Bij het meten van temperatuur wordt meestal gebruik gemaakt van 2 types sensoren: thermokoppels en PT100 RTDs. Deze pagina geeft meer gedetailleerde informatie over:
- historie van temperatuurmeting en de eerste goede thermometer gemaakt door Fahrenheit
- thermokoppel (spanningsmeting):
- werkingsprincipe van thermokoppels
- correct aansluiten van thermokoppels (thermokoppelkabel, compensatiekabel, thermokoppelstekkers)
- veel gemaakte fouten met thermkoppels
- Pt100 weerstand thermometer (RTD) en SPRT (standaard platina weerstand thermometers voor kalibratiedoeleinden)
- meetprincipes en correct aansluiten van Pt100 sensoren (2-, 3- of 4-draads)
- verschillen tussen thermokoppels en Pt100/SPRT sensoren
- nauwkeurigheidsklassen van thermokoppels en Pt100/SPRT sensoren
Historie van temperatuur meting
Subjectief temperatuur meten
Binnen een redelijk temperatuurbereik kunnen we een ruwe schatting maken van hoe warm iets is door het aan te raken. Maar dit kan onbetrouwbaar zijn: als je één hand in koud water steekt, één in warm water, en ze vervolgens allebei in lauw water dompelt, zal de ene hand aangeven dat het heet is, terwijl de andere koud aanvoelt.
Bij iets dat te heet is om aan te raken, kunnen we vaak een indruk krijgen van hoe warm het is door dichterbij te komen en de stralingswarmte te voelen.
Als de temperatuur voldoende stijgt, begint het te gloeien en kunnen we zien dat het heet is!
Het probleem met deze subjectieve warmtebeleving is dat ze mogelijk niet voor iedereen hetzelfde is. Als onze handen het niet eens kunnen worden over de vraag of water warm of koud is, hoe groot is dan de kans dat een groep mensen een uniforme standaard kan vaststellen?
We moeten een apparaat ontwikkelen dat op een eenvoudige, meetbare manier op temperatuur reageert – we hebben een thermometer nodig.
Temperatuur verschillen zien: Philo van Byzantium (Alexandrië, klassieke oudheid)
Eén van de eerst gedocumenteerde temperatuur meting experimenten is de thermoscoop van de Griekse ingenieur Philo van Byzantium (ca. 280-220 voor Christus)
Hij nam een holle loden bol die met een hermetische afdichting aan het ene uiteinde van een pijp was bevestigd. Het andere uiteinde van de pijp bevond zich onder water in een ander vat.
Om Philo te citeren:
- als je de bol aan de Zon blootstelt, zal een deel van de lucht die in de buis zit eruit stromen wanneer de bol heet wordt. Dit is te zien aan het feit dat de lucht uit de buis in het water zakt, het in beweging brengt en een reeks belletjes produceert.
- Als de bol nu weer in de schaduw wordt gelegd, dat wil zeggen waar de zonnestralen hem niet bereiken, zal het water stijgen en door de buis stromen.
- Hoe vaak je de handeling ook herhaalt, hetzelfde zal gebeuren.
- Sterker nog, als je de bol met vuur verwarmt, of er zelfs heet water overheen giet, zal het resultaat hetzelfde zijn.
Merk op dat Philo deed wat een echte onderzoekswetenschapper zou moeten doen: hij controleerde of het experiment reproduceerbaar was en hij stelde vast dat de uitzetting van de lucht een reactie was op de hitte die op de bol werd toegepast en onafhankelijk was van de bron van de hitte.
De eerste thermometer: Galileo Galileï (Italië, renaissance)
In Noordoost-Italië werd de thermometer uiterlijk in 1612 uitgevonden door Santorio Santorre of Galileo Galilei in Padua of Venetië.
Uit dat jaar zijn er brieven tussen Sagredo en Galileo waarin over thermometers wordt gesproken. Sagredo geeft Santorio aanvankelijk de eer, maar Galileo corrigeert hem en beweert hem zelf te hebben uitgevonden. Latere Italiaanse wetenschappers beschouwen Galileo als de uitvinder van de thermometer.
In datzelfde jaar publiceerde Santorio een boek met de titel Commentaren op Galenus, waarin een thermometer en het gebruik ervan in de geneeskunde worden beschreven. Santorio noemt Hero als zijn inspiratiebron voor dit apparaat.
Het Italiaanse verhaal wordt nog ingewikkelder door een boek dat Telioux in 1611 in Rome schreef. Zijn beschrijving van hoe het werkt is volslagen onzin en het beeld dat hij schetst, kon niet worden gereconstrueerd. Hoewel dit eerder is, heeft hij het duidelijk niet zelf bedacht.
Aangezien Telioux vanuit Rome schreef, moeten thermometers zich toen al over Noord-Italië verspreid hebben. W.E. Knowles Middleton, de schrijver van het boek A HISTORY OF THE THERMOMETER AND ITS USE IN METEOROLOGY (1966) denkt dat de thermometer hoogstwaarschijnlijk in de jaren 1590 of 1600 werd uitgevonden, toen Santorio en Galileo samen aan de Universiteit van Padua studeerden. Omdat Telioux’ diagram echter aanzienlijk verschilt van de thermometers uit Padua, is het mogelijk dat het een ruwe weergave is van een andere, onafhankelijke uitvinding uit Midden-Italië.
(links) Santorio’s thermometer:
- De bovenste bol zit vol lucht
- Het onderste deel van de buis bevat gekleurd water
- Het bredere deel, onderaan, is verbonden met het water in de buis en staat in verbinding met de lucht
- De thermometer heeft geen ingebouwde schaalverdeling, dus werden er touwtjes gebruikt om de verschillende waarden aan te geven.
(rechts) Telioux’ tekening van een thermometer:
- bestaat uit twee in elkaar geplaatste kolven met lange hals. Merk op dat je deze twee kolven niet op deze manier op elkaar kunt aansluiten, omdat beide een uitlopende punt hebben.
- De bovenste kolf bevat lucht
- De onderste kolf bevat water.
- Er is duidelijk een schaalverdeling om het waterniveau tussen de twee kolven te meten
Galileo's thermometer experiment
In een brief aan Ferdinando Cesarini (ca. 1606-1646) van 20 september 1638 beschreef Benedetto Castelli (1577/8-1643) het gebruik van de thermoscoop: “Ik herinner me een experiment dat onze meester Galileo me meer dan vijfendertig jaar geleden liet zien”:
- Hij nam een glazen fles ter grootte van een klein kippenei, met een hals die twee handpalmen lang was en zo dun als een gerst stengel
- Hij verwarmde de fles met zijn handpalmen en draaide de opening ervan vervolgens om in een vat dat eronder stond, waarin zich een beetje water bevond
- Toen hij het vat losliet van de warmte van zijn handen, begon het water plotseling langs de hals omhoog te klimmen en steeg het tot meer dan een handpalm boven het waterniveau in de vaas.
