proces, het voorkomen van thermische overbelasting van het procesmedium. Maar hoe worden de responstijden gemeten, wat is de maatgevende basis hiervoor en met welke behoeften moet rekening worden gehouden?
Het figuur toont een thermometer (rood) die te traag is
Speciaal ontworpen thermometers zorgen ervoor dat de gemeten temperatuur niet achterloopt op de actuele procestemperatuur. In het figuur rechts komt bijvoorbeeld de blauwe lijn overeen met de procestemperatuur. De rode lijn laat daarentegen de temperatuurmeting zien die door de elektrische thermometer werd doorgegeven.
Optimaal ontwerp in een “snelle” weerstandsthermometer of thermokoppel is essentieel voor een snelle responstijd. Het is tevens van belang de warmteafvoer die altijd aanwezig is te beperken.
Bepalen van de responstijden
Dit leidt tot de vraag hoe de responstijden van elektrische thermometers worden gemeten en op welke maatgevende basis dit plaatsvindt.
Diverse standaarden en richtlijnen vormen de basis voor de meting:
- VDI/VDE 3522 blad 1: Dynamisch gedrag van contactthermometers – Principes en karakteristieke waarden
- VDI/VDE 3522 blad 2: Dynamisch gedrag van contactthermometers – Experimentele bepaling van tijdspercentagewaarden
- IEC 60751: Industriële platinum weerstandsthermometers en platinum temperatuursensoren (Definitie van thermische responstijd – Specificatie van meetparameters)
In de delen van de wereld gedomineerd door Noord-Amerika vormen ASTM E644-11 “Standard Test Methods for Testing Industrial Resistance Thermometers” en ASTM E839-11 “Standard Test Methods for Sheathed Thermocouples and Sheathed Thermocouple Cable” daarentegen de basis van metingen en hun meetmethoden.
Algemeen verschil tussen meting in water en in lucht:
Deel van diagram ‘Responstijden’
De meting van de responstijd in lucht is feitelijk gelijk aan die in water. Hier wordt ook een stapwijziging in temperatuur (van T1 naar T2) gegenereerd en wordt de tijdsvertraging gemeten. De fysieke randvoorwaarden – zoals de warmteoverdrachtsweerstand van lucht naar metaal, of de specifieke warmtecapaciteit van lucht – zijn anders dan die van water. De responstijden in lucht – gemeten met dezelfde thermometer – zijn daarom over het algemeen langer dan in vloeistoffen.
Belangrijke drempelwaarden zijn de temperatuurpercentagewaarden 50 % (t0,5), 63 % (t0,63) en 90 % (t0,9). Deze waarden geven de tijd aan waarna het testobject zich respectievelijk 50 %, 63 % of 90 % heeft aangepast aan de water- of luchttemperatuur. De waarde voor 100 % is echter niet bepaald. Als gevolg van warmteafvoerende effecten kan dit in praktische termen nooit worden bereikt.
Waterbad met uniforme, laminaire stroming
- Meting van de responstijd in water
Een pomp brengt gelijkmatig verwarmd water in een uniforme, laminaire stroming. Het temperatuurgevoelige deel van het testobject wordt heel snel door een verplaatsbaar apparaat (stapwijziging in temperatuur) van de zone van omgevingstemperatuur (T1) verplaatst naar de zone van watertemperatuur (T2).
Grafische weergave van de staprespons
De tijdsvertraging (de responstijd) tot het testobject de (bekende) watertemperatuur heeft bereikt wordt bepaald en dienovereenkomstig vastgelegd (staprespons).
Parameters om medium te meten, water (IEC 60751):
- Stroomsnelheid vmin: 0,3 m/s ± 0,1 m/s
- Stapwijziging in temperatuur: 10 … 30 K
- Meten van de responstijd in lucht
Instrument voor het meten van de responstijden in lucht
Een ventilator brengt gelijkmatig verwarmde lucht (T1) in een uniforme (laminaire) stroming. Het testobject wordt in een klem in de luchtstroom gemonteerd. Tenslotte genereert een elektrisch warmtenet abrupt een hogere temperatuur (T2) voor de luchtstroom.
Parameters om medium te meten, lucht (IEC 60751):
- Stroomsnelheid vmin: : 3 m/s ± 0,3 m/s
- Stapwijziging in temperatuur: 10 … 30 K
Opm.
Nadere informatie over onze weerstandsthermometers en thermokoppels staat vermeld op de WIKA-website. Wilt u weerstandsthermometers of thermokoppels aanschaffen? IIn de webshop van WIKA vindt u enkele van onze standaardversies. IHebt u verder nog vragen, dan helpt contact u graag verder.
Lees tevens onze artikelen
Temperatuur – wat is dat nu eigenlijk?
Warmteafvoer