Termopara jako czujnik temperatury mp w nagrzewnicach

Termopara to element obwodu elektrycznego w którego skład wchodzą dwa różne przewodniki. Do mierzenia temperatury wykorzystuje się zjawisko Seebecka zachodzące na styku dwóch przewodników. Termopary odznaczają się dużą dokładnością i elastycznością konstrukcji więc znajdują szerokie zastosowanie nawet w trudno dostępnych miejscach. Ich wadą jest słaba trwałość mechaniczna złącza pomiarowego i możliwość przepływu prądu poza obwodem termopary co może okazać się niebezpieczne.  Można się przed tym wystrzec stosując izolację jednak izolacja wydłuża czas reakcji termopary na zmianę temperatury. Jeśli potrzebujemy małej bezwładności pomiaru temperatury, stosujemy termoparę bez osłony. W przemyśle jednak częściej spotykamy termopary w osłonie metalowej.

Termopara składa się z pary różnych metali najczęściej w postaci przewodów złączonych na jej końcach. Jedno złącze umieszczone jest w miejscu pomiaru podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze odniesienia (np. wnętrze szafy sterowniczej). Pod wpływem różnicy temperatury między złączami powstaje różnica potencjałów proporcjonalna do różnicy temperatur.

Termoelementy można podzielić na trzy grupy w zależności od zakresu pomiarowego:

• Grupa I zakres temperatur od −200 do 1200 °C. Brak metali szlachetnych.
• Grupa II zakres temperatur od 0 do 1600 °C. Platynowo-rodowe.
• Grupa III zakres temperatur od 0 do 2200 °C. Wolframowo-renowe.

Grupa I

Typ „K” – NiCr-NiAl

Stosowany w zakresie temperatur od −200 do 1200 °C. Zależność SEM od temperatury dla tego termoelementu jest prawie liniowa, a jego czułość wynosi 41 µV/°C.

Typ „J” oraz „L” – Fe-CuNi

Ma on duże znaczenie w przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych (wtryskarki i formy wtryskowe). Zakres mierzonych temperatur wynosi od −40 do 750 °C. Ich czułość wynosi 55 µV/°C.

Typ „E” – NiCr-CuNi

Ze względu na wysoką czułość (68 µV/°C), ten typ termoelementu stosowany jest przede wszystkim w zakresie niskich temperatur kriogenicznych, od −200 do 900 °C. Jest to materiał niemagnetyczny, co może być cenną zaletą w niektórych zastosowaniach specjalnych.

Typ „N” – NiCrSi-NiSi

Ten termoelement ma bardzo dobrą stabilność termiczną, porównywalną z termoparami platynowymi. Wykazuje także znakomitą odporność na utlenianie aż do wysokich temperatur. Jest idealnym narzędziem do dokładnych pomiarów temperatury w powietrzu do +1200 °C. Czułość wynosi 39 µV/°C.

Typ „T” – Cu-CuNi

Jest to najrzadziej używany typ termoelementu. Jego zakres pomiarowy wynosi od −200 do 350 °C, a czułość 30 µV/°C.

Grupa II

Typ „S” – PtRh10-Pt

Są one używane zazwyczaj w atmosferze silnie utleniającej w zakresie wysokich temperatur do 1600 °C. Czułość około 10 µV/°C.

Typ „R” – PtRh13-Pt

Podobnie jak termoelement „S” używane w atmosferze silnie utleniającej, ale mają większą czułość – około 14 µV/°C.

Typ „B” – PtRh30-PtRh6

Umożliwiają pomiar temperatury do 1800 °C. Bardzo stabilny termoelement, ale mało czuły, zwłaszcza w zakresie niższych temperatur.

Grupa III

Typ „C” – Wolfram-Ren / 5% Wolfram

Typ „D” – Wolfram-Ren / 25% Wolfram

Termoelementy te używane są do pomiaru bardzo wysokich temperatur do 2300 °C, w atmosferze redukującej, obojętnej lub w próżni.

Czujnik PT100 - pomiar temperatury w sterowaniu nagrzewnic

W przemyśle często zachodzi potrzeba pomiaru temperatury bądź jej monitorowanie. Jednym z podstawowych czujników szeroko stosowanych w przemyśle jest czujnik PT100. 

Działa na zasadzie zmiany rezystancji w zależności od temperatury. Materiał z którego jest wykonany to platyna, której oporność w temperaturze 0 stopni wynosi 100 omów. Platyna ma dodatni współczynnik temperaturowy oporności czyli rezystancja wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Zmiana rezystancji jest funkcją temperatury 0,39 Ω/1 °C .

Przykład zmiany rezystancji przedstawia poniższa tabela.

Jeden czujnik może składać się z kilu rezystorów w jednej obudowie, lecz najczęściej spotykane są czujniki zbudowane z jednego rezystora. Może być wykonany w kilu wariantach połączeniowych : 2,3 lub 4 przewodowym, z czego czujnik w 4 wariancie jest najdokładniejszy. Czujnik PT100 może mierzyć temperatury od -196 do +600 °C

Poniższy rysunek przedstawia różne warianty połączeniowe czujnika PT100 : 

Jako ze rezystancja czujnika jest mała, zwykle do jego obsługi stosuje się specjalne dedykowane  przetworniki temperatury, które przekształcają rezystancję na napięcie lub prąd, przez co wartość temperatury może być odczytywana przez sterowniki PLC, regulatory temperatury, bądź inne urządzenia.