Onderstaande tekst is niet 100% betrouwbaar

H HUU iTII iïü fêubtce/c

Electrische afstandsthermometers (I)

„Door meten tot weten” heeft een beroemd hoogleraar eens gezegd. En al waren deze woorden inde eerste plaats bedoeld voor het wetenschappelijk onderzoek, het behoeft toch nauwelijks vermelding hoe belangrijk ook het meten van temperaturen en de temperatuurscontróle in vele bedrijven is. Aan velen zal het echter onbekend zijn, op welk een doeltreffende wijze

temperatuursmetingen langs ■ electrische weg geschieden. In het volgende willen we iets mededelen over de grondslagen, waarop electrische temperatuurmetingen berusten. Daarbij zal blijken, dat de electrische methoden hun belangrijkheid vooral danken aan de mogelijkheid, om er afstands-temperatuurmetingen mede te verrichten. In hoofdzaak onderscheiden we twee methoden: le. die waarbij' de temperatuur gemeten wordt uit de verandering van de electrische weerstand vaneen geleider, door de invloed van de temperatuurverandering, d.i. de methode met de weerstandsthermometer; 2e. de methode waarbij de van de temperatuur afhankelijke electromotorische kracht vaneen thermoelement als maatstaf voor de temperatuur dient. He weerstandsthermometer berust op öe eigensohap van vele metalen, dat de electrische weerstand ervan toeneemt bij stijgende temperatuur. Deze weerstandstoename is het grootst bij de zuivere metalen; bij de alliages is ze veel kleiner en bij som-

mige alliages zelfs zo klein, dat ze practisch te verwaarlozen is. Van de invloed van de temperatuur op de weerstand kan men een indruk verkrijgen, als we aan de hand van een berekening de grootte van de verandering nagaan. We voeren daartoe inde z.g. temperatuurscoëfficiënt, d.i. het bedrag in ohms waarmede 1 ohm toeneemt voor 1° Celsius temperatuursverhoging. Is deze coëfficiënt voor een bepaald materiaal bekend, dan kunnen we met behulp vaneen formule de weerstand van een geleider voor een zekere temperatuur berekenen als die bij een andere temperatuur bekend is. Noemen wede bekende weerstand bij t, graden C R, en willen we die weten bij t. graden, dan is, als wede temperatuurscoëfficiënt voorstellen door on Rn =R, j 1 -f- a (t2 tl) | De coëfficiënt<->• is voor enige metalen inde tabel aangegeven. aluminium 0,0039 zilver 0,0038 goud 0,0034 zink 0,0037 koper 0,0039 constanlood 0,0043 taan 0,000008 nikkel 0,004 messing 0,002 platina 0,00392 nw. zilver 0.0004 tin , 0,0042 nichroom 0,0004 ijzer 0,0041 Is nu b.v. vaneen spoel, die bewikkeld is met koperdraad, de weerstand bij 15° C gelijk aan 100 ohm, dan is die bij een temperatuur van 40° C gelijk aan: R2 = 1001 + 0,0039 (40—15) ? 109,75 ohm. De weerstand is dus voor een temperatuurtoename van 25° C bijna 10 pet. groter geworden. Omgekeerd kan uit de weerstandsverandering de temperatuur worden afgeleid. Bedraagt b.v. de weerstand vaneen spoel bij 12° C 2,3 ohm en meet men, nadat er enige tijd- een •stroom is doorgevoerd, een weerstand van 2,6 ohm, dan is met dezelfde formule te berekenen, dat de temperatuur van de spoel 45,7° C is. Inde electrotechniek fs deze temperatuurbepaling van spoelen ■ zelfs voorgeschreven, omdat ze veel nauwkeuriger resultaten geeft dan de meting met een kwikthermometer, waarmede mén uit de aard der zaak de temperatuur van de buitenste laag windingen meet, die in het algemeen lager is dan de gemiddelde temperatuur van de wikkeling. Wil men het verschijnsel van de weerstandsvermindering toepassen voor een inrichting om temperaturen te meten, dan zal zulk een inrichting moeten bestaan uit twee organen. Ten eerste, een weerstandselement, dat als temperatuuröpnemer dienst doet en gewoonlijk een weerstandsthermometer wordt genoemd: ten tweede, uiteen electrisch meetinstrument waarmede men de weerstandsveranderingen van de weerstandsthermometer kan constateren, bij voorkeur zó, dat de temperatuur direct afleesbaar is. Een weerstandsthermometer bestaat uiteen weerstandselementje van nikkel- of platinadraad van b.v. 100 ohm weerstand, dat op een spoeldragertje van porcelein of kwartsglas gewikkeld is. De afmetingen kunnen vrij klein zijn, b.v.150 mm lang en 10 mm middellijn. Het spoeltje wordt dooreen beschermingshuls omgeven, die afhankelijk van de aard en de druk van de vloeistof of gas waarin de thermometer wordt geplaatst, vervaardigd is van messing, nikkel, lood, chroomnikkelstaal of een ander, voor het doel corrosievest materiaal. De lengte van de huls en de verdere montering van de thermometer kunnen eveneens aangepast wordén aan

