Zasady pomiaru temperatury

Dlaczego pomiar temperatury jest ważny?

Jak mierzyć temperaturę w zastosowaniach przemysłowych?

Termometry bimetaliczne

Termopary

Czujki z termometrem rezystancyjnym

Osłony

Przetworniki temperatury

Jak wybrać przemysłowy miernik temperatury?

1) Jakie jest zastosowanie?

2) Jaki zakres temperatur jest wymagany?

3) Jaka jest wymagana dokładność i czas reakcji?

4) Jakie są warunki instalacji?

Potrzebujesz więcej informacji na temat czujników temperatury?

Dlaczego pomiar temperatury jest ważny?

Pomiar temperatury jest tak ważny, ponieważ odgrywa istotną rolę w jakości produktów końcowych i bezpieczeństwie zakładu. Wynika to z faktu, że temperatura może, na przykład, mieć znaczący wpływ na kilka aspektów, takich jak smak, lepkość, gęstość, rozpuszczalność i stan skupienia produktu.

W tym kontekście nasuwa się pytanie, jaka jest w ogóle definicja temperatury? W kilku słowach, temperatura może być zdefiniowana jako wielkość fizyczna energii cieplnej, mierząca poziom energii kinetycznej w cząsteczkach. Im wyższa jest energia kinetyczna cząstki, tym wyższa jest temperatura i odwrotnie.

Jak mierzyć temperaturę w zastosowaniach przemysłowych?

Istnieją różne urządzenia do pomiaru temperatury w obszarach przemysłowych. Najczęściej stosowanymi czujnikami są termometry bimetaliczne, termometry przemysłowe z termoparami lub rezystancyjnymi czujnikami temperatury, znanymi również jako RTD, oraz przetworniki temperatury.

Termometry bimetaliczne

Termometry bimetaliczne, znane również jako termometry bimetalowe lub mierniki temperatury, składają się z dwóch różnych metali o różnych współczynnikach rozszerzalności. Gdy są one ogrzewane, jeden metal rozszerza się bardziej niż drugi, powodując deformację. Odkształcenie to jest przenoszone mechanicznie na wskazówkę w zegarze, gdzie temperatura może być mierzona i odczytywana na skali. Termometry bimetaliczne są doskonałym i ekonomicznym rozwiązaniem do miejscowego pomiaru i wskazywania temperatury.

Rysunek 1 - Budowa termometru bimetalicznego

Do termometrów bimetalicznych

Zalety termometrów bimetalicznych:

Niski koszt i niezawodność
Nie wymagają zasilacza
Dobre rozwiązanie do odczytów lokalnych

Ograniczenia termometrów bimetalicznych:

Wewnętrzne części ruchome mogą z czasem wymagać konserwacji
Z czasem może być konieczna ponowna kalibracja i korekta
Brak sygnału wyjściowego

Termopary

Rys. 2 - Działanie termopary

Termopary działają w oparciu o efekt termoelektryczny, gdzie para przewodów z dwóch przewodników elektrycznych z różnych materiałów jest połączona w jednym punkcie - punkcie pomiarowym, zwanym gorącym złączem. Pomiędzy złączem referencyjnym, zwanym zimnym złączem, można zmierzyć napięcie zmieniające się w zależności od mierzonej temperatury. Termopary mogą być wykonane z różnych materiałów, dlatego są różnie nazywane i przeznaczone do różnych zakresów temperatur.

Typ K (NiCr-NiAl) jest najbardziej powszechnym termoparą, niedrogim, ale niezawodnym czujnikiem w zakresie temperatur od -200 do 1300°C. Dla bardziej wymagających aplikacji z wyższymi temperaturami, termopary wykonane ze szlachetnych stopów z platyną i rodem, jak termopary typu B, R, i S mogą mierzyć temperatury powyżej 1700°C.

Termopary wymagają specjalnego okablowania. Jeżeli połączenie zostanie wykonane kablem z innego materiału niż termopara, to połączenie termopary z kablem spowoduje powstanie kolejnej termopary, która również będzie wytwarzać napięcie, powodując błędy w mierzonej wartości. Z tego powodu kable przedłużające i kompensacyjne termopar muszą być specjalnie do tego celu przeznaczone. Przy dużych odległościach specjalne okablowanie może być drogie, a system taki jest podatny na zakłócenia. Z tego powodu zaleca się stosowanie przetwornika temperatury w pobliżu czujnika, który będzie przekazywał mierzoną temperaturę za pomocą znormalizowanego i solidnego sygnału telemetrycznego, takiego jak 4-20 mA, 0-10 V lub cyfrowych protokołów komunikacyjnych.

