Termopara to jeden z najpopularniejszych czujników temperatury. Mimo dużej niezawodności, z różnych przyczyn może wskazywać błędne wartości pomiarowe. We wpisie omawiamy aż 18 najczęściej występujących błędów oraz sposoby zapobiegania i rozwiązywania ich. Sprawdź nasz kompletny poradnik!
Termopary (czujniki termoelektryczne) to czujniki temperatury, które składają się z dwóch drutów wykonanych z różnych metali, połączonych ze sobą na jednym końcu, tworzącym spoinę pomiarową. Wolne końce termopary mierzą napięcie, które powstaje, gdy spoina jest podgrzewana lub chłodzona. Jest ono proporcjonalne do różnicy temperatur spoiny pomiarowej oraz wolnych końców – zacisków.
Termopary są powszechnie używane w wielu zastosowaniach przemysłowych, ponieważ są wytrzymałe, stosunkowo niedrogie, posiadają dokładność wystarczającą do większości aplikacji oraz nie wymagają zewnętrznego zasilania. Czujniki termoelektryczne są cenione również za szeroki zakres pomiarowy – w zależności od zastosowanych materiałów termopara może mierzyć temperaturę od -200°C do +1250°C. Jednakże, z różnych przyczyn, mogą występować błędy w pomiarach temperatury za pomocą tych urządzeń.
Najprostszym sposobem na sprawdzenie, czy termopara działa prawidłowo jest zasymulowanie pomiaru za pomocą generatora miliwoltowego, który podpina się bezpośrednio do urządzenia wskazującego. Zadaj wartości podane w szeregach napięciowych i porównaj wskazania z przyporządkowanymi im temperaturami. Tak najszybciej stwierdzisz, czy ustawiona linearyzacja względnie zakresu pomiarowego została wybrana prawidłowo.
W celu przeprowadzenia szybkiego testu odizoluj kawałek przewodu kompensacyjnego, skręć żyły na jednym końcu i podepnij urządzenie wskazujące. Skręcone żyły tworzą termoparę, za pomocą której, ogrzewając spoinę, możesz sprawdzić podstawowe działanie urządzenia.
Jeśli termopara nie działa prawidłowo, sprawdź najczęstsze przyczyny błędów:
Problem: Często spotykamy się z tym, że na przetworniku został wybrany nieodpowiedni typ termopary. Tego typu błędy się zdarzają, ponieważ istnieje wiele różnych typów tych czujników np. termopary typu K, typu J czy typu S do wysokich temperatur.
Musisz być uważny, ponieważ każdy z nich ma inny zakres, dokładność i wyjście elektryczne. Wybór niewłaściwego typu termopary podczas wprowadzania ustawień do przetwornika podczas instalacji może być przyczyną błędnych pomiarów.
Rozwiązanie: Różne typy czujników termoelektrycznych są oznaczone odpowiednimi kolorami. Zawsze sprawdź kod kolorystyczny na płaszczu termopary przed ustawieniem przetwornika.
Oznaczenie kolorystyczne termopar – płaszcz i przewody kompensacyjne
Problem: Najczęściej występującym błędem w przypadku podłączenia termopary jest odwrócona lub zmieniona polaryzacja przewodów wiodących. W takim przypadku zmierzona temperatura będzie nieprawidłowa z powodu różnicy temperatur obu końców przewodów.
Takie pomyłki się zdarzają, ponieważ intuicyjnie oczekuje się, że czerwony przewód będzie dodatni. Jednak w termoparach, zgodnie ze standardem ANSI, ten kolor przewodu jest ujemny.
Rozwiązanie: Sprawdź dwukrotnie podłączenie termopary i, jeśli to koniecznie, zamień przewody.
Przyrząd wskazujący wskazuje temperaturę pomieszczenia
Uszkodzona termopara lub przewód
Wskazanie zgodne co do wartości, ale ze znakiem minus
Zamieniona biegunowość w urządzeniu wskazującym.
