Czujniki procesowe – część 1 z 5 - Temperatura

Na rynku dostępnych jest bardzo wiele różnorodnych czujników temperatury, opartych na różnych zjawiskach fizycznych i powiązanych z nimi metodach pomiaru. W zależności od medium, którego temperatura jest mierzona, poszczególne z rodzajów czujników będą mniej lub bardziej stosowne. Ich dobór może okazać się niezwykle ważny dla poprawności przebiegu procesów technologicznych, bowiem w automatyce i technice procesowej, kontrola oraz regulacja temperatury są nierzadko jednymi z najważniejszych zadań. Odpowiednia temperatura me nierzadko kluczowy wpływ na poprawność, wydajność przebiegających procesów oraz na jakość powstających produktów. Monitorowanie temperatury pozwala też unikać zagrożeń.

Jak mierzyć temperaturę?

Wybór sposobu pomiaru temperatury będzie zależeć od wielu czynników. Przede wszystkim od medium, które będzie mierzone. Inne czujniki lepiej się sprawdzą do pomiaru temperatury gazów, a inne do ciał stałych. Ale to nie wszystko. Pozostałe parametry mierzonych substancji również mogą wpływać na dobór czujników. Znaczenie będą miały m.in.: ciśnienie i pH, które mogą uniemożliwić zastosowanie niektórych metod.

Po drugie, istotne jest czy dane medium można naruszyć – tj. czy możliwe jest wprowadzenie czujnika albo choćby dotknięcie substancji lub mierzonego przedmiotu sensorem. Jeśli nie, wtedy konieczne będzie zastosowanie metody bezkontaktowej. Niemożność wprowadzenia czujnika do mierzonej substancji może wynikać np. ze zbyt wysokiej temperatury mierzonej substancji, co ma miejsce np. w hutnictwie. Dlatego, oraz z innych powodów, ważnym aspektem, który decyduje o wyborze czujnika będzie zakres mierzonych temperatur.

W końcu, znaczenie będzie mieć oczekiwana precyzja pomiaru, która różni się, w zależności od zastosowanej metody. Niestety, nie wszystkie sposoby pomiaru oferują tak samo duża dokładność.

Czy mierzyć temperaturę?

Prawdopodobnie najczęściej wykorzystywanymi elementami mierzącymi temperaturę są te, zmieniające swoją rezystancję. Główną zaletą tych lepszych jest bardzo dobra dokładność oraz powtarzalność pomiarów. Są stabilne, a uzyskiwane z nich wyniki pomiarów nie wymagają zaawansowanych algorytmów przetwarzania, by utrzymać żądaną dokładność w szerokim zakresie temperatur. W praktyce, można je stosować w temperaturach od ok. -200 °C do +800 °C. Na rynku oferowanych jest kilka odmian. Droższe, bardziej dokładne i stabilne są wykonane w kosztownej platyny. Tańsze – z niklu, miedzi i innych materiałów. Termistory oraz różnego rodzaju czujniki półprzewodnikowe mają nieliniowe charakterystyki, ale łatwo je zainstalować i są niedrogie.

Popularną grupę czujników temperatury stanowią termopary, które wykonane są z dwóch elementów, złączonych ze sobą tak, że w zależności od temperatury, generują różne napięcie. Dzieje się to zgodnie ze zjawiskiem Seebecka. Zakres mierzonych temperatur będzie różnił się w zależności od budowy termopary, przy czym możliwe jest znalezienie modeli pracujących nawet w -200 °C, oraz wersji wytrzymujących do 2500 °C. Świetnie sprawdzają się w środowiskach agresywnych chemicznie, ale niestety, ze względu na nieliniowe charakterystyki, wymagają kondycjonowania pozyskiwanego sygnału oraz nierzadko, stosowania odpowiednich osłon.

Pomiary bezkontaktowe

W ostatnim czasie dużą popularnością cieszą się wszelkiego rodzaju czujniki bezkontaktowe. Bazują one na pomiarze promieniowania podczerwonego za pomocą różnorodnych sensorów. Zakres długości fal mierzonego promieniowania wynosi najczęściej od 1 do 14 μm. Zaletą czujników bezdotykowych jest zupełne odseparowanie mierzonego medium od sensora. Nie ma obaw, że czujnik zmieni temperaturę substancji lub choćby zakłóci jej przepływ. Ponadto, czujniki bezkontaktowe umożliwiają pomiary najbardziej gorących przedmiotów, w których elementy dotykowe mogłyby ulec zniszczeniu.

Podsumowanie

Czujniki temperatury są dostępne w różnych wykonaniach, z praktycznie dowolnymi interfejsami i złączami, stosowanymi w przemyśle. Do najbardziej popularnych producentów należy kilka zagranicznych firm, takich jak np. IFM Electronic, Danfoss, Sick i Turck, ale na naszym rynku dominuje raczej ogromna liczba polskim wytwórców. Spośród nich warto wymienić choćby firmy: Termo-Precyzja, Alf Sensor, LimaTherm, LAB-EL i Czaki Thermo-Product. To tylko niektóre z nich, gdyż łączna liczba dostawców czujników temperatury jest znacznie większa.