Zalety termopar:

Niski koszt i niezawodność
Różne wersje dla różnych zakresów temperatur
Obsługuje wyższe temperatury w porównaniu do RTD
Szybszy czas reakcji w porównaniu z czujnikami RTD
Możliwość podłączenia do przetwornika temperatury

Ograniczenia termopar:

Sygnał nieliniowy
Sygnał niskonapięciowy podatny na zakłócenia elektryczne
Wymaga specjalnego okablowania
Dokładność może z czasem ulec zmianie, co wymaga ponownej kalibracji

Powrót do przeglądu

Czujki z termometrem rezystancyjnym

Czujniki termometryczne, znane również jako termometry rezystancyjne lub po prostu jako RTD, są czujnikami temperatury wykonanymi z materiału metalicznego, w których rezystancja elektryczna zmienia się w zależności od temperatury. Dzięki zależności pomiędzy temperaturą a rezystancją elektryczną można zmierzyć temperaturę. Najbardziej powszechnym materiałem dla RTD jest platyna, występująca w Pt100 i Pt1000 RTD, które zapewniają dobrze zdefiniowaną, stabilną i liniową wartość rezystancji. Jednakże, tańsze materiały, takie jak miedź i nikiel, mogą być również stosowane do produkcji czujników RTD.

Czujniki RTD mogą różnić się konstrukcją w zależności od producenta i modelu. Dwie najczęściej spotykane konstrukcje to nawinięte RTD i cienkowarstwowy RTD. Nawinięte czujniki RTD są bardziej dokładne i mogą pracować w szerszym zakresie temperatur. Są one jednak droższe i mniej odporne na naprężenia mechaniczne niż cienkowarstwowe RTD. Cienkowarstwowe RTD są również bardziej kompaktowe i mają lepszą odpowiedź w końcówce czujnika.

Rysunek 3 - Druciany RTD (po lewej); Cienkowarstwowy RTD (po prawej)

Rysunek 3 - Nawinięty RTD i Cienkowarstwowy RTD

Czujniki RTD mogą występować w konfiguracji 2, 3 lub 4-przewodowej. W RTD mierzona jest rezystancja czujnika. Jednakże rezystancja kabla sumuje się z rezystancją czujnika i może mieć znaczący wpływ na dokładność, w zależności od długości kabla. 3 i 4-przewodowe RTD zostały zaprojektowane tak, aby mogły być podłączone do kompensującego obwodu elektrycznego, który może skompensować rezystancję kabla, zmniejszając jej wpływ na pomiar, gdzie wersja 4-przewodowa jest najdokładniejsza ze wszystkich. W każdym przypadku zaleca się stosowanie przetwornika temperatury blisko czujnika przy łączeniu czujników na duże odległości. Dzięki temu rezystancja elektryczna okablowania nie będzie miała wpływu na wartość pomiaru.

Zapoznaj się z termometrami rezystancyjnymi

Zalety RTD:

Większa dokładność w porównaniu z termoparami
Bardziej liniowe i stabilne w porównaniu z termoparami
Możliwość podłączenia do przetwornika temperatury
Nie wymagają specjalnego okablowania

Ograniczenia RTD:

Droższe w porównaniu z termoparami
Zazwyczaj zaprojektowane dla temperatur poniżej 600 °C
Oporność kabla może mieć wpływ na wartość pomiaru

Osłony

Osłony termometryczne są stosowane w celu ochrony czujnika temperatury przed ścieraniem, korozją, wibracjami i uderzeniami mechanicznymi. Osłona termometryczna jest w zasadzie rurką, z jednym zamkniętym końcem, służącą jako osłona dla sondy temperatury. Oprócz ochrony czujnika temperatury, umożliwia również usunięcie lub wymianę czujnika bez konieczności zatrzymywania procesu.