Galileo maakte gebruik van dit effect om een instrument te maken waarmee de mate van warmte en koude kon worden geschat.”
Schaalverdeling
Later plaatste Galileo of zijn collega Santorio Santorio een papieren schaal naast de buis om veranderingen in het waterpeil af te kunnen lezen. Dit maakte het zeker tot een thermometer, maar wie het als eerste bedacht heeft, is niet duidelijk (daarover hadden ze onderling een meningsverschil).
Eigenlijk is dit type thermometer, een lucht-thermometer.
Probleem: de lucht-thermometer is ook een barometer
Afgezien van het feit dat je af en toe steeds wat water toe moest voegen, vroeg men zich af waarom deze lucht-thermometer niet goed zou zijn voor de registratie van dagelijkse veranderingen in temperatuur.
Het antwoord daarop luidt: omdat het ook een barometer is! Maar, Galileo wist niet dat er zoiets bestond als de atmosferische luchtdruk.
Torricelli, een van Galileo’s leerlingen, was de eerste die kort na Galileo’s dood besefte dat de werkelijke drijvende kracht achter zuiging de externe atmosferische druk was, een bevredigende mechanische verklaring in tegenstelling tot de filosofische theorie dat “de natuur een afkeer heeft van een vacuüm”.
In de jaren 1640 wees Pascal erop dat de variabiliteit van de atmosferische druk de lucht-thermometer onbetrouwbaar maakte.
Oplossing: de eerste verzegelde thermometer met vloeistof in glas: Florentijnse thermometer
Daarna begonnen de eerste experimenten met thermometers met een vloeistof in glas om zo de gevoeligheid voor de luchtdruk uit te sluiten.
De eerste verzegelde thermometer met vloeistof in glas werd in 1654 geproduceerd door een particuliere academie van wetenschappers, van wie velen voormalige studenten van Galileo waren, onder de sponsoring en actieve steun van groothertog van Toscane, Ferdinand II (1610-1670). Dit werd de zogenaamde Florentijnse thermometer genoemd.
Florentijnse thermometers waren verzegelde glazen buisjes met een alcoholvulling (wijnlikeur). Ze waren de eerste thermometers die niet tevens barometers waren en dus niet beïnvloed werden door de luchtdruk.
Hoewel dit een belangrijke ontwikkeling was, was de Florentijnse thermometer onnauwkeurig en bestond er geen gestandaardiseerde schaalverdeling (de schalen tussen thermometers onderling verschilde):
- het laagste punt was de koudste dag in Florence gedurende het jaar dat een bepaald instrument werd vervaardigd
- het hoogste punt was de warmste dag van dat jaar
Hierdoor verschilden de meetresultaten tussen de Florentijnse thermometers onderling.
Vanaf deze tijd werden de eerste meteorologische gegevens bijgehouden.
Uniformiteit in temperatuur meting: Newton
Het eerste systematische verslag van een reeks verschillende temperaturen, “Degrees of Heat”, oftewel de “Newton Scale”, werd geschreven door Newton, maar anoniem gepubliceerd in 1701. Vermoedelijk vond hij dat dit project niet zo belangrijk was als sommige van zijn andere prestaties.
Door het vriespunt van water op nul te stellen, ontdekte Newton dat de temperatuur van kokend water bijna drie keer zo hoog was als die van het menselijk lichaam, en dat het smelten van lood acht keer zo hoog (eigenlijk 327 °C, terwijl 8 x 37 = 296 °C, dus dat is behoorlijk goed!). Maar voor hogere temperaturen, zoals die van een houtvuur, onderschatte hij de waarden aanzienlijk.
Hij gebruikte vloeibare lijnzaadolie in een glazen thermometer tot het smeltpunt van tin (232 °C). (Lijnolie kookt pas bij 343 °C, maar dat is ook de zelfontbrandingstemperatuur!)
Newton probeerde de hogere temperaturen indirect te schatten. Hij verhitte een stuk ijzer in een vuur en liet het vervolgens afkoelen in een constante bries. Hij ontdekte dat, tenminste bij de lagere temperaturen die hij met zijn thermometer kon controleren, de temperatuur daalde in een geometrische reeks. Dat wil zeggen, als het vijf minuten duurde om te dalen van 80° boven de luchttemperatuur naar 40° boven de luchttemperatuur, duurde het nog eens vijf minuten om te dalen tot 20° boven de luchttemperatuur, nog eens vijf minuten om te dalen tot 10° boven de luchttemperatuur, enzovoort.
Hij nam vervolgens aan dat ditzelfde patroon van temperatuurdaling ook gold bij de hoge temperaturen buiten het bereik van zijn thermometer, en schatte zo de temperatuur van het vuur en van het gloeiend gloeiende ijzer. Dit was niet erg nauwkeurig: hij (onder)schatte de temperatuur van het vuur op ongeveer 600°C.
De eerste goede thermometer en temperatuur schaal: Daniel Gabriel Fahrenheit
De eerste echt goede thermometer, met kwik dat vanuit een bol in een capillair uitdijde, werden begin jaren 1720 in Amsterdam door de in Gdansk Polen geboren, Duitse natuurkundige, uitvinder en instrumentmaker Daniel Gabriel Fahrenheit gemaakt.
Het leven van Daniel Gabriel Fahrenheit (Gdansk, 24 mei 1686 – Den Haag, 16 september 1736) is zo opmerkelijk, we gaan er daarom wat meer op in.
Een roerige jeugd
De jonge Fahrenheit had een roerige delinquente jeugd. Hij was al jong zijn ouders verloren die in 1701 waren gestorven door het eten van giftige paddestoelen. Hij moest van zijn door de overheid in Gdansk aangestelde voogden in de voetsporen van zijn zeer welgestelde vader treden en ook de handel gaan.
Daniel was een uitstekende student met een bijzondere interesse in wetenschap; hij had absoluut geen zin om de handel in te gaan. In 1702 werd hij tegen zijn wil in de leer gedaan bij Herman van Beuningen, een lid van een vooraanstaande Nederlandse koopmansfamilie, en naar Amsterdam gestuurd om boekhouden en handel te leren.
Fahrenheits eerste contact met Florentijnse thermometers
Tijdens zijn studie maakte de jonge Fahrenheit voor het eerst kennis met de, in Europa zeer gewilde, Florentijnse thermometers.
