Choć prawie każdy multimetr warsztatowy jest wyposażony w funkcję pomiaru temperatury, to jednak przyrząd specjalizowany do tego celu zapewni użytkownikowi większą dokładność i rozdzielczość pomiaru, a także możliwość zbierania danych pomiarowych w wielu kanałach. W artykule zostaną przedstawione własności cyfrowych mierników temperatury oferowanych przez firmę Labimed Electronics.

Zakres pomiaru temperatury
Zakres pomiarowy typowej sondy temperaturowej jest zwykle węższy niż zakres pomiarowy miernika temperatury. Dzięki temu z takim przyrządem mogą współpracować sondy o różnym przeznaczeniu i konstrukcji. Ogromna większość specjalizowanych mierników temperatury dostępnych na rynku przyrządów pomiarowych jest przystosowana do pomiaru za pomocą sondy z czujnikiem termoparowym typu K, choć też są dostępne wersje przystosowane do współpracy z innymi termoparami. W załączonym zestawieniu najlepiej pod tym względem wypada miernik Escort 20. Można do niego dołączać termopary aż trzynastu typów, pamiętając jednak, że parametry pomiarowe takie, jak zakres i dokładność pomiaru, a także rozdzielczość wskazania będą dla każdego typu termopary inne.

Rozdzielczość wskazania
Jest to ważny parametr każdego, specjalizowanego miernika temperatury. Wskazuje ją ze standardową rozdzielczością równą 0,1°C. Dla przykładu typowy multimetr wskazuje temperaturę z rozdzielczością równą 1°C. Dzięki rozdzielczości wskazania 0,1°C użytkownik może obserwować trendy zmian mierzonej temperatury, tzn. czy mierzona temperatura ma tendencję do narastania, opadania i jak szybkiego. W większości mierników temperatury rozdzielczość 0,1°C nie jest jednak dostępna w pełnym zakresie pomiarowym takiego przyrządu. Zwykle po przekroczeniu kilkuset stopni przełącza się samoczynnie na 1°C. Z przyrządów zamieszczonych w zestawieniu tylko jeden, Escort 20 zachowuje dla termopary typu K rozdzielczość wskazania równą 0,1°C w całym dostępnym w tym przypadku zakresie pomiarowym, rozciągającym się od -200 do 1200°C. Szczegółowe informacje na temat rozdzielczości wskazania można znaleźć w instrukcji obsługi każdego miernika temperatury.

Dokładność pomiaru
Wartość dokładności pomiaru jest podawana zwykle jako: ± wartość procentowa wartości wskazywanej (odczytu) + liczba najmniej znaczących cyfr. Warunkiem uzyskania takiej dokładności jest jednak zapewnienie przy pomiarze standardowych warunków otoczenia tj. temperatury mieszczącej się w zakresie 23°C ± 5°C i wilgotności względnej mniejszej od 80%. Drugim warunkiem, który trzeba zwykle spełnić, jest kalibrowanie miernika wykonywane z odstępem zalecanym przez producenta, zwykle co rok.
Dokładność pomiaru miernika temperatury podawana w jego danych technicznych dotyczy wyłącznie samego przyrządu i nie uwzględnia dokładności użytej wraz z nim sondy pomiarowej. Aby uzyskać całkowitą dokładność pomiaru, trzeba do wartości dokładności przyrządu dodać dokładność użytej sondy temperaturowej.

Pomiar w wielu kanałach
Mierząc temperaturę jednocześnie w kilku miejscach testowanego obiektu, można zbierać dane do późniejszej analizy porównawczej. Wśród mierników temperatury dostępnych na rynku spotyka się najczęściej wykonania jedno- i dwukanałowe, przy czym liczba obecnych w nim kanałów ma zdecydowany wpływ na cenę. W załączonym zestawieniu tylko jeden taki przyrząd, CENTER 309, może mierzyć w czterech kanałach, pozostałe – to wykonania jedno- lub dwukanałowe. Wersje kilkukanałowe mają zwykle wyświetlacz zbudowany z kilku pól cyfrowych, co pozwala na jednoczesną obserwację wskazań wyników pomiaru temperatury we wszystkich dostępnych kanałach. W niektórych wersjach wielokanałowych można też wyświetlić różnicę wskazań temperatur z dwóch kanałów (T1-T2).

