Temperatura to jedna z podstawowych wielkości fizycznych, z którymi mamy do czynienia niemal na każdym kroku — zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle. Jednak mimo jej powszechności, niewiele osób zastanawia się, czym właściwie jest temperatura i jak dokładnie przebiega pomiar temperatury. W tym artykule przyjrzymy się temu zagadnieniu zarówno od strony fizycznej, jak i praktycznej — omówimy między innymi, jak działają popularne czujniki temperatury, takie jak termopary czy czujniki rezystancyjne.

Czym jest temperatura? Fizyka w skrócie

W ujęciu fizycznym temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek w substancji. Innymi słowy, im szybciej poruszają się atomy lub molekuły danego materiału, tym wyższa jest jego temperatura. Jest to wielkość skalarna, wyrażana najczęściej w stopniach Celsjusza (°C), Kelwinach (K) lub rzadziej w Fahrenheitach (°F).

Temperatura wpływa na właściwości fizyczne i chemiczne substancji, takie jak gęstość, przewodnictwo cieplne, czy objętość. Jej precyzyjny pomiar jest więc niezbędny w wielu zastosowaniach — od kontroli jakości w produkcji przemysłowej po procesy laboratoryjne i badawcze.

Jak mierzymy temperaturę? Przegląd metod

Do pomiaru temperatury wykorzystywane są różne zjawiska fizyczne. Najczęściej spotykane w praktyce przemysłowej czujniki temperatury to:

  • Termopary (czujniki termoelektryczne np. TP-201 … 206)
  • Czujniki rezystancyjne (RTD, np. Pt100, Pt1000 np. TP-207 … 209)
  • Termistory (NTC, PTC) (u nas na życzenie)
  • Czujniki na podczerwień (bezkontaktowe np. termowizja już w krótce u nas!)

Termopary — jak działają?

Termopary to czujniki temperatury, które wykorzystują zjawisko Seebecka — polegające na generowaniu siły elektromotorycznej (napięcia) na styku dwóch różnych metali, gdy znajdują się one w różnych temperaturach. Im większa różnica temperatur między końcami przewodów, tym większe napięcie jest generowane, co można precyzyjnie zmierzyć i przeliczyć na wartość temperatury.

Termopary są wytrzymałe, szybkie i mogą pracować w bardzo szerokim zakresie temperatur — od kilkudziesięciu do nawet 1800°C, w zależności od typu. Najpopularniejsze typy termopar to: K, J, T, N, S, B.

Czujniki rezystancyjne — precyzja w pomiarze

W przypadku czujników rezystancyjnych (RTD), takich jak Pt100 czy Pt1000, pomiar temperatury oparty jest na zależności rezystancji metalu (najczęściej platyny) od temperatury. Gdy temperatura wzrasta, wzrasta również opór elektryczny elementu pomiarowego, co jest mierzone i przeliczane na wartość temperatury.

Czujniki rezystancyjne są znane z bardzo wysokiej dokładności i stabilności, dlatego często stosuje się je w zastosowaniach laboratoryjnych, kalibracyjnych oraz w automatyce przemysłowej.

Inne sposoby pomiaru temperatury

Oprócz termopar i czujników rezystancyjnych istnieją także inne metody pomiaru temperatury:

  • Termistory – zmieniają rezystancję w zależności od temperatury, stosowane w urządzeniach domowych i prostych systemach.
  • Pirometry – mierzą temperaturę na podstawie promieniowania cieplnego emitowanego przez ciało (bezkontaktowy pomiar temperatury).
  • Czujniki półprzewodnikowe – zintegrowane układy scalone, popularne w elektronice użytkowej.

Podsumowanie

Choć temperatura wydaje się czymś intuicyjnym, jej dokładny pomiar wymaga zaawansowanej wiedzy z zakresu fizyki i inżynierii. Wybór odpowiedniego czujnika temperatury zależy od wielu czynników: zakresu pomiarowego, wymagań dotyczących dokładności, warunków środowiskowych czy też dostępnych środków finansowych.

Niezależnie od tego, czy wykorzystujemy termopary w piecach hutniczych, czujniki Pt100 w instalacjach HVAC, czy termistory w sprzęcie AGD — wszystkie te rozwiązania opierają się na precyzyjnych i sprawdzonych zasadach fizycznych. Warto więc wiedzieć, jak działa pomiar temperatury i jak wiele zależy od odpowiedniego doboru technologii.

Co równie istotne — dla poprawnego działania całego systemu pomiarowego, czujniki temperatury, przetworniki i regulatory muszą być ze sobą właściwie dopasowane. Każdy z tych elementów pracuje w określonych standardach sygnałów i charakterystykach. Niedopasowanie może prowadzić do błędnych odczytów, niestabilnej regulacji lub nawet uszkodzenia urządzeń. Dlatego tak ważne jest, aby już na etapie projektowania aplikacji zadbać o spójność całego toru pomiarowo-regulacyjnego.