Wskazana temperatura jest wyraźnie za wysoka; drift wskazania
a) Zamieniona biegunowość przewodu wyrównawczego na głowicy połączeniowej (wskutek zamiany przewodów powstają dwie dodatkowe termopary)
b) Niewłaściwy przewód kompensacyjny
Wskazanie jest jednoznacznie za wysokie lub za niskie
a) Niewłaściwa linearyzacja w urządzeniu wskazującym.
b) Niewłaściwy przewód kompensacyjny
Wskazanie jest za wysokie lub za niskie o stałą wartość
Niewłaściwa temperatura punktu porównawczego
Wskazanie prawidłowe, ale powoli driftuje
Temperatura punktu porównawczego jest niestabilna lub nie została zmierzona.
Wskazanie zawiera błąd o wartości 20 do 25 °C
Linearyzacja termopary typu L jako J lub odwrotnie.
Po odłączeniu jednego bieguna termopary wciąż wskazywana jest jakaś wartość
a) Napięcia elektromagnetyczne zakłócają przewód wejściowy
b) Z powodu braku separacji galwanicznej i niedostatecznej izolacji pojawiły się napięcia zakłócające, przenikające np. przez izolację pieca.
Nawet po odłączeniu obu biegunów termopary wciąż wskazywana jest wysoka wartość
a) Zakłócenia elektromagnetyczne zakłócają przewód wejściowy
b) Napięcia galwaniczne, wywołane np. przez wilgotną izolację, zakłócają przewód wyrównawczy
Problem: Pamiętaj o tym, że termopary mierzą zmiany w bieżącej temperaturze, a nie temperaturę bezwzględną. W związku z tym, znajdujące się w pobliżu urządzenia, takie jak wentylatory, mogą być przyczyną błędnych odczytów.
Rozwiązanie: Nie trzymaj w pobliżu spoiny odniesienia wentylatorów ani innych źródeł chłodzenia lub ogrzewania. Upewnij się także, że złącze termopary jest izolowane, gdyż to pomaga chronić je przed ekstremalnymi temperaturami.
Problem: Jeśli termopara jest uziemiona w więcej niż jednym miejscu, może powstać negatywne zjawisko zwane "pętlą uziemienia". Polega ono na tym, że prąd przepływa przez termoparę z jednego uziemienia do drugiego, co skutkuje powstawaniem pól elektromagnetycznych. Pola te zakłócają częstotliwości radiowe, co z kolei wpływa na dokładność pomiaru temperatury.
Rozwiązanie: Uziem albo przetwornik (głowicę przyłączeniową) albo sterownik/rejestrator, ale nie oba jednocześnie.
Problem: Zawartość procentowa stopów metali, z których wykonane są druty termopary, może różnić się nieznacznie zależnie od partii. Pewne błędy w dokładności czujników termoelektrycznych, wynikające z procesu produkcyjnego, są nieuniknione. Typowa dokładność wynosi ±1-2°C, co jest wystarczające dla większości zastosowań przemysłowych.
Rozwiązanie: Jeśli w Twoja aplikacja wymaga wyjątkowo wysokiej dokładności, zamów termopary z drutami o specjalnym limicie. Są one produkowane w najwyższych tolerancjach, aby zanieczyszczenia były jak najmniejsze, a spójność w proporcjach stopu jak największa.
Zwróć również uwagę na to, by kupować termopary od zaufanych dostawców. W JUMO dbamy o kontrolę jakości naszych czujników termoelektrycznych, aby możliwie ograniczyć występowanie problemów ze stopem drutu.
Problem: Jak każde urządzenie lub maszyna, termopara używana kilka-kilkanaście lat zużywa się. Urządzenia te są narażone na działanie ekstremalnych temperatur, ciśnienia i innych sił, które nieuchronnie powodują ich starzenie się.
Rozwiązanie: Zużytą termoparę wymień na nową. W spowolnieniu procesu starzenia się urządzeń pomiarowych pomaga regularna konserwacja.