Het grote probleem met de Florentijnse thermometers was echter de sterk variërende schalen, hierdoor konden metingen tussen thermometers onderling niet goed met elkaar worden vergeleken.
Fahrenheit begon tijdens de laatste jaren van zijn studie te gaan experimenteren om zo een betere thermometer te gaan maken.
Een betere thermometer
Fahrenheits doel was om een thermometer te creëren met de volgende eigenschappen:
- gemakkelijker te produceren
- eenvoudig te ijken
- betrouwbaarder
- nauwkeuriger
- hoge reproduceerbaarheid
Fahrenheits eerste thermometers: 1705-1706
Zijn eerste thermometers gebruikten net als alle andere thermometers uit die tijd alcohol destillaten van wijn.
In 1706 begon hij thermometers te produceren en verzenden welke voorzien waren van een Florentijnse temperatuurschaal.
Cruquius en Fahrenheit: 1705
Waterbouwkundige Nicolaus Cruquius was de eerste die de Fahrenheit thermometer gebruikte voor meteorologische waarnemingen. Zijn meetreeks begon eind 1705 in Delft, waardoor Nederland over drie eeuwen temperatuurmetingen beschikt.
Arrestatiebevel en verzoek tot deportatie naar Oost-Indië: 1707
Volgens een brief die zijn voogden in 1706 aan de burgemeester van Gdansk stuurden, raakte Daniel in de problemen zodra hij voet aan wal zette in Amsterdam.
Hij stal volgens zijn voogden geld en liep herhaaldelijk weg, om nog maar te zwijgen van zijn gedrag dat zo walgelijk was dat zij het niet eens konden beschrijven. Volgens latere biografen slaagde Fahrenheit er toch in om de vier jaar van zijn studietijd door te komen, maar de laatste jaren was hij al bezig met het maken en verkopen van meteorologische instrumenten. Het geld dat hij volgens zijn voogden had gestolen, blijkt hij in werkelijkheid te hebben geleend om zijn experimenten met het maken van thermometers te bekostigen.
Toen hij de schuld niet kon terugbetalen, werden zijn voogden gedwongen deze uit zijn erfenis te betalen.
Fahrenheits voogden waren het zat om met hem om te gaan en besloten hem met de Verenigde Oost-Indische Compagnie naar het buitenland te sturen. In 1706 schreven ze de burgemeester van Gdansk om de gemeenteraad te vragen een arrestatiebevel uit te vaardigen voor Daniel Fahrenheit en zijn deportatie naar Oost-Indië. In januari 1707 gaf de burgemeester gehoor aan het verzoek.
Op de vlucht en bezoek aan Deense astronoom Ole Roemer: 1708
Nu 20 jaar oud en met een arrestatiebevel boven zijn hoofd, reisde Daniel voortdurend door Duitsland, Zweden en Denemarken, ver buiten het bereik van de autoriteiten. In 1708 bezocht hij de Deense astronoom Ole Roemer in Kopenhagen.
Roemer was niet alleen de eerste astronoom die de lichtsnelheid bepaalde, hij had ook aan thermometers gewerkt en een eigen temperatuurschaal bedacht.
Aangezien de Florentijnse thermometers gebruik maakten van sterk variërende schalen (het laagste punt was immers de koudste dag in Florence en het hoogste punt de warmste dag van het fabricagejaar) besloot Roemer om een vaste schaal te introduceren van 60 graden:
- 0: bevriezend pekelwater
- 60: kokend water
- en omdat water bevroor op 1/8 van de schaal vanaf de onderkant (0) tot de bovenkant (60), verdeelde hij deze schaal in acht delen van elk 7,5 graden.
Het was Roemer die Fahrenheit vertelde dat de vraag naar nauwkeurige thermometers groot was. Het was dit bezoek aan Roemer dat Fahrenheit inspireerde om -nog betere- thermometers te maken.
Arrestatiebevel ingetrokken
Korte tijd na Fahrenheits bezoek aan Roemer werd het arrestatiebevel tegen hem weer ingetrokken.
Het is mogelijk dat Roemer hier een hand in had, aangezien hij niet alleen een belangrijke figuur was in de wetenschappelijke gemeenschap, maar ook de politiechef van Kopenhagen.
Rondreizen en oplossen van technische problemen met thermometers 1709-1712
In 1709 keerde Fahrenheit terug naar Gdansk en deed hij waarnemingen met zijn barometers en thermometers. In 1710 reisde hij verder en in 1711 keerde hij terug naar Gdansk om de nalatenschap van zijn ouders te regelen. Na nog eens naar Koningsbergen en Mitau in 1711 keerde hij in 1712 terug naar Gdansk en bleef daar twee jaar. Gedurende deze periode werkte hij aan het oplossen van technische problemen met zijn thermometers.
Eerste experimenten met kwikthermometers en leren glasblazen 1713-1714
Door al zijn onderzoek en experimenten begon Fahrenheit te twijfelen aan de betrouwbaarheid van het vries- en kookpunt van water (deze zijn namelijk afhankelijk van de luchtdruk, maar dat was op dat moment nog niet bekend).
Fahrenheit begon daarom in 1713 te experimenteren met kwikthermometers. In die tijd gebruikte Fahrenheit een aangepaste versie van de schaal van Roemer voor zijn thermometers, die later zou evolueren tot zijn eigen Fahrenheit-schaal.
Het is niet eenvoudig om een capillair met een uniforme doorsnede te maken. Daarom vertrok Fahrenheit in 1714 vanuit Gdansk naar Berlijn en Dresden om nauw samen te werken met de glasblazers aldaar. Fahrenheit leerde glasblazen om zijn eigen thermometerbuizen te kunnen maken.
Uiteindelijk was het Fahrenheit die als eerste erin slaagde thermometers met volkomen identieke thermometerbuizen te fabriceren.
In dat jaar 1714 schreef de filosoof Christian Wolff over Fahrenheits thermometers in een tijdschrift nadat hij een paar van zijn op alcohol gebaseerde instrumenten had ontvangen, wat de reputatie van Fahrenheit in de wetenschappelijke gemeenschap hielp versterken.
Boerhaave en Fahrenheit: steeds betere thermometers
Fahrenheit had veel contact met de medicus en hoogleraar Herman Boerhaave die het menselijk lichaam zag als een soort mechanische machine met pomp en kleppen i.p.v. een goddelijk wonder.
Boerhaave realiseerde zich als geen ander dat het medische gebruik van thermometers voor de lichaamstemperatuur natuurlijk een belangrijk instrument was voor diagnose en medisch onderzoek.
Boerhaave gaf Fahrenheit vele goede adviezen en hierdoor werden zijn thermometers steeds beter en beter.
