Wybór odpowiedniego czujnika temperatury to kluczowy element każdego systemu pomiarowego. Dwa najpopularniejsze typy to termopara oraz termorezystor (RTD – Resistance Temperature Detector). Każde z tych rozwiązań ma swoje zalety i ograniczenia. Jak więc zdecydować, który czujnik będzie najlepszy dla konkretnego zastosowania?
Termopara – kiedy warto ją wybrać?
Termopary działają na zasadzie efektu Seebecka – generują napięcie proporcjonalne do różnicy temperatur między dwoma punktami złącza wykonanego z różnych metali. Są one wyjątkowo uniwersalne i znajdują zastosowanie w wielu aplikacjach przemysłowych.
Zalety termopar:
- Bardzo szeroki zakres pomiarowy (nawet do 1800°C w przypadku typu B, S lub R),
- Szybki czas reakcji,
- Odporność na drgania i warunki ekstremalne,
- Niski koszt produkcji.
- Możliwość wykonania bardzo drobnego elementu pomiarowego (np. TP-201 o Ø = 0,5mm)
Kiedy wybrać termoparę:
Termopary najlepiej sprawdzają się w środowiskach o wysokich temperaturach, w piecach przemysłowych, silnikach spalinowych, turbinach czy procesach metalurgicznych. Są niezastąpione tam, gdzie liczy się szybkość reakcji i odporność na agresywne warunki.
Termorezystor – kiedy lepszy będzie pomiar rezystancyjny?
Termorezystory, takie jak popularne czujniki Pt100 lub Pt1000, działają w oparciu o zmianę rezystancji przewodnika (zazwyczaj platyny) w zależności od temperatury. Są znane ze swojej precyzji i powtarzalności.
Zalety termorezystorów:
- Wysoka dokładność pomiaru (nawet ±0,1°C),
- Dobra stabilność długoterminowa,
- Możliwość dokładnej kalibracji,
- Mniejsze wahania sygnału w przypadku zakłóceń elektromagnetycznych.
Kiedy wybrać termorezystor:
Termorezystory są idealne do zastosowań, w których kluczowa jest dokładność i stabilność – np. w laboratoriach, chłodnictwie, przemyśle farmaceutycznym i spożywczym, a także w automatyce HVAC.
Porównanie – termopara a termorezystor
| Cecha | Termopara | Termorezystor |
|---|---|---|
| Zakres pomiaru | –40°C do +1600°C | –200°C do +550°C |
| Dokładność | Średnia | Wysoka |
| Czas reakcji | Bardzo szybki | Szybki |
| Odporność na warunki | Wysoka | Średnia |
| Koszt | Niski | Wyższy |
Dlaczego dopasowanie systemu pomiarowego ma znaczenie?
Wybór czujnika temperatury to tylko jeden element układu. Równie istotne jest dopasowanie przetwornika temperatury i regulatora temperatury do konkretnego typu czujnika. Termopary i termorezystory generują różne sygnały, wymagają innych układów kondycjonowania i mają różne wymagania kalibracyjne. Tylko odpowiednio dobrany zestaw zapewnia wiarygodny pomiar temperatury i bezproblemową pracę całego systemu.
Wpływ przewodów na dokładność pomiaru
W praktyce przemysłowej często zdarza się, że czujnik temperatury jest oddalony od miernika, przetwornika lub sterownika o kilka lub kilkanaście metrów. W takich przypadkach istotną rolę odgrywa jakość oraz konstrukcja przewodów przyłączeniowych.
Termorezystory – dokładność a długość przewodu
W przypadku termorezystorów, np. Pt100, pomiar temperatury polega na odczycie rezystancji platynowego elementu. Jednak każdy dodatkowy metr przewodu miedzianego wprowadza swoją własną rezystancję, która zakłóca odczyt – szczególnie w konfiguracjach 2-przewodowych. Dla przykładu, typowa rezystancja miedzi to ok. 0,035 Ω/m przy przekroju 0,22 mm². Błąd pomiaru może zatem wynosić nawet kilka dziesiątych stopnia Celsjusza przy dłuższych połączeniach.
Aby skompensować ten efekt, stosuje się układy:
- 3-przewodowe – pozwalają na częściowe skompensowanie wpływu przewodów dzięki zastosowaniu układu różnicowego,
- 4-przewodowe – eliminują wpływ przewodów praktycznie całkowicie, umożliwiając bardzo precyzyjny pomiar, nawet przy długich trasach kablowych.
Należy jednak pamiętać, że przewody 3- i 4-przewodowe są droższe (zarówno sam przewód, jak i elementy pomiarowe) oraz wymagają bardziej zaawansowanych układów pomiarowych. Dlatego warto dobrać odpowiedni typ połączenia już na etapie projektowania – uwzględniając długość trasy i wymagany poziom dokładności.
Termopary – mniej wrażliwe na długość przewodu, ale…
Termopary działają na innej zasadzie – generują napięcie termoelektryczne zależne od temperatury złącza. Choć są mniej podatne na wpływ długości przewodu, to wymagają stosowania specjalnych przewodów kompensacyjnych lub przewodów termoparowych, które są wykonane z materiałów odpowiadających danemu typowi termopary (np. chromel-alumel dla typu K).
Użycie zwykłego przewodu miedzianego do przedłużenia termopary może prowadzić do poważnych błędów pomiarowych. Przewody kompensacyjne również mają swoją cenę, szczególnie w przypadku długich tras – dlatego należy je starannie dobrać i unikać niepotrzebnych połączeń i przejść między różnymi materiałami.
Wniosek – projektuj z wyprzedzeniem
Przy wyborze czujnika – niezależnie czy będzie to termopara czy termorezystor – należy uwzględnić także warunki montażu, długość przewodów i miejsce montażu przetwornika lub miernika. Odpowiedni dobór przewodów, złączy oraz samego typu połączenia (2-, 3- lub 4-przewodowego) to klucz do dokładnego i stabilnego pomiaru temperatury w dłuższej perspektywie.
Podsumowanie
Jeśli zależy Ci na wysokiej dokładności i stabilności – wybierz termorezystor. Jeśli Twoja aplikacja wiąże się z bardzo wysokimi temperaturami lub trudnymi warunkami – wybierz termoparę. Jako producent czujników temperatury oferujemy zarówno rozwiązania standardowe, jak i czujniki na miarę, dopasowane do indywidualnych potrzeb.
Jeżeli nadal masz wątpliwości co wybrać do swojego układu, skontaktuj się z nami!