Rejestracja danych pomiarowych
Zbieranie i gromadzenie danych pomiarowych to własność spotykana tylko w droższych wykonaniach mierników temperatury. Z przyrządów przedstawionych w zestawieniu mają ją tyko termometry firmy CENTER produkowane pod oznaczeniami 305, 306 i 309. Funkcja rejestratora wykorzystuje do gromadzenia danych pomiarowych wewnętrzną pamięć przyrządu oraz funkcję zegara czasu rzeczywistego. Dzięki temu każdy zapisany wynik pomiaru jest opatrzony datą i czasem jego wykonania. Ze względu na to, że rejestrator przenośnego miernika temperatury zapisuje dane ze stosunkowo dużym odstępem czasowym, w przypadku CENTER 309 nie mniejszym niż 1 s, funkcję tę nazywa się często nie rejestratorem, a loggerem. Termometry z loggerem firmy CENTER mogą zgromadzić w pamięci maksymalnie 16.000 danych pomiarowych, rejestrowanych z odstępem czasowym ustawianym w przedziale od 1 do 100 s.

Sondy i czujniki pomiarowe
Przyrządy specjalizowane do pomiaru temperatury można podzielić na dwie grupy. Jedne mierzą temperaturę sondą z czujnikiem termoparowym, drugie zaś sondą z czujnikiem platynowym (rezystancyjnym). Choć przyrządy drugiej grupy mają mniejszy zakres pomiarowy i zbliżoną dokładność do przyrządów grupy pierwszej, to są często stosowane w aplikacjach profesjonalnych, gdyż własności pomiarowe czujników platynowych w mniejszym stopniu zależą od warunków otoczenia (środowiskowych) niż sondy z czujnikiem termoparowym.
Czujniki termoparowe są dokładne, mają prostą konstrukcję i, co nie jest bez znaczenia, są tanie. Wadą natomiast jest mechaniczna nietrwałość złącza pomiarowego (spoiny) tych czujników oraz konieczność stosowania izolacji, aby uchronić czujnik przed zwarciem obwodu pomiarowego, w wyniku którego prąd pomiarowy będzie omijać złącze. Zastosowanie izolacji powoduje niestety wydłużenie czasu odpowiedzi (reakcji) układu pomiarowego miernika temperatury.
Złącze pomiarowe termopary (spoina) jest zakończeniem dwóch drutów wykonanych ze stopów różnych materiałów. W przypadku termopary typu K jest to NiCr-NiAl (chromel-alumel). Pozostałe zakończenia są nazywane zimnymi końcami. Gdy między spoiną a zimnymi końcami występuje różnica temperatur, to między tymi miejscami pojawia się siła termoelektryczna wprost proporcjonalna do tej różnicy. Wartość napięcia związaną z siłą elektromotoryczną wykorzystuje układ pomiarowy termometru do pomiaru, przeliczenia i wyświetlenia wyniku pomiaru temperatury.
Na rynku akcesoriów pomiarowych temperatury są dostępne sondy z czujnikami termoparowymi typu K, J, E, T, L, R, S, B, N, G, C, D i U. Ponieważ czujniki tych sond są zbudowane z różnych materiałów, stąd sondy te pokrywają różny zakres mierzonych temperatur. Zapewniają też uzyskanie różnej dokładności pomiaru i rozdzielczości wskazania. Najczęściej stosowane sondy z czujnikiem termoparowym typu K pokrywają zakres temperatur od –200 do aż +1370°C, choć dla przykładu sondy z czujnikami G, C i D mierzą w zakresie od 0 do 2320°C.
Profesjonalna sonda ma płaszcz metalowy osłaniający czujnik pomiarowy, jest też wyposażona w solidną rączkę. Sondę łączy się z miernikiem temperatury przewodem (w przypadku czujnika termoparowego – dwużyłowym) zakończonym specjalnym prostopadłościennym wtykiem (typu MT-K) pozwalającym na umieszczenie go w gnieździe pomiarowym miernika tylko w jednym położeniu.
Zakres pomiaru temperatury nie jest jedynym istotnym parametrem charakteryzującym sondę. Ważna też jest jej konstrukcja mechaniczna, która musi być dostosowana do aplikacji pomiarowej wybranej przez użytkownika przyrządu. Sondy przeznaczone do pomiarów temperatur cieczy, gazów, materiałów sypkich, mięsa czy powierzchni płaskich są zbudowane w różny sposób. Spotyka się też sondy do pomiarów temperatury rur, elementów ruchomych lub o przeznaczeniu uniwersalnym. Sondy przeznaczone do pomiarów temperatur powierzchni płaskich mają czujnik niezabudowany i zakończenie w postaci talerzyka lub kilku płaskich sprężyn. Stąd sondy z takim czujnikiem nie nadają się do pomiaru temperatury płynów, w tym wody. Mają natomiast, co ważne, krótki czas reakcji. Inaczej jest zakończona sonda mierząca temperaturę gazu, w tym powietrza. Na koniec pręta pomiarowego takiej sondy jest nałożony metalowy walec z otworami. Z kolei pręt pomiarowy sondy o przeznaczeniu uniwersalnym ma postać jednolitego, hermetycznego walca o długości np. 300 mm i średnicy ok. 4 mm, o zakończeniu płaskim lub ostrym. Sonda z ostrym zakończeniem nadaje się dobrze do pomiarów temperatury materiałów sypkich lub miękkich.
W wyposażeniu standardowym większości mierników temperatury z niniejszego zestawienia znajduje się sonda temperaturowa, a gdy miernik jest wielokanałowy, to czasem dwie. Firma CENTER załącza ze swoimi miernikami sondę termoparową typu TP-K01 ogólnego zastosowania. Sonda ta mierzy temperaturę w zakresie od -50 do 200°C, z dokładnością ±2,2°C, a jej czujnik (typu K) nie jest osłonięty, stąd też sonda nie nadaje się do pomiaru temperatur płynów. Sondy o podobnej budowie i parametrach dostarczają w komplecie z miernikiem także inni producenci.