De eerste twee thermometers met identieke resultaten: 1714
In 1714 demonstreerde Fahrenheit zijn succes door twee thermometers te produceren die vrijwel over het hele temperatuurbereik identieke resultaten opleverden, ondanks hun verschillende bereiken. Dit was een grote doorbraak.
Datzelfde jaar had hij nog een doorbraak toen hij de alcohol verving door kwik.
De eerste kwikthermometer: 1714
- Bij het construeren van thermometers en het definiëren van temperatuurschalen moet men er rekening mee houden dat niet alle vloeistoffen gelijkmatig uitzetten bij verhitting.
- Water krimpt bijvoorbeeld eerst bij verhitting vanaf het vriespunt en begint dan uit te zetten rond de veertig graden Fahrenheit.
- Fahrenheit kreeg het idee om kwik te gebruiken door de opmerking van een collega dat men de barometerstand moest corrigeren om rekening te houden met de variatie in de dichtheid van water met de temperatuur.
- Fahrenheit voltooide een reeks onderzoeken gebaseerd op het werk van de Deense astronoom Ole Roemer. In deze onderzoeken bepaalde hij het kookpunt van water en andere vloeistoffen en bestudeerde hij de expansie (volumetoename) van kwik.
- Deze experimenten leidden tot de ontdekking dat het kookpunt van water varieert met veranderingen in de atmosferische druk.
- Fahrenheit ontdekte ook de methode om water te onderkoelen – dat wil zeggen, water afkoelen tot onder het normale vriespunt zonder dat het ijs wordt. Hij gebruikte hiervoor zeezout, toegevoegd aan het ijswater.
- Tijdens Fahrenheits onderzoek bleek dat kwik (kwikzilver, zoals dat toen werd genoemd) gelijkmatiger krimpt en uitzet dan alcohol.
- Als op de temperatuurschaal wordt aangenomen dat de expansie en krimp van kwik uniform is, blijkt dit zeer nauw overeen te komen met de werkelijke temperatuurschaal.
- Kwik is ook nauwkeuriger over een groter bereik, waardoor temperaturen aanzienlijk onder het vriespunt van pekel en boven het kookpunt van water kunnen worden gemeten.
- Hierdoor kon de kwikthermometer van Fahrenheit nauwkeurig lagere en hogere temperaturen registreren, met veel fijnere gradaties daartussen.
Andere projecten en geldnood: 1715
Naast zijn interesse in meteorologische instrumenten werkte Fahrenheit rond 1715 ook aan ideeën voor een kwikklok, een perpetuum mobile en een heliostaat.
Hij begon een correspondentie met Leibnitz over enkele van deze projecten. Uit de briefwisseling blijkt dat Fahrenheit tijdens het werken aan zijn projecten geld tekort kwam en Leibnitz om hulp vroeg bij het verkrijgen van een vaste aanstelling, zodat hij zijn werk kon voortzetten.
Fahrenheits werkplaats in Amsterdam: 1717 of 1718
- In 1717 of 1718 keerde Fahrenheit terug naar Amsterdam en startte daar een werkplaats. Ook gaf hij vanaf 1718 les in scheikunde (alchemie in die tijd).
- Hij begon barometers, areometers en zijn kwik- en alcohol-thermometers commercieel te verkopen.
- Fahrenheits thermometers waren zo succesvol dankzij zijn reinigingsmethode voor kwik.
- Ook introduceerde hij het gebruik van cilindervormen aan de onderkant van zijn thermometers in plaats van de gebruikelijke bolvormige.
In 1721 had Fahrenheit het proces van het vervaardigen en standaardiseren van zijn thermometers geperfectioneerd.
Zijn gedetailleerde proces voor het maken van thermometers maakte hij echter pas vele jaren later openbaar, omdat hij zijn methoden geheim wilde houden.
Het ontstaan van de Fahrenheit schaal in 1724
- Door al zijn experimenten en onderzoek begon Fahrenheit te twijfelen aan de betrouwbaarheid van het vries- en kookpunt van water.
- Fahrenheit liet zich inspireren door Roemers schaal om er zelf één te creëren die minder onhandig was ingedeeld en drie vaste ijkpunten had:
- 0°F: ijskoude pekel (een mix van ijs, water en zeezout)
- 32°F: ijskoud water (smeltend ijs in water)
- 96°F (later gecorrigeerd naar 98.6°F): “bloedwarmte” of lichaamstemperatuur van een gezond mens.
- Dit laatste ijkpunt verviel later, toen het kookpunt van water, ongeveer bij 212°F (een toevallig gekozen punt) werd gelegd.
- Hij koos ervoor om een factor acht te gebruiken in plaats van Roemers 7,5 en deelde vervolgens elke graad door vier.
- Vermenigvuldig acht met vier en je krijgt 32.
- Die toevallige samenloop van omstandigheden zorgde ervoor dat het vriespunt op de Fahrenheitschaal op 32 graden uitkwam.
De superioriteit van zijn kwikthermometers boven thermometers op alcoholbasis maakte ze zeer populair, wat leidde tot de wijdverbreide acceptatie van zijn Fahrenheit schaal.
Lid van de Royal Society en controverse
Fahrenheit bracht de rest van zijn leven door in Amsterdam.
In 1724 bezocht hij Engeland en werd op 5 mei verkozen tot lid van de Royal Society. In dat jaar publiceerde hij maar liefst vijf artikelen in het Latijn voor het wetenschappelijke tijdschrift van de Royal Society, Philosophical Transactions, over diverse onderwerpen.
In zijn tweede artikel, “Experimenta et observationes de congelatione aquæ in vacuo factæ”, geeft hij een beschrijving van zijn thermometers en de referentiepunten die hij gebruikte om ze te ijken. Maar liefst twee eeuwen lang was dit document de enige beschrijving van Fahrenheits proces voor het maken van thermometers.
Volgens dit 2e artikel van Fahrenheit uit 1724, is zijn schaal gebaseerd op drie referentiepunten:
- Het nulpunt werd verkregen door de thermometer in een mengsel van ijs, water en ammoniumchloride (een zout) te plaatsen, dat een temperatuur heeft van −17,8 °C. Dit was in die tijd een veel gebruikte methode om een lage temperatuur te krijgen. Fahrenheit kon het dan ook gebruiken tijdens zijn reizen.
- Het tweede referentiepunt, 32 °F, vond hij door de thermometer in zuiver water te plaatsen waarop ijsvorming plaatsvond (de temperatuur van het water als er ijs op drijft bij het constant vriespunt).
