Klasy dokładności sond temperatury — co oznaczają klasy Pt100 i termopar

Norma IEC 60751 definiuje klasy tolerancji od najciaśniejszej AA, przez A i B, po najszerszą C. W praktyce handlowej sondy Pt100 spotyka się najczęściej w klasach A i B. Każda klasa ma swój wzór tolerancji oraz zakres temperatur, w którym obowiązuje — inny dla czujników drutowych, inny dla cienkowarstwowych.

Symbol |t| to wartość bezwzględna temperatury w °C — tolerancja rośnie symetrycznie po obu stronach zera, więc w −100 °C wychodzi tyle samo co w +100 °C. Poza zakresem obowiązywania klasy wzór przestaje wiązać producenta: czujnik cienkowarstwowy klasy A formalnie nie deklaruje tej klasy na przykład w −100 °C.

Dla termopar norma IEC 60584-1 przewiduje klasy 1, 2 i 3. Klasa 3 nie jest przy tym po prostu „klasą dla temperatur ujemnych”: dla typów E, K, N i T obejmuje zakres od około −200 do +40 °C, ale dla typu B jest klasą wysokotemperaturową — od +600 do +1700 °C z tolerancją ±4,0 °C albo 0,005·|t| — a sam typ B nie ma w ogóle klasy 1. Konstrukcja tolerancji jest inna niż przy Pt100: do pewnej temperatury obowiązuje wartość stała, a powyżej niej — wzór proporcjonalny do temperatury. Poniżej wartości dla dwóch najpopularniejszych typów w sondach termoparowych: uniwersalnego K i „chłodniczego” T.

Dwie rzeczy warto zapamiętać. Po pierwsze, typ T klasy 1 z tolerancją ±0,5 °C jest wyraźnie ciaśniejszy od typu K w niskich temperaturach — dlatego chętnie stosuje się go w chłodnictwie i przy mrożonkach. Po drugie, tolerancje normowe dotyczą drutu termoparowego w stanie fabrycznym i nie uwzględniają dryfu podczas eksploatacji, który w wysokich temperaturach potrafi narastać z każdym cyklem pracy.

Deklaracja „klasa A” niczego nie mówi, dopóki nie podstawisz do wzoru temperatury, w której naprawdę mierzysz. Rachunek zajmuje chwilę i wygląda zawsze tak samo:

1. 1

   Ustal klasę i normę z karty katalogowej

   Szukaj zapisu w rodzaju „Pt100 klasa A wg IEC 60751” albo „termopara typu K klasy 1 wg IEC 60584-1”. Sama nazwa „sonda precyzyjna” to nie deklaracja.

2. 2

   Sprawdź zakres obowiązywania klasy

   Klasa wiąże producenta tylko w podanym przedziale temperatur. Poza nim tolerancja może być inna lub niezadeklarowana.

3. 3

   Podstaw temperaturę pomiaru do wzoru

   Pt100 klasy A w 100 °C: ±(0,15 + 0,002 · 100) = ±0,35 °C. W 0 °C zostaje samo ±0,15 °C.

4. 4

   Porównaj wynik z wymaganiem procesu

   Tolerancja toru pomiarowego powinna być wyraźnie mniejsza niż dopuszczalna odchyłka procesu — inaczej alarmy będą przypadkowe.

Ten sam rachunek dla termopary: typ K klasy 1 w 100 °C ma tolerancję stałą ±1,5 °C, a w 500 °C już ±(0,004 · 500) = ±2,0 °C. Widać od razu, że porównywanie „klas” między technologiami bez podstawienia temperatury pracy nie ma sensu — klasa 1 termopary i klasa A Pt100 to zupełnie różne poziomy tolerancji.

Wynik na wyświetlaczu powstaje w całym torze: sonda, złącza, przewody i elektronika miernika. Każdy element dokłada własny błąd, a klasa czujnika jest tylko jednym ze składników budżetu niepewności; sposób składania tych składników w jeden budżet opisuje przewodnik EA-4/02. Przy termoparach dochodzi jeszcze kompensacja zimnych końców i przewody kompensacyjne — to częste, a niewidoczne źródła błędu.

• Błąd elektroniki miernika — podawany osobno w jego specyfikacji, dodaje się do tolerancji sondy.
• Kompensacja zimnych końców i przewody kompensacyjne (termopary) — przewody mają własne klasy tolerancji według PN-EN IEC 60584-3 (dla typu K: ±1,5 °C w klasie 1 i ±2,5 °C w klasie 2) i bywają większym składnikiem błędu niż klasa samego czujnika.
• Montaż i zanurzenie — zbyt płytko zanurzona sonda odprowadza ciepło wzdłuż osłony i zaniża wynik.
• Dynamika — odczyt przed ustabilizowaniem wskazania potrafi przekłamać więcej niż cała klasa.

Nie myl też tolerancji z krokiem wyświetlacza: wskazanie co 0,01 °C nie oznacza dokładności 0,01 °C. Różnice między tymi pojęciami rozplątujemy w przewodniku o dokładności, rozdzielczości i niepewności. A jeśli mierzysz bezkontaktowo, dochodzi zupełnie inny czynnik — emisyjność powierzchni, którą omawiamy przy pomiarach pirometrem.

Klasa to statystyczna deklaracja producenta: każdy nowy czujnik mieści się w granicach tolerancji. Nie mówi jednak, ile Twój konkretny egzemplarz wskazuje w punktach, które Cię interesują — ani czy po roku pracy nadal mieści się w klasie. Na te pytania odpowiada dopiero wzorcowanie: porównanie ze wzorcem i świadectwo z błędami wskazań oraz niepewnością, które pozwala też stosować poprawki.

Sondę — najlepiej w komplecie z miernikiem, jako jeden tor — wyślesz do wzorcowania w zakresie temperatury. Jak zinterpretować otrzymany dokument, czyli błędy wskazań, niepewność i zgodność z wymaganiem, opisujemy krok po kroku w przewodniku o czytaniu świadectwa wzorcowania.

• Traktowanie klasy sondy jako dokładności całego zestawu — błąd miernika i złączy dochodzi osobno.
• Zakładanie, że ±0,15 °C klasy A obowiązuje w całym zakresie — w 300 °C ten sam wzór daje już ±0,75 °C.
• Uznawanie 1/3 DIN i 1/10 DIN za klasy normy — to oznaczenia producentów, często ważne tylko w 0 °C lub wąskim zakresie.
• Pomijanie zakresu obowiązywania klasy — poza nim producent nie deklaruje tolerancji normowej.
• Ignorowanie dryfu termopar — tolerancje dotyczą drutu w stanie fabrycznym, nie po sezonie pracy w piecu.
• Mylenie rozdzielczości wyświetlacza z dokładnością — 0,01 °C na ekranie to nie ±0,01 °C pomiaru.