Termopara (czujnik termoelektryczny) to jeden z najpopularniejszych czujników do pomiaru temperatury wykorzystywanych w przemyśle. Działa na zasadzie zjawiska Seebecka. Jest to zjawisko termoelektryczne, które polega na tym, że w obwodzie składającym się z min. dwóch różnych przewodników, których złącza znajdują się w różnych temperaturach powstaje siła elektromotoryczna.
Termopary (czujniki termoelektryczne) zbudowane są z dwóch drutów z różnych metali, zespawanych ze sobą w miejscu zwanym złączem. Na złączu dokonywany jest rzeczywisty pomiar temperatury. Druty termopary chronione są przez metalową osłonę.
Termopary używane są zwykle do pomiaru wysokiej temperatury w zastosowaniach wymagających od czujnika temperatury szybkiej reakcji i odporności na wibracje.
Termopara jest uziemiona, gdy złącze jest przyspawane do osłony na końcu czujnika. W termoparze nieuziemionej złącze nie dotyka osłony.
Termopara uziemiona przekazuje ciepło w bardziej efektywny sposób. Złącze przyspawane do osłony szybciej reaguje na zmiany temperatury, ponieważ kontakt metal-metal tworzy krótszą ścieżkę termiczną w porównaniu z termoparą nieuziemioną.
Podsumowując, największą zaleta jest:
Jednakże uziemienie termopary może wywołać także niepożądany skutek uboczny, zwany "pętlą uziemienia". Jak dochodzi do tego zjawiska?
Gdy złącze jest przyspawane do osłony, również między przewodami a osłoną powstaje połączenie elektryczne. Może to prowadzić do "pętli uziemienia", gdy czujnik jest podłączony do uziemienia w miejscu pomiaru, a przewody są podłączone do sterownika uziemionego w innym miejscu. Oba te uziemienia mogą mieć różny potencjał napięcia, co tworzy niepożądany obwód i zakłócenia, które mogą uszkodzić sprzęt.
Podsumowując, główna wada to:
Uziemione złącze jest stosowane do pomiaru temperatury statycznych lub przepływających gazów korozyjnych i cieczy oraz do zastosowań wysokociśnieniowych.
Nieuziemiona termopara ma złącze pomiarowe nieprzyspawane do osłony. Zazwyczaj jej złącze na końcówce czujnika otoczone jest nieprzewodzącym proszkiem, takim jak tlenek magnezu. Jego zadaniem jest spowolnienie transferu ciepła z mierzonego medium do złącza termopary.
Ponieważ przewód termopary jest elektrycznie odizolowany od metalowej osłony i obudowy, użycie nieuziemionej termopary zmniejsza ryzyko powstania pętli uziemienia. Ponadto brak uziemienia zapewnia większą dokładność pomiaru temperatury, szczególnie w przypadku sygnałów o słabej mocy.
Podsumowując, największymi zaletami nieuziemionej termopary są:
mniejsze ryzyko wystąpienia pętli uziemienia
dokładniejsze pomiary
Nieuziemiona termopara ma wolniejszy czas reakcji.
Czujnik termoelektryczny bez uziemienia sprawdzi się w środowisku korozyjnym, gdzie pożądane jest, aby termopara była elektronicznie odizolowana od osłony i przez nią ekranowana
Skąd wiadomo, że powstała pętla uziemienia? Oznaki, które o tym mówią mogą być różne, m.in.:
większa podatność na zmiany pogody
niestabilne odczyty
w niektórych przypadkach urządzenie może przestać działać
w skrajnych przypadkach – dym
tylko jedno uziemienie - albo głowica przyłączeniowa albo sterownik/rejestrator, ale nie oba
wybór przetwornika, który ma wewnętrzną izolację między wejściem, wyjściem i uziemieniem, zwykle zapewnia izolację wystarczającą do wyeliminowania pętli uziemienia
izolatory, które można umieścić w obwodzie okablowania pętli
Jedyny niezawodny sposób to zastosowanie nieuziemionej termopary.
aplikacja – określ, do jakiego zastosowania potrzebujesz termopary
mierzony zakres temperatur – od niego zależny jest rodzaj termopary np. termopary typu k lub typu j dla wysokich temperatur czy termopary typu t najlepsze dla niskich temperatur
wymagania dotyczące instalacji
budowa np. termopary płaszczowe, kablowe
klasa dokładności