Wpis zaktualizowany: październik 2026 - poprawiliśmy zakresy i klasy dokładności według normy IEC 60584-1, dodaliśmy tabele napięcia termoelektrycznego z tablic NIST, porównanie tolerancji IEC i ASTM, ograniczenia termopary typu K (zielona zgnilizna, histereza, dryft) i typu S, temperatury pracy według średnicy drutu oraz kolory i rodzaje przewodów przedłużających i kompensacyjnych.
Termopara typu K (NiCr-NiAl) to najczęściej stosowany czujnik temperatury w przemyśle: tani, wytrzymały, z szerokim zakresem pracy do około 1200 °C. Termopara typu S (PtRh10-Pt) jest z platyny i rodu - dużo droższa, ale stabilniejsza i przeznaczona do pomiarów do 1600 °C, w piecach ceramicznych, szklarskich i w laboratoriach.
Podstawy działania termopary (zjawisko Seebecka, budowa, porównanie z Pt100 i NTC) opisujemy we wpisie Termopara - co to jest, jak działa, budowa i typy. Tutaj skupiamy się na dwóch typach: liczbach, które trzeba znać przy doborze, i ograniczeniach, które decydują o dokładności w praktyce.
Typ K i typ S w skrócie
| Cecha | Typ K | Typ S |
|---|---|---|
| Materiał termoelektrody dodatniej / ujemnej | NiCr (chromel) / NiAl (alumel) | Pt z 10 % Rh / czysta Pt |
| Zakres tablic NIST (ITS-90) | -270 do +1372 °C | -50 do +1768 °C |
| Zakres klasy 1 według IEC 60584-1 | -40 do +1000 °C | 0 do +1600 °C |
| Zakres klasy 2 według IEC 60584-1 | -40 do +1200 °C | 0 do +1600 °C |
| Czułość przy 0-100 °C | około 41 µV/°C | około 6,5 µV/°C |
| Czułość w zakresie 1000-1200 °C | około 38 µV/°C | około 12 µV/°C |
| Atmosfera pracy | utleniająca i obojętna; ograniczona w redukującej i w próżni | utleniająca; wymaga ochrony przed zanieczyszczeniami |
| Kolor według IEC 60584-3 | zielony (żyła minus biała) | pomarańczowy (żyła minus biała) |
| Cena | niska | wysoka (metale szlachetne) |
Napięcie termoelektryczne typu K i S - tablice NIST
Termopara wytwarza napięcie zależne od różnicy temperatur między spoiną pomiarową a spoiną odniesienia. Tablice NIST (baza SRD 60, skala ITS-90) podają je dla spoiny odniesienia w 0 °C. Wybrane wartości:
| Temperatura | Typ K | Typ S |
|---|---|---|
| -200 °C | -5,891 mV | - |
| 0 °C | 0,000 mV | 0,000 mV |
| 100 °C | 4,096 mV | 0,646 mV |
| 200 °C | 8,138 mV | 1,441 mV |
| 400 °C | 16,397 mV | 3,259 mV |
| 600 °C | 24,905 mV | 5,239 mV |
| 800 °C | 33,275 mV | 7,345 mV |
| 1000 °C | 41,276 mV | 9,587 mV |
| 1200 °C | 48,838 mV | 11,951 mV |
| 1372 °C | 54,886 mV | - |
| 1400 °C | - | 14,373 mV |
| 1600 °C | - | 16,777 mV |
| 1768 °C | - | 18,693 mV |
Z tablic widać najważniejszą różnicę: typ K daje przy tej samej temperaturze od czterech do sześciu razy wyższe napięcie niż typ S. Dlatego typ S wymaga dokładniejszego przyrządu pomiarowego, a przy niskich temperaturach (poniżej kilkuset stopni) jego sygnał jest bardzo mały - tam lepiej sprawdza się typ K albo czujnik Pt100.
Przyrząd mierzy tylko różnicę temperatur, więc musi znać temperaturę spoiny odniesienia, czyli zacisków, do których podłączona jest termopara. Rejestratory i mierniki robią to automatycznie wbudowanym czujnikiem (kompensacja zimnego złącza). Błąd tej kompensacji przenosi się wprost na wynik pomiaru.
Klasy dokładności - IEC 60584-1 i ASTM E230
Norma IEC 60584-1:2013 (w Polsce PN-EN 60584-1) określa trzy klasy tolerancji. Obowiązuje większa z dwóch wartości: stała w °C albo procent mierzonej temperatury |t|.
| Typ i klasa | Zakres | Tolerancja |
|---|---|---|
| K, klasa 1 | -40 do +375 °C | ±1,5 °C |
| K, klasa 1 | +375 do +1000 °C | ±0,004·|t| (np. ±4 °C przy 1000 °C) |
| K, klasa 2 | -40 do +333 °C | ±2,5 °C |
| K, klasa 2 | +333 do +1200 °C | ±0,0075·|t| (np. ±9 °C przy 1200 °C) |
| K, klasa 3 | -167 do +40 °C | ±2,5 °C |
| K, klasa 3 | -200 do -167 °C | ±0,015·|t| |
| S, klasa 1 | 0 do +1100 °C | ±1,0 °C |
| S, klasa 1 | +1100 do +1600 °C | ±[1 + 0,003·(t - 1100)] °C |
| S, klasa 2 | 0 do +600 °C | ±1,5 °C |
| S, klasa 2 | +600 do +1600 °C | ±0,0025·|t| |
W poprzedniej wersji wpisu zakres klasy 2 dla typu K był podany jako „od -40 do 333 °C” - to tylko próg, od którego zaczyna obowiązywać tolerancja procentowa. Sama klasa 2 obejmuje zakres do 1200 °C.
