Termopary i inne 

skurwysyństwa

Marek Matwiejczyk

Czujniki termoelektryczne są to przyrządy reagujące na zmianę temperatury 
zmianą siły termodynamicznej wbudowanego w nie termoelementu. Połączone 
na jednym końcu dwa różne materiały; metale czyste, stopy metali lub 
niemetali, tworzą, „termoelement” inaczej
popularną termoparę.

Miejsce łączenia nazywa się „spoiną pomiarową” zaś pozostałe końce 
zimnymi końcami. Przewody termoelementu nazywamy „termoelektrodami”. W tak
utworzonym termoelemencie składającym się z różnych materiałów, powstaje siła
termoelektryczna wtedy, gdy spoina i zimne końce utrzymywane są w różnych 
temperaturach. Czułość termoelementu zależy od siły termoelektrycznej materiałów, z
których wykonane są termoelementy.
Na termoelementy należy wybierać zestawy materiałów, które w szeregu 
termoelektrycznym znajdują się możliwie daleko od siebie, co zapewnia 
Występowanie możliwie dużych sił termoelektrycznych przy określonej 

różnicy

temperatur.

Charakterystyki termoelementów są przedmiotem standaryzacji, a wartości siły 
termoelektrycznej dla poszczególnych materiałów, oraz dopuszczalne odchyłki 
zawarte są w międzynarodowej normie PN-EN 60584 oraz ITS 90.

Typy termopar

Termoelementy można podzielić na trzy grupy w 
zależności od zakresu pomiarowego:

•Grupa I zakres temperatur od -200 do 
+1200

o

C. Brak metali szlachetnych.

•Grupa II zakres temperatur od 0 do 
+1600

o

C. Platynowo-rodowe.

•Grupa III zakres temperatur od 0 do 
+2200

o

C. Wolframowo-renowe.

Grupa I: w zakresie temperatur od -200

o

C do +1200

o

C, w tych 

termoelementach nie ma metali szlachetnych. W skład tej grupy wchodzą 
termoelementy:
 
Typ „K” - NiCr-Ni 
Stosowany w zakresie temperatur od -200 do +1200

o

C. Zależność SEM od temperatury 

dla tego termoelementu jest prawie liniowa, a jego czułość wynosi 41µV/

o

C.

 
Typ „J” oraz „L” - Fe-CuNi
Ma on mniejsze znaczenie w przemyśle ze względu na ograniczony zakres mierzonych 
temperatur (od -40

o

C do +750

o

C). Ich czułość wynosi 55µV/

o

C.

 
Typ „E” - NiCr-CuNi
Ze względu na wysoką czułość (68µV/oC), ten typ termoelementu stosowany jest 
przede wszystkim w zakresie niskich temperatur kriogenicznych od -200  do +900

o

C. 

Jest to materiał niemagnetyczny, co może być cenną zaletą w niektórych 
zastosowaniach specjalnych.
 
Typ „N” - NiCrSi-NiSi
Ten termoelement ma bardzo dobrą stabilność termiczną, porównywalną z 
termoparami platynowymi. Wykazuje także znakomitą odporność na utlenianie aż do 
wysokich temperatur. Jest idealnym narzędziem do dokładnych pomiarów temperatury 
w powietrzu do +1200

o

C. Czułość wynosi 39µV/

o

C.

 
Typ „T” - Cu-CuNi
Jest to najrzadziej używany typ termoelementu. Jego zakres pomiarowy wynosi od 
-200

o

C do +350

o

C a czułość 30µV/

o

C.

Grupa II: termoelementy w zakresie od 0

o

C do +1600

o

C 

(platynowo-rodowe). W skład tej grupy wchodzą
termoelementy:

•Typ „S” - PtRh10-Pt

Są one używane zazwyczaj w atmosferze silnie utleniającej w 

zakresie 

wysokich temperatur do +1600

o

C. Czułość około 

10μV/

o

C.

•Typ „R” - PtRh13-Pt 

Podobnie jak termoelement „S” używane w atmosferze silnie 

utleniającej ale 

posiadają większą czułość - około 14μV/

o

C.

•Typ „B” - PtRh30-PtRh6

Umożliwiają pomiar temperatury do +1800

o

C. Bardzo 

stabilny

termoelement, ale mało czuły zwłaszcza w zakresie niższych 

temperatur.

