Miernik temperatury

Temperatura wpływa nie tylko na samopoczucie każdego z nas. Odgrywa ona także istotną rolę w przebiegu wielu procesów biologicznych, fizycznych i chemicznych np. niezawodność wielu urządzeń elektronicznych jest gwarantowana tylko w określonych zakresach temperatur. Zgodność z żądaną temperaturą można łatwo monitorować za pomocą urządzenia jakim jest miernik temperatury. W przypadku niektórych modeli urządzenia typu miernik temperatury zmierzone wartości mogą być rejestrowane lub przekazywane bezpośrednio do urządzeń kontrolno-regulacyjnych. W zależności od zastosowania można wybrać najodpowiedniejszy miernik temperatury zarówno pod względem konstrukcji, obsługi, zasady działania jak i dokładności.

Aby spośród ogromnej liczby dostępnych urządzeń typu miernik temperatury znaleźć odpowiednie dla naszych potrzeb i zastosowania można zawęzić wybór według kilku podstawowych kryteriów.
- Jakie temperatury maksymalne i minimalne musi rejestrować urządzenie typu miernik temperatury?
- Jaką dokładność musi mieć miernik temperatury w żądanym zakresie pomiarowym?
- Czy temperaturę należy mierzyć na powierzchniach, w gazach (np. temperatura powietrza), w cieczach, ciałach stałych czy materiałach sypkich?
- Czy miernik temperatury będzie wykonywał pomiar bezdotykowy?
- Czy miernik temperatury powinien wykonywać pomiar w sposób ciągły i zapisywać dane?

Miernik temperatury z wyświetlaczem analogowym może być zbudowane w bardzo prosty sposób. Każdy chyba zna cieczowy miernik temperatury do wskazywania temperatury zewnętrznej, temperatury w pomieszczeniu, mierzenia gorączki i sprawdzania temperatury wody w wannie. Takie urządzenie typu miernik temperatury działa bez baterii i pokazuje temperaturę w stopniowanej skali. Jeśli ciecz rozszerza się wraz ze wzrostem temperatury, podnosi się i osiąga odpowiedni znak na obudowie dla wyższej temperatury. Jeśli temperatura spadnie, ciecz opadnie z powrotem do dolnej pozycji wyświetlacza.

Inne analogowe urządzenie do pomiaru temperatury wykorzystuje różną rozszerzalność temperaturową dwóch różnych metali. Zmiana długości pod wpływem temperatury prowadzi do wygięcia paska bimetalicznego i zmiany położenia wskazówki wyświetlacza analogowego.

Za pomocą cyfrowego urządzenia typu miernik temperatury temperaturę można mierzyć i wyświetlać oddzielnie. Dane pomiarowe można łatwo przechowywać i przetwarzać w cyfrowym urządzeniu do pomiaru temperatury. Istnieje wiele modeli urządzenia typu miernik cyfrowy, które umożliwiają podłączenie różnych czujników temperatury do urządzenia wyświetlającego. Czujniki laserowe nie są wymienne. Jednak urządzenie do pomiaru temperatury z czujnikiem laserowym może mieć dodatkowy wewnętrzny czujnik temperatury powietrza i jedno lub więcej przyłączy dla innych czujników temperatury. Czujniki do urządzeń z kategorii miernik temperatury mogą różnić się zakresem pomiaru temperatury, rozmiarem i kształtem oraz zasadą pomiaru. Do najczęstszych zasad pomiaru wymiennych czujników należą termopary i platynowe czujniki rezystancyjne, zwłaszcza PT-100 i PT-1000. Dzięki wymianie czujnika możliwe jest testowanie bardzo różnych punktów pomiarowych za pomocą tego samego urządzenia jakim jest miernik temperatury.

Rejestrator danych temperatury jest zawsze cyfrowym urządzeniem do pomiaru temperatury. Interwał zapisu jest ustawiany za pomocą menu urządzenia lub odpowiedniego oprogramowania komputerowego, a po upływie okresu pomiaru dane są odczytywane z urządzenia jakim jest miernik temperatury. Niektóre rejestratory danych długoterminowych są wyposażone w wejścia analogowe i można je ustawić w taki sposób, że zapisywanie danych pomiarowych rozpoczyna się lub kończy dopiero po osiągnięciu określonej wartości. Oprogramowanie należące do miernika temperatury często umożliwia różne graficzne i tabelaryczne prezentacje danych pomiarowych.

Wielokanałowe urządzenie typu miernik temperatury może wyświetlać i przechowywać dane z wielu czujników jednocześnie. Połączenia na urządzeniu wyświetlającym mogą być zaprojektowane dla czujników temperatury tego samego typu lub dla różnych typów czujników. Dzięki wielokanałowemu urządzeniu typu miernik temperatury można mierzyć i oceniać temperatury w kilku punktach procesu jednocześnie.

