Hoofdstuk 5 Temperatuur en warmteflux meetmethoden 5.1 Inleiding

54 Hoofdstuk 5. Temperatuur en warmteflux meetmethodeneen bepaalde massa ρV , een warmtecapaciteit c en een warmtewisselend oppervak A. Verdergaan we er van uit dat het lichaam op een homogene temperatuur is (Bi ≡ αD/λ k ≪ 1: ziewarmte-overdracht). De energiebalans luidt dan:ρcV dT kdt= α(T k − T gg )A + ɛ k σ( )Tk 4 − T omg4 A (5.17)Veronderstel voor de eenvoud dat straling te verwaarlozen is (temperatuurverschillen kleinerdan 100 K) en we het lichaam beschouwen als een bol met diameter D (V = 4π/3(D/2) 3 ;A = 4π(D/2) 2 ) dan volgt:τ dT kdt+ T k = T g met τ =πρ Dc8α(5.18)Als we nu als voorbeeld nemen D = 0.1 mm, α = 100 W/m 2 K, ρ = 9000 kg/m 3 en c =0.4 kJ/kgK (koper) dan vinden we een tijdsconstante van τ ≈ 1 s. Deze afschatting is ergconservatief omdat in de praktijk de tijdconstante voor een dergelijk thermokoppel een ordelager ligt.5.3.3 ProbleempuntenHet grote voordeel van thermokoppels is dat ze goedkoop en eenvoudig toe te passen zijn. Erzijn echter ook een aantal nadelen en/of probleempunten te noemen.• Door het aanbrengen van het thermokoppel in de stroming of het object waarvan de temperatuurgemeten moet worden kan de stroming en/of het temperatuurveld veranderen.• Indien in een hete omgeving wordt gemeten moeten de legeringen in het koppel een smelttemperatuurhebben die lager is dan de omgevingstemperatuur.• De koppeltemperatuur zal afwijken van de lokale omgevingstemperatuur vanwege stralingen convectie. Dit effect kan in belangrijke mate worden gereduceerd door het toepassenvan dunne koppels. Minimaal haalbaar is in de orde van grootte van 10µ m. Dergelijkekoppels zijn uiteraard zeer fragiel.• De responsietijd van het thermokoppel wordt in belangrijke mate bepaald door de diameteren de warmte-overdrachtscoëfficiënt.Ook hiervoor kunnen dus dunne koppels een uitkomstbieden.• Thermokoppels berusten op het z.g.n. Seebeck-effect, herverdeling van de elektronen ineen draad a.g.v. temperatuurgradiënten. Dit fenomeen hangt nauw samen met de matrixstructuurvan het metaal. Indien hier na ijking veranderingen in optreden kan dat nadeligegevolgen hebben voor de nauwkeurigheid. De volgende effecten kunnen de matrixstructuurbeïnvloeden.– Lokale deformaties door te grote krommingen in de draad.