Termopary [measurement computing]

Jedną z najważniejszych wielkości fizycznych w automatyce jest temperatura. Do jej pomiaru w środowisku przemysłowym wykorzystywane są najczęściej termopary (ang. thermocouples). Termopara, nazywana również termoelementem, termoogniwem lub czujnikiem termoelektrycznym, jest chyba najczęściej stosowanym czujnikiem do pomiaru temperatury, wykorzystywanym w przemyśle, laboratoriach, transporcie czy też aparaturze pomiarowo-kontrolnej.

Wykorzystuje się ją również w bardzo wielu systemach akwizycji danych automatycznie wpisujących informacje oraz sterujących procesami przemysłowymi. Czujniki tego temu można także znaleźć w skanerach, systemach termowizyjnych oraz w sprzęcie wojskowym. Termopary działają w oparciu o zjawisko Seebecka, w którym na skutek ogrzania końcówki termopary, powstają siły termoelektryczne. Napięcie generowane przez termoelement zmienia się wraz ze zmianą temperatury (im wyższa temperatura, tym wyższe napięcie).

Typy termopary

Do budowy termopar wykorzystywanych jest kilka rodzajów stopów metali, a każdy z nich oferuje charakterystyki dedykowane do specyficznych zastosowań. Termopara składa się z dwóch drutów, wykonanych z innego materiału (metalu lub stopu metalu). Złącze końcówek obu drutów to spoina pomiarowa, nazywana również „gorącą”. Wolne końce przewodów tworzą tzw. punkt odniesienia. Termopary można podzielić na kilka podstawowych typów ze względu temperaturę pracy czujników. Określa się je symbolami literowymi – J, K, S, T, B, E, N, R. Najczęściej stosowane czujniki to termopara typu K (NiCr-Ni, zakres temperatur od -200 do +1200 stopni C, duża odporność na utlenianie), termopara typu J (Fe-CuNi, zakres temperatur od -40 do +750 stopni C, zastosowanie w atmosferze obojętnej, redukcyjnej, utleniającej, próżni), a także termopary typu E (NiCr-CuNi, -200…+900 stopni C), T (Cu-CuNi, -200…+350 stopni C) oraz N (NiCrSi-NiSi, -200…+1200 stopni C).

Przetworniki elektroniczne temperatury w termoparach

Do obsługi termopary czy też termometrów rezystencyjnych (Pt100, Pt1000, itp.) wykorzystuje się m.in. przetworniki elektroniczne temperatury. Są one przeznaczone do konwersji wyniku pomiaru temperatury na wartość prądu w standardzie 4-20 mA. Montuje się je w dwóch możliwych standardach – w głowicy lub na szynie DIN.

Czujnik termopary to powszechnie wykorzystywane urządzenie zabezpieczająco-sterujące. O popularności tego rozwiązania świadczy na pewno wysoka precyzja działania, obszerny zakres pomiarowy oraz elastyczna budowa, dzięki czemu ten rodzaj termometru znajduje szerokie zastosowanie, nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach pracy. Nie wymagają one zasilania zewnętrznego, charakteryzują się niską pojemnością cieplną, wysoką niezawodnością oraz małą bezwładnością czasową.