het doel waarvoor de thermometer zal dienen. Fig. 1 geeft een gedeeltelijke doorsnede vaneen weerstandsthermometer te zien. De einden van hét weerstandselementje zijn door draden van constantaan waarvan zoals-, we uit de tabel kunnen zien, de temperatuurscoëfficiënt te verwaarlozen klein is verbonden met de aansluitklemmen welke bevestigd zijn op een blokje steatiet. Het geheel is dooreen metalen kap afge- • dekt. Als electrisch meetinstrument wordt door sommige fabrikanten, o.a. de bekende firma Hartmann & Braun, een kruisSpoelinstrument gebruikt. Dit instrument, waarvan men de hoofdzaken in fig. 2 geschetst vindt, bezit een dubbelspoel, bestaande uit twee gekruiste spoelen, die op een gemeenschappelijke as bevestigd zijn en in het veld vaneen permanente magneet kunnen draaien. De spoelen worden door soepele metaalbandjes verbonden met de aansluitklemmen. Zolang de spoelen stroomloos zijn, is de dubbelspoel in elke stand in evenwicht, want in tegenstelling met de gewone dtaaispoelinstrumenten zijn er geen spiraalveren om de dubbelspoel een vaste stand te geven, De poolschoenen van de permanente magneet zijn cilindrisch uitgedraaid. De daarbinnen geplaatste ijzeren kern heeft een elliptische doorsnede, waarmede bereikt wordt, dat het magnetisch veld het sterkst is voor het midden van dè polen en naar de poolkanten in sterkte afneemt. Aan de hand van het schema in fig. 3, kunnen wede werking wan het instrument nagaan. Beide spoelen . zijn aangesloten op een gemeenschappelijke batterij. Inde kringloop van de ene spoel is een vaste weerstand geschakeld. Deze weerstand is vaneen materiaal, dat door de temperatuur wordt beïnvloed, b.v. van constantaan. Inde kringloop van de andere spoel wordt de weerstandsthermometer geschakeld. Men kan de vaste weerstand nu zo groot kiezen, dat ze gelijk is aan die van de weerstandsthermometer bij o°. In verband met de schakeling gaat dan door beide spoelen een even sterke stroom. De stroomrichtingen inde spoelen kunnen zo gemaakt worden, dat de koppels, die het veld van de permanente magneet op de spoelen uitoefent, tegengesteld zijn. De ene spoel zal dus rechtsom, de andere linksom willen draaien. Daar ze echter op een gemeenschappelijke as zitten, zal de dubbelspoel zich in het veld van de permanente magneet zo instellen, dat de koppels gelijk zijn. Deze mogelijkheid is door de ongelijke sterkte van het veld langs de poolomtrek verkregen. Bevindt zich n.l, de ene spoel op het ogenblik dat de stroom gesloten wordt, in het sterkste deel van het veld, dan is de andere spoel ineen zwak gedeelte van het veld. Op de eerste werkt dus eery groter koppel dan op de andere.

Het gevolg hiervan is, dat de dubbel – spoel zich zal Daardoor komt de eerste spoel ineen zwakker en de tweede ineen sterker yeldgedeelte, zodat bij een bepaalde draaiingshoek weer evenwicht tussen de spoelkoppels ontstaat. Zijnde stromen, zoals aangenomen is bij 0“ C gelijk, dan zullen de spoelen t.o.v. de polen. een symmetrische stand innemen. Verandert nu door de temperatuur de weerstand van de weerstandsthermómetér, dan vermindert de stroom inde spoelkring waarin de thermometer opgenomen is, met als gevolg een verstoring van het evenwicht tussen de koppels op de spoelen. De dubbelspoel zoekt nu weer een stand in te nemen waarbij het evenwicht hersteld wordt. De hoek die de dubbelspoel daarbij draait en dooreen wijzer op een verdeelde schaal wordt aangegeven, is een maat voor de stroomafname. Daar deze afname een gevolg is van de weerstandstoename door de temperatuur, kan de draaiingshoek als maat voor de temperatuur dienen en de schaal in graden C. worden geijkt. Voor de werking is het onverschillig hoé groot de afstand tussen de weerstandsthermometer en het meetinstrument is. De weerstand van de

verbindingsleidingen tussen de twee organen speelt geen rol van betekenis omdat de weerstand van de thermometer en de vaste weerstand groot zijp t.o.v. de weerstand van de verbindingsleidingen. Ook is de aanwijzing onafhankelijk van de spanning van de batterij. Deze spanning, die ongeveer 8 volt bedraagt, kan men ook ontnemen aan een kleine transformator met droge gelijkrichter. Verder kan een zelfde meetinstrument dooreen omschakelaar dienstbaar gemaakt worden voor verschillende weerstandsthermometers. Het temperatuurgebied, waarvoor men de weerstandsthermometer kan toepassen, loopt van ongeveer —lBo° tot '4- 550° C. Ze kunnen dus voor allerlei, doeleinden worden gebruikt, b.v. voor het meten van grond- en buitenluchttemperaturen, voor koelhuizen, in vloeistofleidingen, kolenbunkers, graansilo’s e.d. Ook worden ze bij de fabricage van grote electrische machines aangebracht op plaatsen, die later niet meer toegankelijk zijn en waar men in het bedrijf de hoogste temperaturen kan verwachten, b.v. inde. gleuven van het blikpakket van de stator; men noemt ze dan temperatuurdetectoren. Behalve inde besproken schakeling, fcan de weerstandsthermometer ook worden opgenomen ineen z.g. brugschakeling, waarbij een galvanometer als afleesinstrument toegepast wordt. Deze schakeling hopen we ineen volgend artikel te behandelen. v.d. Z.

Sluiten