W dokumentacji z USA spotkasz normę ASTM E230, która zamiast klas ma granice standardowe i specjalne. Dla typu K: granice standardowe ±2,2 °C albo ±0,75 % (od 0 do 1260 °C), specjalne ±1,1 °C albo ±0,4 %. Dla typu S: standardowe ±1,5 °C albo ±0,25 %, specjalne ±0,6 °C albo ±0,1 % (od 0 do 1480 °C). W przybliżeniu klasa 1 IEC odpowiada granicom specjalnym ASTM, a klasa 2 - standardowym.
Tolerancje dotyczą nowego, jednorodnego drutu. W eksploatacji termopara się starzeje, dlatego w zastosowaniach wymagających dokumentacji (obróbka cieplna, walidacja pieców) sprawdza się ją okresowo z termometrem wzorcowym.
Ograniczenia termopary typu K
Zielona zgnilizna (green rot)
W atmosferze z niewielką ilością tlenu i czynnikiem redukującym (np. wodorem), w temperaturach około 800-1260 °C, chrom w termoelektrodzie NiCr utlenia się wybiórczo. Termopara zaczyna zaniżać wskazania, drut staje się magnetyczny i kruchy, a w końcu pęka. Zjawisko nie występuje ani przy dużej ilości tlenu, ani przy jego całkowitym braku. Pomaga przedmuch osłony powietrzem albo gazem obojętnym, kabel w płaszczu z izolacją mineralną albo zmiana na termoparę typu N.
Histereza w zakresie 200-600 °C
W stopie NiCr między około 200 a 600 °C (najsilniej przy 400 °C) zachodzi uporządkowanie struktury, które zmienia napięcie termoelektryczne. Błąd zależy od czasu przebywania w tej temperaturze i od szybkości stygnięcia - według instrukcji WIKA może dojść do około 5 °C przy stygnięciu z 600 do 400 °C szybszym niż około 100 °C na godzinę. Efekt jest odwracalny przez wygrzanie powyżej 700 °C. Jeśli proces stale pracuje w tym zakresie i liczy się dokładność, lepszy jest czujnik Pt100.
Dryft w wysokiej temperaturze i w próżni
Powyżej 500 °C, a szczególnie powyżej 1000 °C, wskazania typu K powoli dryfują. Badanie brytyjskiego NPL pokazało średnio -2,3 °C po 500 godzinach w 1200 °C. W próżni chrom może odparowywać, a siarka w atmosferze pieca powoduje kruchość drutu.
Ograniczenia termopary typu S
- Zanieczyszczenia - platyna jest bardzo czuła na zanieczyszczenia (metale, krzem, siarka, wodór). Nawet niewielka ich ilość zmienia napięcie termoelektryczne, dlatego termoparę S stosuje się w osłonach ceramicznych o wysokiej czystości.
- Rozrost ziaren - długa praca w wysokiej temperaturze zmienia strukturę platyny i powoduje dryft.
- Mały sygnał - przy 100 °C termopara S daje tylko 0,646 mV, więc w niskich temperaturach jest mniej dokładna niż typ K.
- Cena - platyna i rod sprawiają, że termoelement i przewód kompensacyjny są wielokrotnie droższe niż dla typu K.
W zamian typ S jest bardzo stabilny i powtarzalny w wysokiej temperaturze. Dlatego używa się go jako termopary wzorcowej w laboratoriach wzorcujących, w szklarstwie, ceramice technicznej, hutnictwie metali szlachetnych i w piecach laboratoryjnych.
Do jakiej temperatury - zależy od średnicy drutu
Zalecana górna temperatura pracy termopary w osłonie zależy od grubości drutu: cienki drut szybciej się utlenia. Orientacyjne wartości z tabel ASTM E230 dla typu K:
| Średnica drutu | Zalecana górna granica pracy, typ K |
|---|---|
| 3,25 mm | 1260 °C |
| 1,63 mm | 1090 °C |
| 0,81 mm | 980 °C |
| 0,51 mm | 870 °C |
| 0,33 mm | 870 °C |
| 0,25 mm | 760 °C |
Dla typu S tabela podaje 1480 °C. Wartości dotyczą termopar w zamkniętych osłonach ochronnych i pracy ciągłej; kable płaszczowe z izolacją mineralną mają własne granice podawane przez producenta.
