Thermokoppel maken

[choco-and-cheese]

Vandaag heb ik een poging ondernomen om zelf een thermokoppel te maken. Ik heb het circuit gebouwd m.b.v. een ijzerdraad dat ik rondom het uiteinde van mijn 2 koperdraden heb gewonden. Deze koperdraden werden aangesloten aan de kabels van mijn (nieuwe) analoge multimeter.

één van de 2 uiteinden van mijn Fe-Cu bimetaal werd in ijswater ondergedompeld, terwijl het andere uiteinde in kokend water werd gestoken. Jammer genoeg kon ik geen spanningsverschil meten en ik weet niet wat ik fout heb gedaan?

Verder begrijp ik de schaalverdeling van die analoge multimeter niet, bij gelijkstroom kan ik de spanning op 2,5mAΩ zetten of in het andere extreme geval op 300mAΩ... Wat is het gevoeligst en hoeveel bedraagt de spanning in beide gevallen (in mV) bij het rode bolletje op de foto?

Het circuit werd op voorhand via de batterij van de multimeter getest om te kijken of alles voldoende contact met elkaar maakte en er dus geleiding mogelijk was. Dit was duidelijk het geval.

[klazon]

Lang geleden heb ik ook zoiets gedaan en dat moet werken.

Je moet de ijzerdraad niet om de koperdraad wikkelen, maar je moet ze stevig in elkaar draaien voor een beter contact.

En dan dit:

bij gelijkstroom kan ik de spanning op 2,5mAΩ zetten of in het andere extreme geval op 300mAΩ...

Wat is een spanning van 2,5mAΩ ?

Spanning druk je uit in volts of millivolt, maar mAΩ is onzin.



Het zou kunnen zijn dat je voltmeter te ongevoelig is. Die is 10kΩ/V en dat zou wel eens te weinig kunnen zijn.

[sillyconmarc]

één van de 2 uiteinden van mijn Fe-Cu bimetaal werd in ijswater ondergedompeld, terwijl het andere uiteinde in kokend water werd gestoken. Jammer genoeg kon ik geen spanningsverschil meten en ik weet niet wat ik fout heb gedaan?

Je hebt niets fout gedaan.

De spanning geproduceerd door een typisch thermokoppel is 10-60 µV/°C afhankelijk van de twee metalen. IJzer-Koper is, commercieel gezien, een ongewone combinatie; daarvan kan ik de karakteristieken niet zo gauw vinden.

Met kokend water enerzijds en ijswater anderzijds kan je dus een spanning verwachten van zowat 6mV. Je multimeter heeft een minimaal bereik van 2.5V, dus "de afstand" tussen twee streepjes is 50mV. Een spanning van 6mV zal dus moeilijk te meten zijn...

Bovendien is de inwendige weerstand van je meter laag zoals klazon al aanduidt, daardoor wordt het thermokoppel erg belast en zal de spanning helemaal zakken.

[choco-and-cheese]

Bondig samengevat, dit analoge toestel is waardeloos om zeer lage spanningen in de range van 1 mV tot 5mV te meten. Ik ga kijken of ik een goedkoop digitaal toestel op de kop kan tikken dat net gemaakt is om zeer lage spanningen te meten.

Ter opfrissing 1mV=10^^-3V, dus 1000mV = 1V

Zou een seriële thermozuil (reeks thermokoppels) een hogere spanning kunnen opwekken?

Wat als ik Cu zou vervangen door Mn en Fe zou vervangen door ytterbium?

->Thermische emf waarden in bijlage.

[sillyconmarc]

Bondig samengevat, dit analoge toestel is waardeloos om zeer lage spanningen in de range van 1 mV tot 5mV te meten. Ik ga kijken of ik een goedkoop digitaal toestel op de kop kan tikken dat net gemaakt is om zeer lage spanningen te meten.

Er worden weinig waardeloze toestellen gemaakt. Je moet leren de mogelijkheden en beperkingen van je toestel te kennen!!!

Ik heb jouw experiment net herhaald met een Voltcraft VC-960 en ik meet ongeveer 2 mV met de koude kant op kamertemperatuur en de warme kant opgewarmd met een (kerst)kaars.

Zou een seriële thermozuil (reeks thermokoppels) een hogere spanning kunnen opwekken?

Wat als ik Cu zou vervangen door Mn en Fe zou vervangen door ytterbium?

->Thermische emf waarden in bijlage.

Zoek het niet te ver... Beter investeren in een goede meter; die kan je voor nog veel andere dingen gebruiken. Thermokoppels in serie zouden idd. meer spanning genereren.