- Het derde en laatste referentiepunt werd bepaald door de lichaamstemperatuur van een gezond persoon, gemeten in de mond of onder de oksel. Het temperatuurverschil tussen dit derde punt en het tweede punt is ongeveer twee keer zo groot als tussen het nulpunt en het tweede punt, dus ongeveer 64 °F. Hij stelde dit derde punt op 96 °F (later gecorrigeerd naar 98.6°F)
Op deze manier bedroeg het verschil tussen het smeltpunt van ijs (32 °F) en de lichaamstemperatuur (96 °F) 64 graden, wat hem toeliet zijn schaal op zijn instrumenten aan te brengen door het interval zes keer in tweeën te delen. Water kookt bij (ongeveer) 212 °F.
In de 20e eeuw ontdekte de Nederlandse chemicus Ernst Cohen correspondentie tussen Fahrenheit en medicus en hoogleraar Herman Boerhaave. Deze correspondentie deed aanzienlijke twijfels rijzen over de originaliteit van Fahrenheits artikel waarin de referentiepunten voor zijn schaal werden uitgelegd. Bovendien werd er getwijfeld aan het feit dat Fahrenheit zijn schaal niet zelf had bedacht, maar grotendeels had afgeleid van de schaal van de Deense astronoom Roemer. Dit was vermoedelijk het gevolg van het feit dat de instrumentmaker zijn methoden wil geheimhouden zodat het niet gekopieerd kan worden.
Fahrenheits dood en testament: 1736
Vanaf augustus 1736 verbleef Fahrenheit, in verband met een patentaanvraag voor een machine om water uit polders te pompen bij de Staten van Holland, in het huis van Johannes Frisleven aan het Plein in Den Haag.
Begin september werd hij ziek en op de 7de was zijn gezondheid dermate verslechterd dat hij notaris Willem Ruijsbroek liet komen om zijn testament op te stellen.
Op de 11de kwam de notaris nogmaals langs om er enkele wijzigingen in aan te brengen. Voor de geïnteresseerden, hier het testament met daaronder Fahrenheits beverige handtekening waaraan zichtbaar is dat hij ernstig ziek was.
Vijf dagen daarna overleed Fahrenheit op vijftigjarige leeftijd. Hij kreeg vier dagen later een vierde-klasse begrafenis, hetgeen wilde zeggen dat hij berooid was, in de Kloosterkerk in Den Haag. Fahrenheit was nooit getrouwd geweest.
In deze kerk werd in 2002 een gedenkplaat voor hem onthuld. Er hangt een grote Fahrenheit-thermometer aan de buitenkant van zijn graf (afbeelding rechts). We nemen aan dat deze werkt en dat hij ons de temperatuur van de omgevingslucht geeft, en niet van Fahrenheits stoffelijke resten.
Bekende exemplaren van Fahrenheits thermometers
Door de gebruikte materialen zijn vrijwel geen originele, door Fahrenheit zelf gemaakte, thermometers die de tand der tijd hebben doorstaan. Wereldwijd zijn er maar 3 Fahrenheit thermometers bekend.
De twee thermometers uit 1718 (midden) en 1727 (links) bevinden zich op dit moment in museum Boerhaave, te Leiden Nederland.
In 2012 werd een originele Fahrenheit-thermometer, met zijn handtekening op de achterkant, met onbekende fabricagedatum, geveild bij Christie’s (afbeelding volledig rechts). Op de veilingwebsite is nog steeds een afbeelding van deze thermometer te vinden, en deze is volledig inzoombaar. Merk op dat toen de foto werd genomen, de temperatuur 78° F was, dus dat was een warme veilingloods. De thermometer werd geveild voor £67.250 ($107.802), een aardig bedrag. We verwachten dat er enthousiast op werd geboden.
Waar wordt de Fahrenheit schaal nog gebruikt
Temperatuurmeting in graden Fahrenheit wordt alleen nog maar gebruikt in de Verenigde Staten van Amerika en de oudere generatie van het Verenigd Koninkrijk, Australië, Zuid-Afrika, Canada, Ierland, India en Jamaica omdat de temperatuurschaal van Fahrenheit vroeger ook in deze landen in gebruik was.
Om deze reden zijn temperatuur regelaars nog steeds omschakelbaar tussen graden Celsius en Fahrenheit.
De heatmanager voor warmtebehandelingen kan ook worden omgeschakeld in Fahrenheit voor gebruik in de Verenigde Staten en Canada.
De Réaumur schaal & de Lyon thermometer
In 1730 stelde de Franse entomoloog Réaumur een temperatuurschaal voor gebaseerd op het vriespunt ( 0°R) en kookpunt (80 °R) van water. Deze schaal wordt de Réaumur temperatuurschaal genoemd.
Réaumur koos voor alcohol (ethanol) omdat dit meer uitzet en zo was het verschil in temperatuur beter zichtbaar.
Hierdoor waren zijn thermometers altijd heel erg groot en lang.
Deze schaal is in Europa lang in gebruik geweest, vooral in Frankrijk, Duitsland en Rusland.
De Celsius schaal
In 1742 ontwikkelde een Zweedse wetenschapper genaamd Anders Celsius (1701-1744) een thermometerschaal die het vries- en kookpunt van water in 100 graden verdeelde.
Celsius koos 0 graden voor het kookpunt van water en 100 graden voor het vriespunt.
In 1743 had de Franse natuurkundige Jean-Pierre Christin onafhankelijk van Celsius een schaal ontwikkeld waarbij 0 het smeltpunt van ijs vertegenwoordigde en 100 het kookpunt.
In 1744 stelde de Zweedse arts en bioloog Carl Linnaeus voor om de temperatuurschaal van Anders Celsius om te draaien, zodat 0 het vriespunt van water voorstelde en 100 het kookpunt.
In 1948 werd Cristins aangepaste Celsius schaal internationaal overeengekomen en deze wordt nog steeds gebruikt.
Het absolute nulpunt: de Kelvin schaal
De 19e-eeuwse Britse wetenschapper Lord Kelvin ontwikkelde en stelde in 1848 de (Kelvin) schaal als eerste voor. De stappen per graad komen overeen met de stapgrootte van de Celsius schaal. Begin 20e eeuw werd deze daarom ook vaak de “absolute Celsius”-schaal genoemd.
In 1859 stelde de Schotse ingenieur en natuurkundige Rankine een vergelijkbare Rankine schaal voor, maar dan in de stapgrootte van de Fahrenheit schaal.
De kelvin werd in 1954 formeel toegevoegd aan het Internationaal Stelsel van Eenheden, waarbij 273,16 K werd gedefinieerd als het tripelpunt van water. Daarop werden de Celsius-, Fahrenheit- en Rankineschalen opnieuw gedefinieerd in termen van de Kelvin-schaal met behulp van deze definitie.