Miernik temperatury - czujnik temperatury na podczerwień
Miernik temperatury z czujnikiem temperatury na podczerwień może określać temperaturę powierzchni bez fizycznego kontaktu z punktem pomiarowym. Czujnik podczerwieni odbiera fale podczerwone emitowane przez badany obiekt i określa na ich podstawie temperaturę. Czujniki można zoptymalizować pod kątem różnych obszarów zastosowań. Różnią się na przykład mierzalnym zakresem temperatur i stosunkiem plamek pomiarowych. Współczynnik plamki pomiarowej opisuje średnicę wykrywanego obszaru obiektu w stosunku do jego odległości od czujnika. Stosunek plamki 15:1 odpowiada średnicy plamki 3 cm w odległości 45 cm, natomiast proporcja plamki 60:1 oznacza, że ​​temperaturę obszaru o średnicy zaledwie jednego centymetra można monitorować z odległości o 60 centymetrów.

Miernik temperatury - rezystancyjne czujniki temperatury platynowe lub niklowe
Gdy zmienia się temperatura, zmienia się opór elektryczny wielu materiałów przewodzących prąd elektryczny. Rezystancję tę można zarejestrować w cyfrowym urządzeniu typu miernik temperatury i ocenić w odniesieniu do temperatury. Elementy wykonane z platyny i niklu są często stosowane jako rezystancyjne czujniki temperatury, zwane również czujnikami temperatury RTD (Resistance Temperature Detector). Wraz ze wzrostem temperatury ich rezystancja wzrasta, a przewodnictwo maleje. Platyna wykazuje płynną zmianę rezystancji w bardzo szerokim zakresie temperatur. Dzięki temu czujniki platynowe mogą pracować w temperaturach od -200 do 1000 stopni Celsjusza. Natomiast czujniki temperatury wykonane z niklu mają rezystancje, które rosną liniowo wraz z temperaturą tylko dla temperatur od – 60 do 300 stopni Celsjusza. Jednak czujniki niklowe reagują z większą czułością. W porównaniu z platyną wykazują zatem większą zmianę rezystancji przy tej samej różnicy temperatur. Oprócz materiału oznaczenie czujnika określa również wartość rezystancji nominalnej w temperaturze zera stopni Celsjusza. Tak więc NI500 to rezystor niklowy o rezystancji nominalnej 500 omów, a PT1000 to rezystor platynowy o rezystancji nominalnej 1000 omów. Aby uniknąć błędów pomiarowych wynikających z wpływu długich przewodów połączeniowych na pomiar, czujniki rezystancyjne dostępne są również w technologii 3- i 4-przewodowej.

Miernik temperatury - termistory - czujniki półprzewodnikowe używane do pomiaru temperatury
Termistory to czujniki temperatury oparte na półprzewodnikach, które przewodzą prąd elektryczny tylko w określonych warunkach. Dzielą się one na termistory NTC o ujemnym współczynniku temperaturowym i termistory PTC o dodatnim współczynniku temperaturowym. W przypadku termistorów NTC rezystancja maleje wraz ze wzrostem temperatury. Więc te termistory NTC przewodzą lepiej w wysokich temperaturach, dlatego są również nazywane termistorami. Z drugiej strony termistory PTC przewodzą lepiej w niższych temperaturach. Są to więc termistory PTC, ponieważ ich rezystancja wzrasta wraz z temperaturą. Oba typy czujników półprzewodnikowych mogą być stosowane w cyfrowym urządzeniu do pomiaru temperatury do temperatury około 250 stopni Celsjusza. Jednak termistory mogą być również wykorzystywane jako komponenty do automatycznego ograniczania prądu w maszynach napędzanych elektrycznie. Termistory NTC służą do delikatnego uruchamiania maszyn podczas ich włączania, a termistory PTC jako zabezpieczenie przed przeciążeniem, które zmniejsza przepływ prądu w przypadku zbytniego wzrostu temperatury i ostatecznie go blokuje.

Miernik temperatury - termopary do pomiaru temperatury
Termopary składają się z dwóch drutów z różnych metali, które są połączone na jednym końcu. Jeśli niepodłączone końce mają inną temperaturę niż połączone, można zmierzyć różnicę napięcia między dwoma przewodami. Aby określić temperaturę w punkcie połączenia przewodów z tej różnicy napięć, należy znać temperaturę na wolnych końcach. Znanych jest ponad 300 par materiałów do pomiaru temperatury za pomocą termopar. Niektóre z nich, które nadają się do pomiarów przemysłowych, zostały znormalizowane w normie DIN EN 60584. Napięcia termiczne tych kombinacji materiałów różnią się znacznie od 5 mV/°C do 100 mV/°C. Aby uprościć korzystanie z termopar, zdefiniowano różne typy w zależności od ich właściwości. Typy T, E, J, K i N oraz S/R, B, C i A do szczególnie wysokich temperatur, nawet powyżej 1000 stopni Celsjusza. Napięcie mierzone na termoparze musi być linearyzowane w urządzeniu typu miernik temperatury z charakterystyką zastosowanej termopary. Jeśli urządzenie do pomiaru temperatury ma złącza dla znormalizowanej wtyczki określonego typu termopary, termopary te można podłączyć bezpośrednio do wtyczki i używać. Jeśli wymagane są przewody kompensacyjne aż do punktu pomiarowego, należy upewnić się, że przewody kompensacyjne odpowiadają typowi termopary.