[choco-and-cheese]

Heel blij om te horen dat het bij jou wel gelukt is en de gemeten waarde lijkt me wel realistisch. Voltcraft lijkt prijs/kwaliteit wel een verstandige keuze te zijn voor dit soort experimenten. Voor 6 euro heb je er al eentje die tot op 0,1mV kan meten (VC-11) dus daar kun je niet voor sukkelen.

Ik denk trouwens dat het potentiaalverschil tussen 2 metalen een minstens even belangrijke rol speelt bij dit soort experimenten en dat was ik vergeten te vermelden.

[choco-and-cheese]

Er worden weinig waardeloze toestellen gemaakt. Je moet leren de mogelijkheden en beperkingen van je toestel te kennen!!!

Ik heb jouw experiment net herhaald met een Voltcraft VC-960 en ik meet ongeveer 2 mV met de koude kant op kamertemperatuur en de warme kant opgewarmd met een (kerst)kaars.

Zoek het niet te ver... Beter investeren in een goede meter; die kan je voor nog veel andere dingen gebruiken. Thermokoppels in serie zouden idd. meer spanning genereren.

1) Ik heb hetzelfde experiment herhaald, eveneens met een Voltcraft multimeter VC-130 dat ontwikkeld is voor het meten van lage stroomsterktes (schaalverdeling 200µA, 2000µA, 20mA en dan nog 200mA en 10A) het meten van gelijkstroom. Bij dit experiment las ik bij het ijken van de thermokoppel met ijs/water en kokend water een pover resultaat af van 0,05 - 0,06 op mijn display wanneer ik koos voor de stand bij 20mA. Heb ik nu slechts 0,05 mA gemeten of moet ik mijn resultaat vermenigvuldigen met 20mA om de correcte waarde te bekomen?

BEWIJS: zie foto

2) Door de kabels van de multimeter parallel te schakelen en te meten bij een gelijkspanning op de stand van 200mV (te wazig op afbeelding) verscheen er op het display wel een mooi resultaat, namelijk 00,6 (mV?)

3) Bij mijn 2de experiment werd die door tin gesoldeerde ijzerdraad (afkomstig van nieuwe paperclips) iets aangepast. Ik heb daarbij mijn ijzerdraad vervlochten met een koperdraad en vormde dan de connectie tussen het kokend water en ijs. Theoretisch dacht ik dat dit nu wel met een echt bimetaal te maken zou hebben, maar in de praktijk gebeurde er niks. Reden?

Tot mijn grote frustratie maakte het bij het eerste experiment niet uit of je nu 200µA, 2000µA of 20mA kiest. De waarde bleef steeds schipperen tussen de 5 en de 6. Welk nut heeft het dan om te meten bij 200µA of 2000µA als het blijkbaar niks afdoet aan de gevoeligheid van de meting?

Kan ik die zeer lage waardes ook versterken, want ik wil met mijn multimeter echt wel waardes van enkele µA kunnen lezen voor het meten van radiogolven.

Fijn thuisexperiment, maar heeft iemand suggesties om mijn experimenten te verbeteren, want zeg nu zelf..het verschil tussen 0,05mA (waarschijnlijk de waarde die ik gemeten heb) en de 2mA van sillyconmarc liggen veel te ver uiteen en ik weet niet waarom?

[klazon]

....wanneer ik koos voor de stand bij 20mA. Heb ik nu slechts 0,05 mA gemeten of moet ik mijn resultaat vermenigvuldigen met 20mA om de correcte waarde te bekomen?

Als de keuzeschakelaar op 20mA staat, dan betekent het dat de waarde die je ziet in mA is, en dat 20 de hoogste waarde is die op ddit bereik kan worden weergegeven. Dus als er 0,05 staat, dan is dat 0,05mA.

Dat je op verschillende bereiken dezelfde waarde afleest is niet zo vreemd. Je ziet waarden die minder zijn dan 1% van het meetbereik. Veel nauwkeuriger kan de meter het niet aangeven.

Dat je lagere waarden ziet dan sillyconmarc kan ook verklaard worden. Een thermokoppel levert in principe een spanning. De stroom die gaat lopen is afhankelijk van de totale kringweerstand, en in dit geval is het meetinstrument de grootste weerstand in de kring. Dus jouw meetinstrument heeft waarschijnlijk een grotere eigen weerstand dan dat van sillyconmarc.