Przy wyborze osłony termometrycznej należy wziąć pod uwagę kilka aspektów, takich jak średnica wewnętrzna i zewnętrzna, długość, materiał, przyłącze procesowe oraz konstrukcja, która powinna być kompatybilna z czujnikiem, który będzie na niej umieszczony.

Poznaj osłony termometryczne

Rysunek 4 - Sonda temperatury i osłona termometryczna

Zalety osłon termometrycznych:

Zapewnia odporność mechaniczną czujnika
Czujniki mogą być usuwane lub wymieniane bez konieczności zatrzymywania procesu

Ograniczenia osłony termometrycznej:

Wydłuża czas reakcji czujnika
Zwiększa straty ciśnienia z powodu większej powierzchni podstawy

Przetworniki temperatury

Rysunek 5 - Nadajnik głowicowy (z lewej), nadajnik na szynie DIN (z prawej)

Przetworniki temperatury służą do przesyłania sygnału pomiarowego na duże odległości za pomocą znormalizowanego sygnału telemetrycznego, np. 4-20 mA lub cyfrowych protokołów komunikacyjnych, które są bardzo wytrzymałe i odporne na zakłócenia elektryczne. Termometry kompaktowe mogą mieć zintegrowany przetwornik temperatury, ale samodzielny czujnik może być podłączony do przetworników szynowych i głowicowych, które są kompatybilne z większością typów termopar i RTD.

Niektóre modele przetworników temperatury będą miały również możliwość parametryzacji, kalibracji, zintegrowanej diagnostyki i innych funkcjonalności.

Poznaj przetworniki na szynę DIN i przetworniki głowicowe

Zalety przetworników temperatury:

Trwały przemysłowy sygnał telemetryczny na duże odległości
Oferuje parametryzację, kalibrację i diagnostykę, w zależności od modelu
Kompatybilny z szerokim zakresem czujników temperatury

Ograniczenia przetworników temperatury:

Koszty dodatkowe

Powrót do przeglądu

Jak wybrać przemysłowy miernik temperatury?

Na wybór czujnika temperatury może mieć wpływ wiele czynników, a ze względu na wszystkie aspekty techniczne, które należy wziąć pod uwagę, prawidłowy wybór może być trudny i czasochłonny. Jednakże, odpowiadając na kilka pytań poniżej, wybór będzie prostszy.

1) Jakie jest zastosowanie?	Ważne jest, aby zrozumieć, jakie jest zastosowanie czujnika, np. czy jest to pomiar temperatury cieczy i gazów zamkniętych w rurze lub zbiorniku, temperatury otoczenia w pomieszczeniu, czy nawet temperatury powierzchni. Każdy czujnik jest przeznaczony do określonego zadania i może nie działać dobrze, jeśli nie jest używany zgodnie z przeznaczeniem. Dlatego ważne jest, aby sprawdzić, czy czujnik jest przeznaczony do danego zastosowania.
2) Jaki zakres temperatur jest wymagany?	Każdy czujnik temperatury jest zaprojektowany do pracy w określonym zakresie temperatur. W przypadku zastosowania poza granicami zakresu, czujnik może mieć wpływ na niedokładność, nieprawidłowe działanie, a nawet uszkodzenie elementó systemu.
3) Jaka jest wymagana dokładność i czas reakcji?	Można znaleźć czujniki z różnymi klasy dokładności i czasami odpowiedzi. Dlatego ważne jest, aby sprawdzić, czy wybrany czujnik spełnia wymagania technologiczne.
4) Jakie są warunki instalacji?	Sondy temperatury mogą mieć różne długości wkładki, średnice sondy i przyłącza procesowe. Z tego powodu warto sprawdzić, czy wybrany czujnik ma wymiary i przyłącza zgodne z miejscem montażu.

Potrzebujesz więcej informacji na temat czujników temperatury?

Potrzebujesz pomocy przy wyborze czujnika temperatury? Z pomocą naszego zespołu inżynierów znajdziesz odpowiedni produkt do swoich zastosowań:

Napisz e-mail do naszego zespołu wsparcia

Zadzwoń do zespołu inżynierów

Zapoznaj się z naszymi wysokiej jakości przetwornikami temperatury:

Odwiedź kategorię Pomiar temperatury i wilgotności

Powrót do przeglądu