PT100 czy termopara – jak wybrać czujnik temperatury

Jak działają PT100 i termopara

PT100 to czujnik rezystancyjny (RTD). Rezystor platynowy ma 100 Ω w 0 °C, a jego rezystancja rośnie o około 0,39 Ω na stopień. W 100 °C wynosi 138,5 Ω. Przyrząd przepuszcza przez rezystor niewielki prąd i na tej podstawie oblicza temperaturę. PT1000 działa tak samo, ale ma 1000 Ω w 0 °C. Charakterystyki określa norma IEC 60751.

Termopara to dwa przewody z różnych metali zespawane na końcu. Gdy spoina pomiarowa i drugi koniec, czyli spoina odniesienia, mają różne temperatury, powstaje niewielkie napięcie – dla typu K około 41 µV na stopień. Przyrząd mierzy temperaturę spoiny odniesienia i uwzględnia ją w wyniku; nazywa się to kompensacją zimnych końców. Typy termopar określa norma IEC 60584-1.

PT100 czy termopara – co wybrać?

Praktyczna zasada: gdy najważniejsze są dokładność i stabilność, a temperatura nie przekracza kilkuset stopni, lepszy jest PT100. Powyżej 600 °C, w szybkich procesach lub gdy czujnik musi być bardzo mały, lepsza jest termopara.

Klasy dokładności i typy termopar

Norma IEC 60751 dzieli elementy PT100 i PT1000 na klasy tolerancji. Tolerancja dotyczy samego elementu, a nie całego toru pomiarowego. Poniżej t oznacza temperaturę w °C:

Każda klasa obowiązuje tylko w określonym zakresie, który dla elementów cienkowarstwowych jest węższy niż dla drutowych. Klasa A obowiązuje np. od −30 do +300 °C dla elementów cienkowarstwowych i od −100 do +450 °C dla drutowych. Określenie 1/3 DIN oznacza jedną trzecią tolerancji klasy B.

Najpopularniejsze typy termopar

Układ 2-, 3- czy 4-przewodowy?

PT100 mierzy rezystancję, więc do wyniku dodaje się także rezystancja kabla. Przy podłączeniu 2-przewodowym i dziesięciu metrach kabla o żyłach 0,5 mm² błąd wynosi prawie 2 °C.

• Układ 2-przewodowy – najprostszy. Tylko do krótkich kabli lub czujników PT1000.
• Układ 3-przewodowy – standard w przemyśle. Przyrząd mierzy rezystancję jednej żyły i ją odejmuje, pod warunkiem że żyły są jednakowe.
• Układ 4-przewodowy – dwie żyły przewodzą prąd, dwie mierzą napięcie. Kabel nie ma wpływu na wynik. Do laboratoriów i kalibracji.

Na termopary rezystancja kabla nie wpływa w ten sam sposób. Za to przewód musi być tego samego typu co termopara aż do przyrządu. Połączenie ze zwykłym kablem miedzianym tworzy nowy punkt pomiarowy.

Czas odpowiedzi, osłony i przetworniki

Czas odpowiedzi podaje się często jako t0,5 lub t0,9: czas, po którym czujnik pokazuje 50% lub 90% skoku temperatury. Zależy on bardziej od osłony i medium niż od samego elementu. Płynąca ciecz daje krótki czas odpowiedzi, nieruchome powietrze – długi.

Osłona termometryczna chroni czujnik przed ciśnieniem, przepływem i ścieraniem oraz pozwala wymienić go bez opróżniania instalacji. Głębokość zanurzenia musi być wystarczająca. Często przyjmuje się co najmniej dziesięciokrotność średnicy osłony; w przeciwnym razie osłona odprowadza ciepło i czujnik zaniża lub zawyża wynik.

Przetwornik temperatury w głowicy przyłączeniowej lub na szynie DIN zamienia sygnał na 4–20 mA, IO-Link lub sieć polową. Alternatywą jest wejście analogowe sterownika PLC, które odczytuje PT100 i termopary bezpośrednio, albo przekaźnik temperaturowy sygnalizujący przekroczenie progu.

1. Niewłaściwy przewód termoparowy. Połączenia z kablem miedzianym lub przewodem kompensacyjnym niewłaściwego typu mogą powodować błędy rzędu kilku stopni.
2. Układ 2-przewodowy na długich kablach. Rezystancja kabla dodaje się do wyniku. Należy zastosować trzy lub cztery przewody albo przetwornik blisko czujnika.
3. Za płytkie zanurzenie. Czujnik przejmuje przez osłonę temperaturę otoczenia i pokazuje błędną wartość, zwłaszcza w rurach o małej średnicy.
4. Klasa obejmuje tylko element. Przetworniki i karty wejściowe mają własne błędy. Gdy liczy się dokładność, trzeba policzyć błąd całego toru i kalibrować go jako całość.

Gdzie stosuje się czujniki temperatury?

• Przemysł spożywczy i farmaceutyczny – higieniczne PT100 do pasteryzacji, mycia CIP i chłodni.
• Zakłady i maszyny – temperatura oleju i wody chłodzącej, łożysk i uzwojeń silników.
• Energetyka – ciepłownictwo, pompy ciepła, transformatory oraz generatory w elektrowniach wodnych i wiatrowych.
• Piece i metalurgia – termopary typu K, N lub S w piecach hartowniczych, odlewniach i hutach szkła.
• Pojazdy i maszyny mobilne – temperatura spalin, płynu chłodzącego i oleju hydraulicznego.
• Laboratoria i technika medyczna – 4-przewodowe PT100 do dokładnych pomiarów i kalibracji.

Czujniki temperatury w ofercie SCN

Oferujemy czujniki temperatury do cieczy i gazów w instalacjach rurowych firmy Wenglor, przekaźniki temperaturowe Tele Haase oraz moduły I/O Yaskawa i Moxa, które odczytują PT100 i termopary bezpośrednio. Wystarczy podać temperaturę, medium i rodzaj sygnału, a pomożemy w doborze.

Przykłady z naszej oferty

Najczęściej zadawane pytania

Czym różni się PT100 od PT1000?

Oba to rezystory platynowe zgodne z IEC 60751, ale PT1000 ma 1000 Ω w 0 °C. Rezystancja kabla ma więc mniejsze znaczenie i PT1000 lepiej sprawdza się w układzie 2-przewodowym. Przyrząd musi być ustawiony na właściwy typ.

Jak sprawdzić PT100 multimetrem?

Należy zmierzyć rezystancję między przewodami. W 0 °C powinna wynosić 100 Ω, a w 20 °C około 108 Ω. Bardzo wysoka wartość wskazuje na przerwę, wartość bliska zeru – na zwarcie.

Jaki typ termopary wybrać?

Typ K to uniwersalny wybór do około 1200 °C. Typ N jest stabilniejszy w wysokich temperaturach, typ T nadaje się do niskich temperatur, a typy R, S i B do najwyższych.

Co oznacza 1/3 DIN?

PT100 z tolerancją równą jednej trzeciej tolerancji klasy B, czyli około ±(0,1 + 0,0017·|t|) °C. Odpowiada to klasie AA według IEC 60751.

Dlaczego termopara pokazuje złą temperaturę?

Typowe przyczyny to niewłaściwy przewód kompensacyjny, zamieniona biegunowość, źle ustawiony typ termopary w przyrządzie lub czujnik zestarzony przez wysoką temperaturę.