Który rysunek przedstawia układ pomiarowy sygnału wyjściowego termopary?
Układ z rysunku 1 to klasyczny i poprawny sposób mierzenia sygnału wyjściowego termopary, czyli napięcia w milivoltach. Termopara generuje niewielkie napięcie (rzędu kilku lub kilkudziesięciu mV) proporcjonalne do różnicy temperatur w miejscu złącza. Cały sens działania termopary opiera się właśnie na efekcie Seebecka – różnica temperatur na końcach dwóch różnych metali wywołuje różnicę potencjałów. W praktyce przy pomiarach korzysta się z wysokoczułych woltomierzy lub specjalizowanych przetworników, bo sygnały są bardzo słabe. Takie rozwiązanie często spotyka się chociażby w automatyce przemysłowej czy kontrolerach kotłów, gdzie trzeba monitorować temperaturę z dużą precyzją. Ważne jest, żeby nie obciążać termopary zbyt dużym prądem – dlatego napięcie mierzy się w trybie wysokiej impedancji wejściowej. Moim zdaniem warto pamiętać, że każdy układ pomiarowy musi uwzględniać kompensację zimnych końców (tzw. cold junction compensation), co jeszcze lepiej ilustruje, jak istotna jest poprawna konfiguracja obwodu. W branży stosuje się też specjalne przewody kompensacyjne zgodnie z normami typu PN-EN 60584. Bez prawidłowego pomiaru napięcia, a nie innych wielkości, odczyty z termopary byłyby kompletnie bezużyteczne.
W układach pomiarowych opartych na termoparach bardzo łatwo o nieporozumienia, jeżeli nie rozumie się zasady działania tych czujników. Termopara to czujnik temperatury, który wykorzystuje zjawisko termoelektryczne – dokładniej efekt Seebecka. Między złączami dwóch różnych metali powstaje niewielkie napięcie, którego wartość zależy od różnicy temperatur. To napięcie zazwyczaj wynosi od kilku do kilkudziesięciu milivoltów. Dlatego do pomiarów używa się woltomierzy o bardzo wysokiej impedancji wejściowej, żeby nie obciążać układu i nie fałszować wyniku. Często błędnie sądzi się, że sygnał wyjściowy z termopary można mierzyć jako prąd, moc lub rezystancję. Takie podejście wynika zapewne z mylenia termopary z innymi czujnikami – np. rezystancyjnymi czujnikami temperatury (jak Pt100), gdzie mierzy się rezystancję. Natomiast pomiar prądu czy mocy nie ma zastosowania przy termoparach, bo one nie generują prądu o znaczącej wartości bez podłączonego obciążenia, a moc generowana jest praktycznie pomijalna. W praktyce branżowej układ pomiarowy zawsze opiera się na pomiarze napięcia, co wynika zarówno z teorii, jak i wytycznych normatywnych (np. PN-EN 60584). Wybór amperomierza, watomierza czy omomierza świadczy, moim zdaniem, o niezrozumieniu zasady działania oraz fizycznych podstaw funkcjonowania termopary. To bardzo częsty błąd podczas nauki, szczególnie jeśli nie odróżnia się typów czujników i ich charakterystyki wyjściowej.