Thermokoppels
Historie
Rond 1821 experimenteerde de Duitse natuurkundige Seebeck met magnetisme.
Hij ontdekte dat de naald van een kompas begon te draaien als hij het in de buurt hield van een circuit dat was opgebouwd uit diverse metalen en alleen als hij 1 van de metalen verwarmde.
Later werd duidelijk dat er een zeer kleine stroom ging lopen als 1 van de metalen werd verwarmd. Dit effect werd het Seebeck-effect genoemd.
Meetprincipe thermokoppel
De afbeelding maakt dit Seebeck-effect wat meer duidelijk:
- een draaivoltmeter is met 2 koperen draden aangesloten op draden van 2 verschillende metalen.
- de 2 metalen zijn met elkaar in contact gebracht: het thermo-koppel, en dit punt wordt verwarmd
- er gaat een zeer kleine stroom lopen en die doet de meter uitslaan
Koude-las/cold-junction
Let wel: het verschil in temperatuur wordt zo gemeten. Voor de daadwerkelijke absolute temperatuur, moet de omgevingstemperatuur van het punt waar de metalen A en B overgaan in koperen draden worden opgeteld bij de gemeten temperatuur.
Het punt waar de thermokoppel metalen overgaan in koper moet dus worden gemeten, dit is de koude-las temperatuur.
Zie hier een praktisch voorbeeld met een RKC Instrument thermometer:
- Links in de afbeelding een buisthermometer voor de koude-las temperatuur
- Lees de draaivoltmeter af: bijvoorbeeld 100°C, tel daarbij de waarde van de omgevingstemperatuur, afgelezen op de buisthermometer: bijvoorbeeld 21°C.
- De werkelijke absolute temperatuur van het thermokoppel is dus 100+21=121°C
Temperatuurverschil afhankelijke spanning
Er zijn internationale standaard tabellen beschikbaar waarmee de gemeten spanning kan worden omgezet in een temperatuurverschil.
- Lees de gemeten spanning in mV af op de meter. Als voorbeeld: 6.1 mV
- Zoek in de tabel het vakje dat het meest met 6.1mV overeenkomt. Dat is in de X-as 50°C en in de Y-as 100°C.
- Het temperatuurverschil is dus: 150°C
- Tel hier de omgevingstemperatuur, waar het thermokoppel overgaat in koper (vaak: aansluitpunt op regelaar) bij op: stel het is daar 25°C, de werkelijke absolute temperatuur van het thermokoppel is dan 175°C.
Temperatuur meting met normale multimeter in millivolt mV meetbereik
- In geval van nood kunt U Uw multimeter in millivolt (mV) stand gebruiken om het temperatuurverschil met een thermokoppel te meten.
- Gebruik de juiste tabel (voor elk type thermokoppel is er een tabel) om het gemeten temperatuurverschil af te lezen.
- Let wel op, want voor de werkelijke absolute temperatuur moet U ook nog de omgevingstemperatuur van het aansluitpunt van het thermokoppel op de multimeter erbij optellen: de koude-las compensatie dus!
Zie de appendix achter in onze algemene catalogus, vanaf bladzijde 143, voor meetconversie tabellen.
Automatische koude-las/cold-junction compensatie
Moderne elektronische apparatuur, zoals deze RKC Instrument FB serie temperatuur regelaar, voert deze koude las-compensatie correctie automatisch uit. Bij de aansluitklemmen bevindt zich vaak een extra temperatuur sensor die de omgevingstemperatuur meet. De electronica telt deze temperatuur automatisch op bij de gemeten spanning op de aansluitklemmen van het thermokoppel.
Moderne regelaars zijn ook voorzien van de juiste millivolt naar temperatuur tabellen en converteren de spanning naar temperatuur automatisch voor U.
Correct aansluiten van thermokoppels
U dient met bepaalde zaken goed rekening te houden bij het aansluiten van thermokoppels. Want met het aansluiten van thermokoppels worden best vaak fouten gemaakt, zoals:
- kroonsteentje gebruikt voor het verlengen van een thermokoppel
- verkeerd type thermokoppel compensatie kabel gebruikt
- polariteit verkeerd aangesloten
- verkeerd type thermokoppel meetingang ingesteld op de regelaar
Thermokoppel draad verlengen: introduceer geen andere metalen!!!
- Het werkingsprincipe van een thermokoppel berust in de generatie van een kleine stroom die wordt veroorzaakt door een temperatuurverschil over 2 verschillende metalen.
- Als er in de draden nu andere metalen worden geïntroduceerd, bijvoorbeeld het verlengen van de draden van het thermokoppel met het zeer beruchte kroonsteentje, dan worden er 2 extra metaalovergangen (thermokoppeldraad-koper) geïntroduceerd. En ook deze overgang genereert een temperatuurverschil afhankelijke stroom.
- Hierdoor wordt nu niet de gewenste temperatuur van het connectiepunt van het daadwerkelijke thermokoppel gemeten, maar er komen ook nog extra temperatuurafwijkingen bij, door de extra metaal-overgangen in het kroonsteentje.
- Dit probleem ontstaat ook als U een thermokoppel aansluit met gewone koperdraad.
- Sluit voor de hoogste nauwkeurigheid thermokoppeldraden aan op de regelaar zonder gebruikmaking van adereindhulzen. Zelfs de adereindhulzen (die van een ander metaal zijn) kunnen een kleine afwijking introduceren.
Thermokoppel compensatie kabel: gebruik het juiste type!
- Om thermkoppels correct aan te sluiten, dient gebruik te worden gemaakt van het juiste type thermokoppel compensatie kabel.
- Elk type thermokoppel heeft zijn eigen type thermokoppel compensatie kabel.
- De kleur van de kabel en de aderkleuren geven aan voor welk type thermokoppel de kabel geschikt is
- Er zijn diverse internationale standaarden in gebruik, weet zeker dat U de juiste standaard gebruikt!
Thermokoppel polariteit
- Een thermokoppel genereert afhankelijk van het temperatuurverschil een kleine gelijkstroom.
- Deze stroom loopt maar in 1 richting.
- Het is dus belangrijk om de juiste polariteit van het thermokoppel in de gaten te houden als U een thermokoppel aansluit op een regelaar.
- Als de polariteit verkeerd om is aangesloten, loopt de meting op de regelaar vaak omlaag terwijl de temperatuur over het thermokoppel stijgt.
- Dit is eenvoudig te controleren met een kop heet water of een aansteker waarmee het thermokoppel wordt verwarmd. De temperatuur op de aflezing moet dan oplopen.
- Bij twijfel van de polariteit kunt U de hierboven genoemde meetmethode met een multimeter in millivolt (mV) stand met warm water of een aansteker gebruiken om de juiste polariteit vast te stellen.