[choco-and-cheese]

Bedankt Klazon voor je duidelijk antwoord. Alleen roept dat een vraag bij mij op, namelijk hoe kan ik weten wat de interne weerstand is van een digitale multimeter?... die staat nergens bij de productspecificaties vermeld en natuurlijk wil ik er graag eentje met een zo laag mogelijke interne weerstand

Nu rest er nog één vraag die op mijn lippen brand en dat is waarom dat laatste experiment mislukt was, waarbij ik de ijzerdraad tussen het koude gedeelte en het warme gedeelte verving door ijzer vervlochten met koper om zo een écht bimetaal te creëren?

[klazon]

Waarom heb je dat dan zo ingewikkelde gemaakt (letterlijk)?

Als je koper en ijzer samenvlecht over de hele lengte, dan doe je toch het hele thermo-effect teniet?

Je moet in de kring twee overgangen creëren, in het ijs van koper naar ijzer, en in het hete water terug van ijzer naar koper.

Als je tussen koud en heet ook nog een koperdraad toevoegt, dan sluit je feitelijk het thermokoppel kort.

[choco-and-cheese]

Je moet in de kring twee overgangen creëren, in het ijs van koper naar ijzer, en in het hete water terug van ijzer naar koper.

Dit is dus de essentie waarom er geen stroom te meten viel. De aanleiding waarom ik dit zo heb gedaan, heeft te maken met het idee dat afkomstig is van de "thermocouple tutorial" op YouTube waarbij er gebruik gemaakt wordt van een koper/nikkel draad als verbinding tussen warm en koud. Daarbij lukte het dus wel en ik besloot een koper/ijzer draad te gebruiken om te kijken of er een signaalversterking zou plaatsvinden door het contactoppervlakte tussen de 2 verschillende metalen zo groot mogelijk te maken.

Maar een experiment dient om de essentie beter te begrijpen en te leren uit mijn fouten.

[klazon]

Ken je deze wikipagina?

Daarin zie je dat de combinatie koper-constantaan (CuNi) gebruikt wordt vanwege de hoge nauwkeurigheid.

De combinate ijzer-koper wordt in de tabel niet genoemd, maar wel de combianties ijzer-constantaan en koper-constantaan.

Als je die beide grafisch uitzet volgens de eindpunten voor temperatuur en spanning zoals in de tabel genoemd, dan is het verschil tussen die grafieken het verloop van ijzer-koper. Dan zie je ook dat die combinatie vrij weinig spanning oplevert.

[robxsch]

Toevallig vandaag experimentje gedaan

(moet sensor maken als cursus-opdracht)

met Fe en Cu thermokoppel geknutseld (met ijzeren-lasdraad en installatiedraad) en in butagasbrander.

Kwam bij mij uit op ca 3,7mV ( ik meet de spanning).

wel een erg lage 1,9 μV/ K overigens (!?)...uitgaande van ca 1900K verschil

ik vraag me af op het klopt...volgende week wat verder aan meten.

BTW: ik heb geen extra overgangen, "gewoon" Cu en Fe op het einde in elkaar gedraaid en aan de andere uiteinden ( niet zichtbaar op foto) gemeten.

[klazon]

BTW: ik heb geen extra overgangen, "gewoon" Cu en Fe op het einde in elkaar gedraaid en aan de andere uiteinden ( niet zichtbaar op foto) gemeten.

Je hebt wel een extra overgang. Ergens ga je van de ijzerdraad weer naar een meetsnoer en dat is zeer waarschijnlijk van koper.

[Thionyl]

Waarom niet gewoon Nikkelchroom-draad met Constantaan, dat geeft een groter spanningsverschil.

Die metaaldraden liggen altijd wel ergens in het Natuurkunde lokaal.

Daarnaast, denk ik, heeft het weinig zin om zo heet te stoken. IJzer heeft een Curie-temp van ca 700 gr en daarboven krijg je allerlei afwijkende waarden.

Ondanks dat zit ik ook nog wel met vragen over het Seebeck-effect van thermo-elementen. Daarin wordt ten eerste gesproken over 2 verschillende metalen enz. Maar zowel Ni-Chroom als Constantaan bevatten Nikkel.



Heb hier ook een experimentje met bovengenoemde draden gedaan en kreeg spanningswaardes tot bijna 40 mV en in het stroombereik tot ca 0,4 mA, met een simpele aansteker.

Toen dacht ik, doe eens gek. En heb de draden gesoldeerd met zilversoldeer. De gemeten waardes bleven gelijk en hoe ik dat weer moet verklaren??

Zal binnenkort eens de draden gewoon gaan (punt)lassen, ben benieuwd wat daar uit gaat komen. Heb natuurlijk wel wat lopen zoeken op internet, maar echt veel info, behalve wat bij Wiki, kon ik niet vinden. Misschien iemand anders die dat wel heeft?

Hoe dan ook, succes met je experimenten.