Miernik temperatury – pomieszczenia mieszkalne
W przypadku pomieszczeń mieszkalnych i roboczych istnieją specyfikacje temperaturowe dla minimalnej temperatury nie tylko ze względu na potrzeby temperaturowe użytkowników, ale także w celu uniknięcia szkód spowodowanych wilgocią. Uszkodzenia spowodowane wilgocią mogą wystąpić, gdy ciepłe powietrze styka się z zimnymi powierzchniami, gdzie ochładza się, a część pary wodnej zamienia się w kondensację. Nie tylko temperatura powietrza, ale także temperatura powierzchni ograniczających pomieszczenie oraz wilgotność powietrza odgrywają rolę w postrzeganiu temperatury. Jeśli urządzenie typu miernik temperatury dodatkowo wyposażone jest w czujnik wilgotności, jest określane jako termohigrometr. Temperatura punktu rosy mająca zastosowanie do wilgotności może być określona na podstawie wilgotności względnej i temperatury. Jest to temperatura, w której powietrze może jeszcze wchłonąć istniejącą ilość wody w postaci pary. Jeśli temperatura dalej spada, część pary wodnej przechodzi w stan ciekły. Wiele termohigrometrów może pokazywać temperaturę punktu rosy bezpośrednio na wyświetlaczu. Jeśli wybierzesz miernik temperatury z dodatkowym czujnikiem temperatury do pomiarów powierzchniowych, możesz łatwo zmierzyć temperaturę na elementach zewnętrznych za pomocą konstrukcyjnych lub geometrycznych mostków termicznych i porównać ją z wyświetlaną temperaturą punktu rosy. Miernik temperatury jest bardzo łatwy w użyciu do takich pomiarów, gdzie dodatkowy czujnik do pomiaru temperatury powierzchni działa za pomocą promieniowania podczerwonego, ponieważ można nim szybko i bezdotykowo mierzyć na większe odległości. Miernik temperatury, który służy wyłącznie do sprawdzania temperatury w pomieszczeniu, może być odczytywany bezpośrednio przez użytkowników pomieszczenia jako proste urządzenie. Jeśli wartości są poza pożądanym zakresem, wentylacja, ogrzewanie lub chłodzenie może odbywać się zgodnie z wymaganiami. Jeśli temperatura i, jeśli to konieczne, wilgotność mają być monitorowane i oceniane przez dłuższy czas, stosuje się urządzenia typu miernik temperatury, które zapisują te dane w stałych odstępach czasu.

Miernik temperatury - magazyn i transport
Utrzymywanie określonych temperatur ma ogromne znaczenie dla trwałości wielu produktów spożywczych, a także niektórych innych materiałów. Magazyny żywności, a w szczególności chłodnie powinny być monitorowane w taki sposób, aby można było w odpowiednim czasie podjąć środki zaradcze w przypadku nadmiernego wzrostu temperatury lub użyć towarów, zanim się zepsują. Do monitorowania nadaje się na przykład miernik temperatury, który może emitować alarm optyczny lub akustyczny w monitorowanym punkcie, gdy zostanie osiągnięta ustawiona wartość temperatury krytycznej, lub przesyła dane do systemu sterowania.

Rejestratory danych są odpowiednie do udowodnienia przestrzegania zalecanych temperatur podczas transportu towarów. Każdy miernik temperatury, który mierzy w określonych odstępach czasu i przechowuje dane pomiarowe nazywany jest rejestratorem danych. To urządzenie jakim jest miernik temperatury można dyskretnie umieścić między towarami lub nawet wewnątrz opakowania zewnętrznego. Jeśli towary nie były monitorowane podczas transportu, temperaturę można przynajmniej sprawdzić przy dostawie. Temperaturę rdzenia różnych próbek można również mierzyć za pomocą odpowiednich termometrów penetracyjnych.

Miernik temperatury - pomiar temperatury w procesach z doprowadzeniem ciepła
W przypadku wielu produktów stosuje się miernik temperatury po to, aby zapewnić utrzymanie określonych temperatur przez określony czas podczas procesu produkcyjnego. Jest to ważne na przykład podczas przygotowywania jogurtu, homogenizacji, gotowania żywności, suszenia wrażliwych materiałów i sterylizacji lub używania ciepła do zwalczania szkodników. Jeśli miernik temperatury może przekazać ustawione wartości graniczne jako sygnał, można za jego pomocą regulować ciepło procesowe. Jeśli miernik temperatury poda sygnał przy minimalnej lub maksymalnej temperaturze, dopływ ciepła może zostać automatycznie zwiększony lub zmniejszony.