- Als U goed met Uw vingers de ruwheid van de thermokoppel draden voelt, zult U merken dat er een verschil is. Er is er vaak 1 ruwer dan de andere. Ook dit kunt U gebruiken om de polariteit van het thermokoppel te bepalen.
Zie voor verschillende types thermokoppeldraad en compensatiekabel het onderstaande document vanaf bladzijde 81.
Thermokoppel connectoren
- Ook het correct aansluiten van thermokoppels dient te geschieden met de juiste thermokoppel connectoren en chassisdelen.
- Elk type thermokoppel heeft zijn eigen type connectoren en chassidelen.
- De kleur van de connector of chassisdeel correspondeert met het type thermokoppel.
- De geleiders in de thermokoppel connectoren zijn van hetzelfde materiaal als de compensatie kabel zodat die de gemeten temperatuur niet word beïnvloed.
- U kunt thermokoppel stekkers gebruiken voor het correct verlengen van thermokoppel draden.
Verkeerd type thermokoppel meetingang ingesteld op regelaar
- Het is natuurlijk ook erg belangrijk, dat U het juiste type thermokoppel selecteert voor de meetingang op de regelaar. Anders wordt de verkeerde millivolt/temperatuurverschil conversietabel gebruikt, wat resulteert in een meetafwijking en potentieel zelfs in een gevaarlijke situatie (temperatuur werkelijk hoger dan gemeten!!!)
- Zie hiervoor parametergroep F21. Als voorbeeld hier een instructie van een RKC Instrument RB regelaar.
Weerstand thermometers: Pt100, (S)PRT referentiestandaarden
Weerstand thermometer classificaties:
- Ultra Precise Platinum Resistance Thermometers (UPRTs):
- groot meetbereik: −200 °C tot 1000 °C
- nauwkeurigheid +/- 0.001 °C over het hele meetbereik.
- UPRTs zijn ontwikkeld voor laboratorium gebruik
- Standard Platinum Resistance Thermometers (Standard PRTs of SPRTs) laboratorium referentiestandaarden:
- meetbereik: −200 °C tot 670 °C
- nauwkeurigheid +/- 0.03 °C over het hele meetbereik.
- (S)PRTs zijn gebouwd als UPRTs, maar met goedkopere materialen.
- Industriële Platinum Resistance Thermometers (PRTs):
- Ontworpen om industriële omgevingen te weerstaan.
- Kunnen bijna net zo duurzaam zijn als een thermokoppel.
Historie
Gelijktijdig met het Seebeck-effect werd in 1821 door Humphry Davy de ontdekking gedaan dat de soortelijke weerstand van metalen afhankelijk is van de temperatuur.
De praktische toepassing van deze eigenschap in elektrische geleiders werd voor het eerst beschreven door Wilhelm Siemens tijdens de Bakerian Lecture van 1871 voor de Royal Society in Groot-Brittannië, waarbij Siemens platina suggereerde als een geschikt element. Siemens presenteerde ook een drie-term interpolatieformule.
De weerstandsthermometer van Siemens raakte echter snel uit de gratie vanwege de instabiliteit van de temperatuurmeting.
Hugh Longbourne Callendar ontwikkelde in 1885-1886 de eerste commercieel succesvolle platina weerstandsthermometer (RTD). Deze weerstand thermometer kon nauwkeurig meten van -190°C tot +660°C (later verbeterde hij deze naar -200°C tot +1000°C).
Temperatuur afhankelijke weerstand
De onderstaande tabel toont de weerstandswaarden voor een Pt100-sensor van 0°C tot 800°C.
Meetprincipes: 2, 3 of 4 draads
Een belangrijk aspect wat heel erg vaak over het hoofd wordt gezien is het meetprincipe.
Vaak wordt er juist gekozen voor een Pt100 meting vanwege de nauwkeurigheid. Als deze echter in 2-draads configuratie wordt aangesloten wordt deze hogere nauwkeurigheid volledig teniet gedaan!!!
In dit geval adviseren we daarom ook een 3- of 4-draads meetconfiguratie.
2-draads: 1 ohm extra weerstand: ongeveer 3°C afwijking!!!
- De eenvoudigste configuratie met een weerstandsthermometer maakt gebruik van twee draden.
- Dit meetprincipe wordt alleen gebruikt wanneer een hoge nauwkeurigheid niet vereist is.
- de weerstand van de aansluitdraden wordt opgeteld bij die van de sensor, wat leidt tot grote meetfouten.
- Bemerk dat bij 200°C een extra weerstand van 1 ohm al ongeveer 3°C is!!!
3-draads: meetleidingen van dezelfde lengte gecompenseerd
- Om de effecten van de leidingweerstand te minimaliseren, wordt een configuratie met drie draden gebruikt.
- Als de 3 aansluitdraden naar de Pt100 gelijk van dikte en lengte zijn, is dit aansluitprincipe meer dan voldoende voor goede nauwkeurigheid: het 4-draads meetprincipe is dan niet nodig.
- De voorgestelde instelling voor de getoonde configuratie is met R1 = R2 en R3 rond het midden van het bereik van de Pt100/RTD.
- Kijkend naar de getoonde Wheatstone-brugschakeling, is de spanningsval linksonder V_rtd + V_lead en rechtsonder V_R3 + V_lead. De brugspanning (V_b) is dus het verschil, V_rtd − V_R3. De spanningsval als gevolg van de weerstand van de leidingen is gecompenseerd. Dit geldt altijd als R1 = R2 en R1, R2 >> RTD, R3.
- R1 en R2 kunnen worden gebruikt om de stroom door de RTD te begrenzen. Voor een Pt100 zou bijvoorbeeld een begrenzing tot 1 mA en 5 V een begrenzingsweerstand van ongeveer R1 = R2 = 5/0,001 = 5000 Ohm suggereren.
4-draads: compensatie van verschillende meetleidingen
- De vierdraads meetconfiguratie verhoogt de nauwkeurigheid van de weerstandsmeting als er verschillen zijn in de meetleidingen.
- elimineert spanningsval door de meetsnoeren.
- Om de nauwkeurigheid verder te verhogen, worden eventuele restspanningen van thermo-elektrische aard, gegenereerd door verschillende draadtypen of schroefverbindingen, geëlimineerd door de richting van de 1 mA-stroom en de meetsnoeren naar de DVM (digitale voltmeter) om te keren. De thermo-elektrische spanningen worden slechts in één richting gegenereerd. Door de omgekeerde metingen te middelen, worden de thermo-elektrische foutspanningen geëlimineerd.