Kalibracja
Przy pomiarze temperatur większych, tj. rzędu kilkuset stopni Celsjusza warto zwiększyć dokładność, wykonując tzw. kompensację zimnych końców. Do jej przeprowadzenia stosuje się w mierniku temperatury ESCORT 20 osobną sondę temperaturową – platynową. Sondę tę dołącza się do osobnego gniazda w boku miernika.
Funkcję kalibracji mają też i inne mierniki temperatury. Mierniki firmy CENTER mają własność kalibracji dwupunktowej, tj. w temperaturach 0 i 190°C. Do regulacji służą potencjometry regulacyjne. Producent miernika zaleca, aby wykonując kalibrację w 0°C, wykorzystywać jako wzorzec tej temperatury mieszaninę wody z lodem.
Jeszcze inny rodzaj kalibracji stosuje w swoich miernikach temperatury firma HIOKI. Oba z zamieszczonych w zestawieniu przyrządów mają kalibrację automatyczną.

Zasilanie miernika temperatury
Większość mierników temperatury przedstawionych w zestawieniu może pracować przy zasilaniu z baterii lub zewnętrznego zasilacza sieciowego. Zasilacz ten przydaje się w miernikach z funkcją rejestratora (loggera) lub przy współpracy z komputerem (w wersjach z interfejsem RS-232C). Przy rejestracji trwającej długi czas awaria zasilania w postaci wyczerpania się baterii może spowodować przedterminowe zakończenie procesu rejestracji.
Funkcja automatycznego wyłączania zasilania spełnia w każdym przyrządzie pomiarowym ważne zadanie – oszczędza baterię. Są niestety sytuacje, a do tych należy rejestrowanie danych pomiarowych oraz transmisja danych do komputera, w których przedterminowe wyłączenie zasilania może spowodować utratę ważnych danych. Stąd też w wielu miernikach z własnością oszczędzania zasilania funkcję tę można wyłączyć. Dokonuje się tego w menu konfiguracyjnym, które wyświetla się przy włączaniu zasilania miernika.

Akcesoria standardowe i opcjonalne
Wyposażenie standardowe miernika temperatury stanowi najczęściej prosta sonda temperaturowa typu K, bateria i futerał lub niewielki neseser. Niektóre mierniki są też dostarczane z osłoną gumową chroniącą je przed narażeniami mechanicznymi, a mierniki CENTER 305, 306 i 309 z pakietem oprogramowania zawierającego też specjalny przewód połączeniowy.
Przyszły użytkownik miernika temperatury może jako wyposażenie opcjonalne dokupić sondę temperaturową dobraną stosownie do swoich potrzeb. Może ona kosztować czasem tyle co sam przyrząd. Użytkownik może też zamówić zasilacz sieciowy i pakiet oprogramowania, o ile tego ostatniego nie ma w wyposażeniu standardowym.

mgr inż. Leszek Halicki
Labimed Electronics