Do pomiaru prędkości obrotowej wału silnika służy
A. prądnica tachometryczna.
B. czujnik termoelektryczny.
C. potencjometr obrotowy.
D. mostek tensometryczny.
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2022 (arkusz EE.02-SG-22.06).
Do pomiaru prędkości obrotowej wału silnika stosuje się prądnicę tachometryczną, bo jej sygnał wyjściowy jest bezpośrednio związany z obrotami. W praktyce wał tachoprądnicy sprzęga się mechanicznie z wałem silnika, a na jej zaciskach pojawia się napięcie proporcjonalne do prędkości, w uproszczeniu $U=k\cdot n$. Im szybciej obraca się wał, tym większy jest sygnał pomiarowy. Taki element jest często używany w napędach regulowanych, układach automatyki, obrabiarkach, przenośnikach czy stanowiskach laboratoryjnych do kontroli obrotów. Moim zdaniem to jeden z bardziej klasycznych przykładów czujnika w mechatronice, bo od razu widać związek między wielkością mechaniczną i elektryczną. Dobra praktyka branżowa wymaga poprawnego osiowania, zastosowania sprzęgła elastycznego, sprawdzenia zakresu prędkości, kalibracji oraz prowadzenia przewodów sygnałowych z dala od silnych zakłóceń. W maszynach trzeba też pamiętać o wymaganiach bezpieczeństwa i dokumentacji, np. zgodnie z ogólnym podejściem norm typu PN-EN 60204-1 dotyczącym wyposażenia elektrycznego maszyn.
W tym pytaniu łatwo pomylić różne czujniki, bo każdy z nich coś mierzy i każdy może występować w pobliżu silnika albo maszyny. Czujnik termoelektryczny, czyli najczęściej termopara, działa na zasadzie zjawiska Seebecka i służy do pomiaru temperatury. Przyda się do kontroli nagrzewania uzwojeń, łożysk lub obudowy silnika, ale nie pokaże bezpośrednio prędkości obrotowej wału. To typowy błąd myślowy: skoro silnik się kręci i grzeje, to czujnik temperatury niby może coś powiedzieć o pracy silnika. Może, ale nie o obrotach wprost. Mostek tensometryczny jest układem do pomiaru odkształceń, siły, nacisku albo momentu skręcającego. W napędach bywa bardzo użyteczny, na przykład do diagnostyki obciążeń wału, lecz sama prędkość obrotowa to inna wielkość fizyczna. Potencjometr obrotowy mierzy położenie kątowe, zwykle w ograniczonym zakresie, a nie prędkość ciągłego obrotu. Teoretycznie z położenia zmiennego w czasie da się wyliczyć prędkość, ale w praktyce przemysłowej do wału silnika stosuje się enkodery, tachoprądnice albo czujniki indukcyjne, a nie zwykły potencjometr, bo zużywa się mechanicznie i ma ograniczony kąt pracy. Dlatego poprawnym wyborem jest prądnica tachometryczna, czyli element zaprojektowany właśnie do przetwarzania prędkości obrotowej na sygnał elektryczny.