Grupa III: termoelementy w zakresie od 0

o

C do +2200

o

C 

(wolframowo-renowe).

•Typ „C” - Wolfram-Ren / 5% Wolfram

•Typ „D” - Wolfram- Ren / 25% Wolfram

Te termoelementy są używane do pomiaru bardzo wysokich 

temperatur do  +2300

o

C, w atmosferze redukującej, obojętnej lub w 

próżni.

Klasy dokładności

Norma PN-EN 60584 określa wzory obliczania 
dopuszczalnych błędów pomiarowych. 

Dopuszczalne tolerancje błędów dla termoelementów 
wolframowo-renowych określa norma ASTME-988.

Termopary płaszczowe

Termopary płaszczowe wykonane są z 
przewodu płaszczowego składającego 
się z:

• 

od dwóch do sześciu przewodów 

termoelektrod

• warstwy izolacji silnie sprasowanego tlenku 
MgO

• płaszcza metalowego zapewniającego 
osłonę mechaniczną i chemiczną spoiny 
pomiarowej i termoelektrod
Na jednym końcu termoelektrody są 
zespawane tworząc spoinę pomiarową. 
Zaspawany jest również płaszcz termopary, 
aby
odizolować spoinę pomiarową od wpływów 
zewnętrznych. Drugi koniec termoelementu 
jest podłączony do przewodu
kompensacyjnego, bezpośrednio lub poprzez 
złącze wtyczka-gniazdo.

Takie rozwiązanie ma wiele zalet, jak np.:

• 

małą średnicę zewnętrzną i dużą elastyczność, co pozwala mierzyć 

temperaturę w trudno dostępnych miejscach

• dużą odporność mechaniczną zabezpiecza druty termoelektrod przed 
utlenianiem, korozją i zanieczyszczeniami chemicznymi

• bardzo krótki czas reakcji, co pozwala mierzyć szybkozmienne pola 
temperatury.

Średnica osłony decyduje o sposobie montowania termoelementu 
oraz o jego czasie reakcji. Generalnie można określić, że
zewnętrzna średnica Ø1.5mm stanowi najlepszy kompromis 
pomiędzy:

• czasem reakcji

• elastycznością

• małymi wymiarami

• odpornością mechaniczną

• wytrzymałością na korozję

• stabilnością

Jeżeli trzy pierwsze wymienione cechy są najważniejsze, należy 
wybrać termoelement o średnicy Ø0.5mm lub Ø1.0mm. Jezeli
najważniejsze są pozostałe trzy, średnica płaszcza powinna wynosić 
Ø1.5mm lub więcej.

Spoina pomiarowa

Spoina pomiarowa jest to miejsce połączenia przewodów 
termoelektrod. Jest to właściwy czujnik temperatury, który może być
wykonany na wiele różnych sposobów.

SPOINA ODIZOLOWANA OD PŁASZCZA

Spoina termopary jest w pełni odizolowana od płaszcza, który jest 
szczelnie zaspawany. Jest to standardowy rodzaj spoiny ze
względu na możliwość stosowania termopar w pobliżu urządzeń 
mogących wytwarzać pole elektromagnetyczne, które
powoduje zakłócenia przy innych rodzajach spoin pomiarowych.

SPOINA WYEKSPONOWANA Z PŁASZCZA
Spoina termopary jest szczelnie wyeksponowana od płaszcza, 
zapewnia to bardzo szybki czas reakcji na zmianę temperatury.
Brak ochrony drutów termoparowych w kontakcie z cieczami i 
gazami.

SPOINA UZIEMIONA DO PŁASZCZA
Spoina termopary połączona z denkiem, które jest szczelnie 
zaspawane z płaszczem. Zapewnia to krótki czas reakcji na
zmianę temperatury, przy zachowaniu ochrony na zewnętrzne 
czynniki środowiska (ciecze, gazy).