Kolory, wtyczki i przewody przedłużające
Według normy IEC 60584-3 przewody i złącza typu K mają kolor zielony (żyła dodatnia zielona, ujemna biała), a typu S - pomarańczowy (żyła dodatnia pomarańczowa, ujemna biała). W dokumentacji amerykańskiej (ANSI) typ K jest żółty. Kolor wtyczki miniaturowej pozwala od razu rozpoznać typ termopary podłączonej do rejestratora.
| Przewód | Materiał | Uwagi |
|---|---|---|
| KX - przedłużający typu K | ten sam stop co termopara (NiCr/NiAl) | najdokładniejszy; zwykle do +200 °C |
| KCA - kompensacyjny typu K | Fe/CuNi | do około +150 °C; rzadko dostępny |
| KCB - kompensacyjny typu K | Cu/CuNi | połączenie z termoparą musi być poniżej 100 °C |
| SCA - kompensacyjny typu S | Cu/CuNi | połączenie poniżej 100 °C, dokładniejszy |
| SCB - kompensacyjny typu S | Cu/CuNi | połączenie poniżej 200 °C; ten sam przewód pasuje do typu R |
Dla typu S nie stosuje się przewodów przedłużających z platyny - to byłoby zbyt drogie - tylko przewody kompensacyjne z miedzi i stopu miedzi z niklem. Zawsze trzeba użyć przewodu dla właściwego typu termopary: zwykły przewód miedziany albo przewód innego typu wprowadza błąd zależny od temperatury złącza.
Gdzie stosuje się termopary K i S
| Zastosowanie | Typowy wybór |
|---|---|
| Piece do obróbki cieplnej, hartownicze, odprężające | K (do około 1100-1200 °C), w atmosferze ochronnej rozważyć N |
| Spaliny, kotły, kominy | K |
| Wtryskarki, formy, wytłaczarki, piece piekarnicze | K (często J) |
| Suszarnie przemysłowe, piece lakiernicze | K albo Pt100 |
| Piece ceramiczne i szklarskie, wypalanie powyżej 1200 °C | S (albo R) |
| Hutnictwo metali szlachetnych, laboratoria materiałowe | S |
| Wzorcowanie innych termopar | S jako termopara wzorcowa |
Więcej o pomiarach w piecach i o tym, kiedy wybrać termoparę, a kiedy pirometr, piszemy we wpisie o termometrach wysokotemperaturowych.
Rejestratory i sondy do termopar w naszej ofercie
- Tinytag Ultra 2 TGU-4550 - rejestrator do termopar typu K, J, T i N, z gniazdem na wtyczkę standardową i miniaturową; dokładność samego kanału termopary lepsza niż ±1,0 °C, rozdzielczość 0,01 °C.
- Tinytag Ultra 2 TGU-4550-SPK - zestaw startowy z rejestratorem i termoparą typu K.
- Tinytag PB-4001-1M - sonda z termoparą typu K, zakres -100 do +250 °C, dokładność ±1,5 °C ±0,25 % odczytu.
- Tecnosoft TC-Log 8 USB - 8-kanałowy rejestrator do termopar; w wersji uniwersalnej obsługuje typy K, J, T, N, E, R, S, B, G, C i D, więc nadaje się także do termopary S. W piecu pracuje w osłonie termicznej.
- Tecnosoft TS19TCK - termopara typu K, 2 m, z wtyczką miniaturową albo bez wtyczki, do rejestratora TC-Log.
Jeśli proces pracuje poniżej 600 °C i liczy się dokładność, porównaj termoparę z czujnikiem Pt100, np. w rejestratorze Tinytag Plus 2 TGP-4104.
Podsumowanie
Typ K to uniwersalna, tania termopara do około 1200 °C z czułością około 41 µV/°C; trzeba uważać na zieloną zgniliznę, histerezę w zakresie 200-600 °C i dryft powyżej 1000 °C. Typ S to stabilna termopara platynowa do 1600 °C, z małym sygnałem i wrażliwością na zanieczyszczenia, stosowana w ceramice, szklarstwie i laboratoriach. Klasy dokładności podaje IEC 60584-1, a kolory i przewody - IEC 60584-3: zielony dla K, pomarańczowy dla S.
Jako dystrybutor wymienionych marek w Polsce (wyłączny dystrybutor Tinytag, autoryzowany dystrybutor Tecnosoft) pomagamy dobrać rejestrator, typ termopary i przewody do pieca, suszarni albo linii produkcyjnej. Napisz do nas - przygotujemy ofertę w 24 h.
Zapytaj o rejestrator do termopar →
Artykuł zaktualizowany: październik 2026. Źródła: NIST SRD 60 (tablice termopar ITS-90, typy K i S), IEC 60584-1:2013 i IEC 60584-3:2021 (za materiałami RS PRO, TC Direct i LAPP), ASTM E230 (za katalogami Pyromation i Tempco oraz Pelican Wire), WIKA (zielona zgnilizna, instrukcja termometrów TR), University of Cambridge (dryft drutu typu K), NPL - Measurement Science and Technology 33 (2022) 075003, Tempco i Pyrosales (ograniczenia typów K i S).
Zaloguj przez Facebooka
Zaloguj przez Google