Thermokoppel aansluiten

Wat heb je nodig om een thermokoppel aan te sluiten

Voor een correcte aansluiting heb je vier elementen nodig: het thermokoppel zelf, een passende thermokoppelkabel (een verlengkabel of compensatiekabel van hetzelfde type), eventueel een connector die bij dat type hoort, en een temperatuurregelaar of transmitter die het millivoltsignaal kan verwerken.

De thermokoppelkabel moet het complete traject doorlopen tot aan de regelaarklemmen. Gewone koperdraad als verlengstuk werkt niet: op het overgangspunt ontstaat een ongewenste tweede koudelas, waardoor de koudelas-compensatie in de regelaar de meting onjuist corrigeert.

Voor toepassingen die hogere meetnauwkeurigheid vragen, is een Pt100 of vergelijkbare weerstandssensor een alternatief. Die werkt op een ander principe en kent een eigen aansluitschema in twee-, drie- of vierdraads uitvoering.

Zorg ten slotte dat de regelaar op exact hetzelfde type thermokoppel is ingesteld als de sensor. Een type-J-sensor op een regelaar die K verwacht, geeft een meetfout van tientallen graden.

Welk type thermokoppel heb je en hoe herken je het

Voor je begint met aansluiten bepaal je het type van het thermokoppel. Het label op de sensor of het datasheet is leidend. Op kleur alleen kun je niet vertrouwen, omdat kleuren per norm verschillen.

In Nederland en België kom je drie normen tegen. De huidige internationale standaard is IEC 60584, die je terugziet op nieuwe sensoren. ANSI/ASTM E230 zie je op importapparatuur uit de Verenigde Staten. En in oudere Duitse installaties bestaat nog de DIN 43710, een verouderde norm waarin onder andere type L (Fe-CuNi) voorkomt met een rood-blauwe kleurcode.

Onder de huidige IEC 60584-norm herken je een type J (Fe-CuNi) aan een zwarte mantel met een zwarte pluspool en een witte minpool. Een type K (NiCr-Ni) heeft een groene mantel met groene pluspool en witte minpool, en een type T (Cu-CuNi) een bruine mantel met een bruine pluspool en witte minpool.

In de IEC-norm is de witte ader dus altijd de minpool. In de ANSI-norm is dat juist rood, wat contra-intuïtief is voor wie rood automatisch met "plus" associeert.

Bij vervaagde markeringen helpt een magneetcheck. Bij type J en L is de pluspool magnetisch (de draad bevat ijzer), bij type K is de minpool licht magnetisch. Het is een hulpmiddel: het label of datasheet blijft leidend.

Polariteit van het thermokoppel: pluspool en minpool herkennen

Polariteit is bij thermokoppels niet onschuldig. Een thermokoppel produceert een millivoltsignaal dat positief loopt naarmate de temperatuur op de meetlas stijgt. Sluit je de aders omgekeerd aan, dan loopt het signaal de verkeerde kant op en leest de regelaar af dat het proces afkoelt terwijl het juist heter wordt.

Het gevolg is meer dan een verkeerd getal op het scherm. Een regelaar die denkt dat het te koud is, blijft sturen op meer warmte, met als risico oververhitting van het medium of schade aan het verwarmingselement.

De snelste controle in de praktijk: knijp de meetlas tussen je vingers, zodat de lichaamswarmte van rond de 36 °C de sensor opwarmt. De aflezing op de regelaar moet stijgen. Daalt hij of beweegt hij niet, dan zit de polariteit omgedraaid en moet je de aders verwisselen.

Thermokoppelkabel kiezen: verlengkabel of compensatiekabel

In de praktijk worden de termen verlengkabel en compensatiekabel vaak door elkaar gebruikt, maar formeel zijn het twee verschillende dingen. Een verlengkabel bestaat uit precies dezelfde materialen als het thermokoppel zelf: een J-verlengkabel heeft dus een ader van ijzer en een ader van koper-nikkel. Een verlengkabel is over het hele werktraject van de sensor geldig.

Een compensatiekabel is een thermo-elektrisch gelijkwaardig maar goedkoper alternatief, geldig binnen een beperkter temperatuurbereik (typisch tot 100 à 200 °C). Compensatiekabel wordt vooral ingezet bij edelmetaalthermokoppels van type R, S of B; bij J en K kies je meestal een volledige verlengkabel.

Wat in beide gevallen telt: de kabel is van hetzelfde type als het thermokoppel. Een K-kabel op een J-sensor levert direct een meetafwijking op.

Een thermokoppel aansluiten in zes stappen

Met de juiste kabel en regelaarinstelling klaar, doorloop je de aansluiting in zes stappen. Elke stap heeft zijn eigen aandachtspunt om een betrouwbare meting te garanderen.

Stap 1: bepaal het type van het thermokoppel

Kijk op het label van de sensor of in het datasheet. Daar staat het type plus de norm waaraan hij voldoet. Ga niet alleen op kleur af, want kleurcoderingen verschillen per norm.

