Termopara typu J jest jednym z najpopularniejszych termoelektrycznych czujników temperatury. Jak zbudowane są tego typu urządzenia, czym się charakteryzują i gdzie są stosowane?

Termopara typu J – czujnik o zaskakująco prostej konstrukcji

„Termopara” jest potoczną nazwą termoelektrycznego, dwuprzewodowego (stąd „para”) czujnika temperatury, który do pomiaru wykorzystuje zjawisko Seebecka. Termopara typu J to po prostu jeden z rodzajów takiego urządzenia – w tym przypadku przewody wykonane są zazwyczaj z żelaza i stopu miedzi z niklem. Wróćmy jednak do podstaw.

Najpierw zjawisko Seebecka. W bardzo daleko idącym uproszczeniu polega ono na tym, że w obwodzie wykonanym z minimum dwóch różnych materiałów – metali lub półprzewodników – popłynie prąd, jeżeli złącza pomiędzy tymi materiałami mają różne temperatury. W przypadku termopar różnica temperatur powstaje, gdy jedno złącze umieszczone jest w punkcie pomiarowym, podczas gdy na drugim utrzymywana jest stała temperatura, w odniesieniu do której dokonuje się pomiaru. I to w zasadzie wszystko – znając właściwości materiałów, z których zbudowana jest termopara, i mierząc napięcie powstałe pod wpływem różnicy temperatur na stykach, możemy określić wysokość temperatury w punkcie pomiaru.

Nietrudno zauważyć, że termopara jest dość prostą konstrukcją. Po prostu dwa przewody w obudowie połączone z urządzeniem pomiarowym – w teorii nic skomplikowanego. Praktyka pokazuje jednak coś innego.

• Przede wszystkim generowane napięcie jest relatywnie niewielkie. Owszem, im wyższa temperatura, tym wyższe napięcie. Tym niemniej wciąż mówimy o miliwoltach – od kilkudziesięciu do zaledwie kilku. Urządzenie pomiarowe musi być w tym przypadku dość czułe, jego połączenie z czujnikiem również musi być przystosowane do tak niewielkich wartości napięcia.
• Dokładność pomiaru zależy również od jakości materiału, z którego wykonane są termopary. Do najbardziej specjalistycznych zastosowań (np. pomiarów znacznie powyżej 2000°C) używa się platyny, rodu, renu czy wolframu. A nie są to najtańsze rozwiązania, nawet w sytuacji, gdy średnica jednego przewodu nie przekracza 0,5 mm. Ponadto tak wysokie temperatury wymagają odpowiedniej obudowy czujnika – stali żaroodpornej, ceramiki itp.

Zastosowanie termopary typu J oraz pozostałych modeli tego rodzaju czujników

Największą zaletą termopar jest relatywnie szeroki zakres pomiaru, mogący wynosić nawet ponad 2000°C. Ponadto nie wymagają one zasilania z zewnątrz, są stosunkowo niewielkie, mają niską pojemność cieplną, a ich prosta konstrukcja sprawia, że są niezawodne i rzadko ulegają awariom. Poza tym nawet relatywnie proste termopary typu J, K czy L, mogą pracować w temperaturach znacznie przekraczających możliwości pomiarowe standardowych czujników rezystancyjnych.

Nie dziwi zatem szerokie zastosowanie termoelektrycznych czujników temperatury. Od przemysłu spożywczego, poprzez silniki spalinowe, przemysł chemiczny oraz hutniczy, aż po domową instalację grzewczą oraz klimatyzacyjną. Termopary doskonale sprawdzają się w każdej z wyżej wymienionych sytuacji.

Wysokiej jakości termopary do różnych zastosowań, zarówno z głowicami przyłączeniowymi, jak i bez nich, znajdziesz w katalogu JUMO.