Termopary to urządzenia do pomiaru temperatury z termoelementem – połączenie dwóch drutów wykonanych z różnych materiałów – jako czujnikiem pomiarowym. Oprócz wspomianego termoelementu, składają się z przewodu łączącego spoinę pomiarową z punktem odniesienia, czyli zaciskami.
Jeden koniec termopary połączony jest w tzw. spoinę pomiarową, zaś wolne końce z drugiej strony są zaciskami, w których mierzone jest napięcie, które powstało na skutek efektu termoelektrycznego.
W większości przypadków termopara jest podłączana do innego urządzenia pomiarowego za pomocą przewodów łączących. Wśród nich wyróżniamy przewody przedłużające ikompensacyjne.
Przewody kompensacyjne są przeznaczone do podłączenia termopar do urządzeń pomiarowych. Są wykonane z materiału mającego taką samą charakterystykę elektryczną co termopara w zakresie temperatur dopuszczonych przez normę DIN EN 60 584, żeby nie zafałszować wyników pomiaru. Np. dla termopary typu K przewodowy kompensacyjne wykonane są z następujących rodzajów żył: Fe/Cu-Ni, Ni/Cr-Ni lub Pt-Rh/Pt.
Przewód kompensacyjny składa się z przewodów „+” i „–”, które przy temperaturach punktu przyłączenia do 200°C wytwarzają to samo napięcie termoelektryczne co termoelement.
Kable kompensacyjne dostępne są w różnych izolacjach, osłonach ochronnych i z wieloma żyłami. Są oznakowane kodem barwnym i wyróżnikiem literowym o następującym znaczeniu:
Przykład:
KX: przewód kompensacyjny do termopary NiCr-Ni typu „K“, wykonany z takiego samego materiału, co termopara
RCA: przewód kompensacyjny do termopary PtRh-Pt typu „R“, wykonany z materiału specjalnego typu A
Dlaprzewodów kompensacyjnych zdefiniowano dwie klasy tolerancji: 1 i 2. Klasa 1 ma jest osiągalna tylko dla przewodów termoprzewodzących wykonanych z tego samego materiału co termopara (typu X). Standardowo dostarczane są przewody kompensacyjne klasy 2.
Tabela 1. Wartości odchyleń granicznych dla danych zakresów temperatur stosowania w zależności od rodzaju klasy
Zakrestemperatur stosowania oznacza temperaturę, na którą można wystawić cały przewód wraz z zaciskami łączącymi go z termoparą, „tak aby nie przekroczyć podanych w tabeli wartości tolerancji. Z uwagi na nieliniowość napięć termoelektrycznych podane odchylenia graniczne w µV lub °C odnoszą się do temperatury pomiarowej, podanej w prawej kolumnie.
Konkretnieoznacza to na przykład:
Termopara typu J jest podłączona do przewodu kompensacyjnego typu JX, klasy 2. Jeżeli temperatura pomiarowa jest stała i wynosi 500 °C, a temperatura na zaciskach i/lub temperatura przewodów kompensacyjnych waha się między -25 °C a 200 °C, to wskazana temperatura zmienia się przy tym najwyżej o ±2,5 °C.
Tabela 2. Tolerancja wskazania temperatury przy termoparze typu "J" podłączonej za pomocą przewodu kompensacyjnego "JX" klasy 2 wynosi 2,5°C
Przewody kompensacyjne i przedłużające (termoelektyczne) to elementy instalacji pomiarowej, które łączą czujnik termoelektyczny z urządzeniem pomiarowym np. regulatorem, rejestratorem temperatury lub wskaźnikiem.
Główna różnica polega na tym, że przewody kompensacyjne wykonane są z materiałów zastępczych o takich samych właściwościach termoelektrycznych co termoelement, a przewody przedłużające składają się z takich samych materiałów jak termoelement.
Napięcie powstające na końcach termopary jest proporcjonalne do różnicy temperatury spoiny pomiarowej oraz temperatury odniesienia. Charakterystyka termopar w normach podawana jest dla temperatury odniesienia o wartości 0˚C. Tylko przy takiej wartości możliwe jest korzystanie z tablic bez wprowadzania poprawek do mierzonych wartości.
Jednakże, o ile w warunkach laboratoryjnych można osiągnąć temperaturę odniesienia 0˚C poprzez umieszczenie punktu odniesienia w wodzie z lodem, o tyle w przypadku pomiarów przemysłowych nie jest to możliwe – w takich warunkach temperatura w pobliżu instalacji czujnika waha się.
Ten problem rozwiązują przewody kompensacyjne – oddalają one spoinę odniesienia do miejsca, gdzie wahania temperatury otoczenia są stosunkowo niewielkie.
Dla termopar wg DIN EN 60 584 ustalono następującą zasadę: ramię dodatnie (plus) ma taki sam kolor jak płaszcz, a ramię ujemne (minus) jest białe. Dla „starych“ termopar typu „U“ oraz „L“ wg DIN 43 713 przyjęto jednak inne oznakowania:
Tabela 3. Oznaczenia kolorystyczne przewodów kompensacyjnych według obowiązujących i wycofanych norm
Jedynym wyjątkiem są przewody obwodów iskrobezpiecznych w urządzeniach przystosowanych do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. O ile są one kolorowe, płaszcz wszystkich przewodów kompensacyjnych jest jasnoniebieski, podczas gdy kolor żył jest zgodny z podanymi kodami barwnymi (Niebieski kolor termopary Cu-CuNi wg DIN 43 713 to granatowy).
Uwaga! Kodowanie kolorów może się różnić w zależności od normy
Przykład oznaczenia kolorem zielonym termopary typu K:
Przykład oznaczenia kolorem zielonym termopary typu K w JUMO
Wkręcana termopara typu K z kablem kompensacyjnym od JUMO dostępna jest w różnych wersjach i posiada przewód kompensacyjny k w silikonie lub z oplotem metalowym. W zależności od wersji, przewody kompensacyjne nadają się do stosowania w pomieszczeniach suchych i wilgotnych w zakresie temperatur od -20 do +350°C.
Termoparapłaszczowa z przewodem kompensacyjnym JUMO ma dostępny wkład pomiarowy typu J, K lub L. W zależności od wykonania kabel może być używany zarówno w suchych, jak i wilgotnych środowiskach procesowych. Temperatura pracy tej termopary mieści się w zakresie od -200 do 600°C.