Stap 2: stel de regelaar in op het juiste type

In het instellingenmenu van de regelaar of transmitter selecteer je hetzelfde type als de sensor (J, K, T en zo verder). Bij twijfel geeft de fabrikantenhandleiding van de regelaar uitsluitsel.

Stap 3: gebruik thermokoppelkabel van het juiste type

Trek thermokoppelkabel of compensatiekabel van hetzelfde type door tot aan de regelaarklemmen. Geen koperdraad als verlenging: dat geeft een meetafwijking via een ongewenste tweede koudelas.

Stap 4: sluit pluspool en minpool correct aan

Sluit de pluspool van het thermokoppel aan op de plusklem van de regelaar en de minpool op de minklem. Bepaal plus en min via de kleurcode plus de bijbehorende norm, of via de magneetcheck als de markering vervaagd is.

Stap 5: scherm de kabel af tegen storingen

Leg de kabel niet parallel aan zware voedingsleidingen of vlak naast een frequentieomvormer. Gebruik bij voorkeur afgeschermde kabel met de afscherming aan één zijde geaard. Aard de sensormantel op maximaal één punt in de installatie om ground loops te voorkomen.

Stap 6: plaats de meetlas in goed thermisch contact

De meetlas hoort in direct contact te staan met het medium of het onderdeel dat je wil meten. Vermijd dode hoeken, stilstaand water en koude wanden, want daar meet de sensor vooral zijn eigen omgeving en niet het proces. Voor smeltstroomtoepassingen in extrusie en spuitgieten zijn er gespecialiseerde melt-temperatuursensoren die rechtstreeks in het smeltkanaal geplaatst worden.

Bij sensoren geïntegreerd in verwarmingspatronen bepaalt de positie van het meetpunt hoe snel en hoe representatief de regelaar reageert. Drie standaarduitvoeringen zijn gangbaar: geïsoleerd van de mantel (RTr.A), verbonden met de mantel (RTr.B), of vrij positioneerbaar over de lengte (RTr.C). Bij maatwerk leg je die keuze bij de bestelling vast.

Thermokoppel testen met een multimeter na aansluiting

Een multimeter is je eerste diagnostische hulpmiddel als je twijfelt of de aansluiting werkt.

Voor de bedradingscontinuïteit zet je de multimeter op de weerstandsstand (Ω) en meet je over de plus- en minader van de sensor. Een laag weerstandsgetal, doorgaans enkele ohm tot tientallen ohm afhankelijk van de kabellengte en aderdoorsnede, betekent dat de bedrading intact is. Een melding "OL" of een open lijn wijst op een breuk.

Voor het signaal en de polariteit zet je de multimeter op de gelijkspanningsstand in millivolt. Verwarm de meetlas in je hand of dompel hem kort in warm water. Het signaal hoort op te lopen in positieve richting. Beweegt het in de negatieve richting, dan zit de polariteit omgedraaid en moet je de aders verwisselen.

Een vergelijkende meting tegen een gekalibreerde referentie is de meest betrouwbare controle. Voor reguliere installaties is dat zelden nodig; een multimetertest dekt de meeste praktijksituaties.

Veelgemaakte fouten bij thermokoppels aansluiten

Een handvol fouten verklaart de meeste meetafwijkingen en regelproblemen bij thermokoppels:

• Polariteit omgedraaid. Verraderlijk in een IEC-installatie, waar wit altijd de minpool is en niet de pluspool.
• Verkeerd kabeltype gebruikt, bijvoorbeeld een type-K-kabel op een type-J-sensor.
• Gewone koperdraad als verlenging, waardoor de koudelas-compensatie in de regelaar de meting niet meer correct corrigeert.
• Regelaar staat ingesteld op het verkeerde thermokoppeltype, bijvoorbeeld op K terwijl de sensor een J is.
• Kabel parallel aan zware voedingsleidingen of vlak naast een frequentieomvormer, zonder afscherming. Resultaat: ruis op het millivoltsignaal en een onrustige aflezing.
• Aarding van de sensormantel op meerdere punten in de installatie, met als gevolg een ground loop die de meting verstoort.

Bij een onverklaarbare meetafwijking is dit het eerste lijstje om langs te lopen voordat je een sensor vervangt.

Thermokoppels en aansluitcomponenten van Rokoma

Rokoma levert thermokoppels in alle standaard uitvoeringen voor de Benelux-maakindustrie: onder andere type J, L en K, en weerstandssensoren als Pt100, PT500 en PT1000. Verkrijgbaar in onder andere bajonet-, haakse, flexibele, oppervlakte- en spanband-uitvoeringen. Maatwerk is leverbaar vanaf één stuk.

Voor procesomgevingen waar verwarming en meting in één onderdeel samenkomen, zoals spuitgieten, extrusie of hot runners, zijn cartridge heaters, bandelementen en neuselementen leverbaar met een geïntegreerd thermokoppel.

Vragen over een specifieke installatie of moet je een bestaande sensor vervangen? Neem contact op via info@rokoma.com of bel +31 (0)40 226 5655 voor advies van een technisch specialist.