Kies altijd op zijn minst een 3-draads Pt100
Kies bij twijfel altijd voor een 3-draads Pt100 sensor. Dit is een zeer goed compromis tussen kosten en nauwkeurigheid. Als de 3 draden van de sensor gelijk zijn is een 4-draads sensor niet nodig, kies daar alleen voor als de allerhoogste precisie gewenst is.
Een 2-draads sensor heeft al snel een afwijking van enkele graden door alleen al de bedrading, die over tijd ook nog eens kan toenemen. Zo wordt de hogere nauwkeurigheid van een Pt100 sensor al zeer snel teniet gedaan, alleen al door de bekabeling. Kies voor zulke toepassingen altijd voor een thermokoppel!
Voordelen, nadelen en verschillen tussen thermokoppels en weerstandthermometers
Thermokoppel
- Meetbereik: -180 tot +2320°C
- Nauwkeurigheid: standaard +/- 2°C. Met referentiestandaard ook +/- 0.2°C mogelijk
- Stabiliteit: goed
- Reactiesnelheid: < 1 seconde of zelfs 0.03 seconde
- Afmetingen: zeer klein <1.6mm of zelfs 50um
- Resistentie tegen schokken: zeer goed
- Relatief goedkoop
Pt100/RTD weerstand thermometer
- Meetbereik: -200 tot +500°C (boven 660°C moeilijk i.v.m. mogelijke contaminatie van het platina)
- Nauwkeurigheid: +/- 0.001°C (UPRT), +/- 0.0015°C (SPRT)
- Stabiliteit: zeer goed, zeer lage drift
- Reactiesnelheid: enkele seconden
- Afmetingen: 3-6mm minimum
- Resistentie tegen schokken: zeer slecht
- In het algemeen duurder dan thermokoppels
Thermokoppel nauwkeurigheids klassen
- De IEC 60584-1 norm definieert drie nauwkeurigheidsklassen: 1, 2 en 3
- Een nauwkeurigheidsklasse bepaalt de maximaal toegestane fout die een thermokoppel mag vertonen binnen het gekalibreerde bereik.
De tabel hieronder is een samenvatting van de IEC 60584-1-toleranties voor drie veelvoorkomende thermokoppeltypen:
- K (chroom-alumel)
- J (ijzer-constantaan)
- T (koper-constantaan)
Klasse 3: cryogene toepassingen
- Klasse 3 is met name bedoeld voor cryogene toepassingen (ongeveer -200 °C tot +40 °C).
- Thermokoppelmaterialen van basismetaal voldoen mogelijk niet aan de toleranties van klasse 3 voor temperaturen lager dan -40 °C zonder specifieke selectieprocessen. Daarom zijn een expliciete bestelling en materiaalkeuze noodzakelijk als klasse 3-conformiteit vereist is.
- Vanwege de moeilijkheid om klasse 3-conforme thermokoppels te produceren, zijn ze vaak duurder.
Kies de juiste thermokoppel klasse 1,2 of 3
Klasse 1: zeer kleine toleranties
- Zeer kleine toleranties
- Geschikt voor toepassingen met:
- een hoge reproduceerbaarheid
- minimale drift
- nauwkeurige temperatuurmetingen
- Typische toepassingen:
- kalibratielaboratoria
- testen in de lucht- en ruimtevaart
- precisiemetallurgie
- halfgeleiderproductie
Klasse 2: gemiddelde toleranties
- Gemiddelde toleranties: biedt een evenwicht tussen acceptabele nauwkeurigheid en lagere kosten vergeleken met klasse 1.
- Typische nauwkeurigheid: Over het algemeen toleranties van ongeveer ±2,5 °C of ±0,0075|t|, voldoende voor de meeste algemene industriële behoeften.
- Typische toepassingen:
- industriële procesregeling
- temperatuurbewaking in de voedingsmiddelenindustrie
- HVAC-systemen
Klasse 3: cryogene toepassingen
- Beperkte toepassing: Cryogene temperatuurmetingen waarbij extreem lage temperaturen nauwkeurig gemeten moeten worden.
- Hogere kosten vanwege uitdagingen op het gebied van materiaalkeuze en strenge kwaliteitseisen.
- Typische toepassingen:
- Cryogene opslag
- verwerking van vloeibaar gas
- gespecialiseerd wetenschappelijk onderzoek
Pt100 nauwkeurigheids klassen
Normen definiëren een soort ideale Pt100 sensor waar fabrikanten naar kunnen streven. Als het mogelijk zou zijn om de ideale sensor te bouwen, zouden tolerantieklassen irrelevant zijn.
Omdat Pt100 sensoren niet kunnen worden afgesteld om fouten te compenseren, moet u een sensor kopen met een nauwkeurigheid die geschikt is voor uw toepassing.
Sensorfouten kunnen in sommige meetinstrumenten worden gecorrigeerd met bepaalde coëfficiënten.
Pt100-sensoren zijn verkrijgbaar in verschillende nauwkeurigheidsklassen, waarvan AA, A, B en C de meest voorkomende zijn, zoals gedefinieerd in de IEC 60751-norm.
Er bestaan ook zogenaamde fractietolerantieklassen, zoals 1/3, 1/5 en 1/10. Dit waren eerder gestandaardiseerde klassen in bijvoorbeeld DIN 43760:1980-10, die in 1987 werd ingetrokken, maar ze werden niet gedefinieerd in de latere norm IEC 60751.
Hoe dan ook, de norm IEC 60751:2022 definieert deze tolerantieklassen in paragraaf 5.2.3.3 (Markering van thermometers). De tolerantie van deze sensoren is gebaseerd op de sensor met nauwkeurigheidsklasse B, maar zowel het vaste deel (0,3 °C) als het relatieve deel van de fout worden gedeeld door het gegeven getal (3, 5 of 10). De tolerantieklassen van deze sensoren zijn dus:
Uiteraard kan een sensorfabrikant sensoren produceren met zijn eigen nauwkeurigheidsklassen.
De formules zijn moeilijk te vergelijken. Daarom zijn in onderstaande tabel de nauwkeurigheidsklassen berekend op basis van de temperatuur (°C):
Bronnen
A HISTORY OF THE THERMOMETER AND ITS USE IN METEOROLOGY by W. E. Knowles Middleton (1966)
Timeline of temperature and pressure measurement technology – wikipedia
“Thermoscoop” experiment Philo van Byzantium (280-220 voor Christus)
Het leven van Fahrenheit – Beschrijving Christies veiling van Fahrenheit thermomoeter in september 2012
Belangrijke wikipedia pagina over Fahrenheit
Thermokoppels – wikipedia
Weerstand thermometers – wikipedia
Pt100 accuracy classes – Beamex
Thermocouple accuracy classes – Thermo Electric
