Na podstawie fragmentu katalogu regulatora określ, który typ czujnika temperatury należy zastosować, jeżeli maksymalna wartość temperatury regulowanej przez system mechatroniczny może osiągnąć wartość 900÷950°C, a dokładność pomiaru czujnika powinna mieścić się w granicach ±6°C.
| WEJŚCIA | |||
|---|---|---|---|
| Typ czujnika | Zakres [°C] | Błąd podst. [°C] | Uwagi |
| Czujnik rezystancyjny (wg PN-EN 60751), prąd pomiarowy 0,25mA | |||
| Pt100*) | -50...100 | ± 0,8 | Rezystancja linii czujnika < 10 Ω; należy połączyć przewodami o tym samym przekroju i długości |
| 0...250 | ± 1,3 | ||
| 0...600 | ± 3,0 | ||
| Termopara typu J (wg PN-EN 60584-1) | |||
| Fe-CuNi | 0...250 | ± 2,0 | |
| 0...600 | ± 3,0 | ||
| 0...900 | ± 4,0 | ||
| Termopara typu K (wg PN-EN 60584-1) | |||
| NiCr-NiAl | 0...600 | ± 3,0 | |
| 0...900 | ± 4,0 | ||
| 0...1300 | ± 6,0 | ||
| Termopara typu S (wg PN-EN 60584-1) | |||
| PtRh10-Pt | 0...1600 | ± 8,0 | |
A. Termopara typu S
B. Termopara typu J
C. Termopara typu K
D. Czujnik Pt100
Pytanie z egzaminu CKE, czerwiec 2020 (arkusz E.18-SG-20.06).
W tym zadaniu trzeba jednocześnie sprawdzić dwa warunki: zakres temperatury oraz dopuszczalny błąd pomiaru. System może osiągać 900÷950°C, więc czujnik musi pracować co najmniej do 950°C. Z katalogu widać, że termopara typu K, czyli NiCr-NiAl według PN-EN 60584-1, ma wariant zakresu 0...1300°C z błędem podstawowym ±6,0°C. To dokładnie spełnia wymaganie dokładności w granicach ±6°C i daje jeszcze sensowny zapas temperaturowy. Moim zdaniem to jest najważniejszy moment w tym pytaniu: nie wolno wybrać czujnika tylko dlatego, że dobrze mierzy do 900°C, bo instalacja może dojść do 950°C. W praktyce termopary typu K są bardzo często stosowane w piecach, suszarniach, układach grzewczych i procesach przemysłowych, gdzie temperatura jest wysoka i zmienna. Dobra praktyka branżowa mówi też, żeby nie pracować stale na granicy zakresu czujnika, bo skraca to jego żywotność i zwiększa ryzyko błędnych wskazań.
Przy doborze czujnika temperatury łatwo wpaść w pułapkę i patrzeć tylko na błąd pomiaru, a nie na pełny zakres pracy. Czujnik Pt100 jest bardzo popularny i dokładny przy niższych temperaturach, zgodny z PN-EN 60751, ale w podanym fragmencie katalogu jego zakres kończy się na 0...600°C. Dla procesu dochodzącego do 900÷950°C jest więc po prostu za słaby temperaturowo, nawet jeśli w automatyce spotyka się go bardzo często. Termopara typu J Fe-CuNi ma już znacznie wyższy zakres, bo do 900°C, i błąd ±4,0°C wygląda korzystnie. Problem jest taki, że wymaganie mówi o maksymalnej temperaturze nawet 950°C. Praca poza zakresem katalogowym nie jest dobrą praktyką, bo pomiar może być niewiarygodny, a czujnik może szybciej ulec uszkodzeniu. Termopara typu S PtRh10-Pt z kolei ma świetny zakres 0...1600°C, więc temperaturowo pasowałaby z dużym zapasem, ale jej błąd podstawowy wynosi ±8,0°C. To przekracza wymagane ±6°C. Typowy błąd myślowy polega tu na wybraniu czujnika „najbardziej wysokotemperaturowego”, zamiast dopasowanego do obu warunków naraz. W katalogach regulatorów zawsze trzeba czytać zakres i dokładność jako komplet, a nie osobno, bo w realnym układzie mechatronicznym oba parametry decydują o jakości regulacji.