Podstawowa klasyfikacja

Czujniki temperatury składają się z elementu pomiarowego, umieszczonego w osłonie ochronnej, pozwalającej na ich lokację bezpośrednio w środowisku/medium, a także z wbudowanego przyłącza procesowego (np. gwint, flansza montażowa lub wersja wtykana bez przyłącza procesowego) oraz przyłącza elektrycznego (kabel podłączeniowy, głowica przyłączeniowa lub wtyczka).  

Czujniki temperatury można sklasyfikować pod względem sposobu działania na czujniki rezystancyjne (ang. resistive temperature detectors) i termoelektryczne, inaczej nazywane termoparami (ang. thermocouples).

Rezystancyjne czujniki temperatury 

Rezystancyjne czujniki temperatury (RTD/PRT) reagują na zmianę temperatury zmianą rezystancji znajdującego się w nich rezystora. Wykorzystują one zjawisko zmiany rezystancji metali wraz z temperaturą. W momencie wzrostu temperatury wzrasta amplituda drgań jąder atomów oraz prawdopodobieństwo zderzeń elektronów swobodnych i jonów, co ze względu na hamowanie ruchu elektronów powoduje wzrost rezystancji.

Najczęściej stosuje się czujniki rezystancyjne typu Pt100, których rezystancja wynosi 100 Ω przy temperaturze 0°C lub sensory typu Pt1000, o rezystancji 1000 Ω przy temperaturze 0°C. Obydwa czujniki charakteryzują się dużą dokładnością pomiarów, a także zapewniają szeroki zakres pomiarowy, liniowość charakterystyki pomiarowej, trwałość, dokładność oraz łatwość ich podłączenia.

Wartość rezystancji zgodnie z normą europejską, to: RPt100 = 100 + 0,385 055 x T. Dodatni współczynnik temperatury Pt100 to 0,385 055 Ω/K. Alternatywne ujęcie: RPt100 = (100 + 0,390 802 x T - 0000 058 0195 x T2).

Termopary

Termopara, nazywana również termoelementem, termoogniwem lub czujnikiem termoelektrycznym, to jeden z najpopularniejszych czujników temperatury wykorzystywanych obecnie w automatyce przemysłowej, a także laboratoriach, transporcie czy też aparaturze pomiarowo-kontrolnej. Czujniki temperatury tego typu wykorzystywane są również w wielu systemach akwizycji danych automatycznie rejestrujących dane pomiarowe oraz systemach sterujących procesami przemysłowymi. Termopary można znaleźć także w skanerach, systemach termowizyjnych oraz w sprzęcie wojskowym.

Termopara to element zbudowany z dwóch drutów wykonanych z różnych materiałów. Jeden koniec jest połączony w tzw. spoinę pomiarową, zaś wolne końce z drugiej strony są zaciskami, za pomocą których mierzone jest powstałe na skutek efektu termoelektrycznego napięcie (zjawisko Seebecka).

Wyróżnia się kilka podstawowych typów termopar ze względu na temperaturę pracy czujników. Określa się je symbolami literowymi – J, K, S, T, B, E, N, R. Najczęściej stosowane są termopary typu K (NiCr-Ni, zakres temperatur od -200 do +1200°C, duża odporność na utlenianie), termopary typu J (Fe-CuNi, zakres temperatur od -40 do +750°C, zastosowanie w atmosferze obojętnej, redukcyjnej, utleniającej, próżni), a także termopary typu S (PtRh10-Pt, do 1600°C), T (Cu-CuNi, -200…+350°C) oraz N (NiCrSi-NiSi, -200…+1200°C). 

Czujniki temperatury RTD vs termopary

Czujniki rezystancyjne są dokładniejsze niż termopary, ale mogą być używane w węższym zakresie temperatury. Termopary sprawdzą się lepiej w aplikacjach wysokotemperaturowych, natomiast czujniki RTD będą idealne w aplikacjach, w których wymagana jest wyższa dokładność (przy niższej temperaturze).

Termopary

  • wykorzystywane do pomiaru wysokich temperatur
  • solidna budowa
  • stosunkowo niska cena
  • zapewniają mniejszą dokładność niż RTD
  • wymagają kompensacji zimnego złącza
  • wymagane jest zastosowanie odpowiedniego kabla kompensacyjnego

Czujniki RTD

  • bardziej precyzyjne niż termopary
  • nie wymagają kompensacji zimnych końców
  • do wydłużenia przewodów pomiarowych można użyć zwykłych przewodów miedzianych
  • tańsze niż termopary.