Rezystancja izolacji

Rezystancja izolacji w temperaturze otoczenia wg PN-EN 
61515:
Ø < 1.5 mm 75 Vdc > 1000 MOhm
Ø > 1.5 mm 500 Vdc > 1000 MOhm

Średnie czasy reakcji na zmianę temperatury

Wzorcowanie

   Celem wzorcowania jest ustalenie kondycji 

metrologicznej wzorcowanego przyrządu, 

określającej jego przydatność do wykonywania 

pomiarów. Wzorcowanie termometru polega na 

określeniu różnicy pomiędzy wskazaniem przyrządu 

wzorcowego i termometru wzorcowanego z 

równoczesnym oszacowaniem niepewności pomiaru, 

dokonanego przy pomocy przyrządu wzorcowego. 

Wzorcowanie termometrów wykonywane jest przez 

laboratoria pomiarowe posiadające akredytację 

Polskiego Centrum Akredytacji (PCA)

 a wynik 

wzorcowania 

poświadczony jest świadectwem wzorcowania, które 

gwarantuje, że wskazania danego termometru są 

prawidłowe i wiarygodne. 

Przy wzorcowaniu termometrów opieramy się na stałych 

punktach 

termodynamicznych (temperatura topniejącego lodu – 0oC 

oraz

wrzenia wody pod ciśnieniem 760Tr – 100oC) i punktów 

stałych

pomocniczych (temperatura krzepnięcia, topnienia, wrzenia 

czy też

sublimacji ciał łatwych do otrzymania w stanie czystym). Przy
sprawdzaniu najczęściej porównujemy wskazania termometru
badanego ze wskazaniem termometru wzorcowego.

 

Wzorcowanie Pirometrów

Wszystkie obiekty emitują 

promieniowanie podczerwone - 

im temperatura ciała jest wyższa, 

tym jego cząstki są bardziej aktywne 

i tym wyższy jest poziom emitowanej 

energii podczerwonej. Integralną 

częścią pirometru jest układ 

optyczny, który gromadzi energię 

promieniowania podczerwonego 

mierzonego obiektu i ogniskuje ją na 

detektorze. Detektor zamienia 

energię podczerwoną na sygnał 

elektryczny, który jest wzmacniany, 

zamieniany na postać cyfrową, a 

następnie wyświetlany na wskaźniku 

pirometru. Widać więc, że mierząc 

moc promieniowanej przez ciało 

energii podczerwonej możemy 

określić jego temperaturę. Źródłem 

promieniowania jest piec 

kalibracyjny BR400 o znanym i 

określonym współczynniku 

emisyjności charakterystycznym dla 

materiału radiatora. W tym 

przypadku jest to 0.95. 

Najlepsza możliwość 

pomiarowa dla tych 

wzorcowań wynosi 2°C.

• Jako wzorce stosowane są 

termoelementy typu S i B lub 
inny pirometr wzorcowy

.

- zakres pomiarowy: 150 ÷ 

1100°C

e = 0,998

- zakres pomiarowy: 300 ÷ 

1600°C

e = 0,998 

• Poza obszarem akredytacji 

istnieje możliwość 

wzorcowania pirometrów o 

szerszym zakresie nawet od 

-20°C do 1600°C.

• W takim zakresie wzorcowane 

są również kamery 

termowizyjne 

- Wzorcowanie 

termometrów 

szklanych odbywa 

się poprzez użycie 

termostatu 

kalibrującego

- zakres pomiarowy: 

-30 ÷ 110°C

- niepewność 

pomiarowa: 0,05°C

- termometry szklane 

o działce 0,1°C i 

większej 

Wzorcowy czujnik 
termometru oporowego

•  zakres pomiarowy: -189 ÷ 

660°C

• rezystancja 25W

• niepewność: 0,001°C

  

• Najlepsze możliwości 

pomiarowe są zależne od 
zastosowanego miernika i 
wynoszą odpowiednio 
0,05°C lub 0,6°C.

Wzorcowanie 

Termoelementów

PIEC DO WZORCOWANIA 
TERMOELEMENTÓW 

PIEC RUROWY DWUSTREFOWY
- zakres pomiarowy: 200 ÷ 1300°C
- dokładność pomiarowa w piecu: 0,3°C 

Termoelementy typu J, K, 
S można wzorcować w 
zakresie 200°C ÷ 1200°C. 
Najlepsza możliwość 
pomiarowa wynosi 0,6°C. 
Pomiary wykonywane są 
w piecu konstrukcji 
polskiej, w którym 
gradient jest na poziomie 
0,3°C/1cm w strefie 
pomiarowej.