Czujniki temperatury do ogrzewania: cel, typy, instrukcje montażu

Podczas obsługi urządzeń grzewczych należy kontrolować stopień nagrzewania chłodziwa, a także powietrza w pomieszczeniu. Czujniki temperatury do ogrzewania pomagają usuwać i przesyłać informacje, z których informacje można odczytać wizualnie lub natychmiast wysłać do sterownika.

Oferujemy zrozumieć, jak działają czujniki temperatury, jakie istnieją rodzaje urządzeń sterujących i jakie parametry należy wziąć pod uwagę przy wyborze urządzenia. Ponadto przygotowaliśmy instrukcje krok po kroku, które pomogą Ci samodzielnie zainstalować czujnik temperatury na grzejniku.

Zasada działania czujnika termicznego

Możesz kontrolować system grzewczy na różne sposoby, w tym:

• automatyczne urządzenia do terminowego zasilania;
• jednostki monitorujące bezpieczeństwo;
• jednostki mieszające.

Do poprawnego działania wszystkich tych grup potrzebne są czujniki temperatury, które dają sygnały o funkcjonowaniu urządzeń. Monitorowanie odczytów tych urządzeń pozwala na identyfikację usterek w systemie na czas i podjęcie działań naprawczych.

Istnieje wiele rodzajów instrumentów służących do pomiaru temperatury. Mogą być zanurzone w chłodziwach, stosowane w pomieszczeniach lub umieszczone na zewnątrz

Czujnik temperatury może być wykorzystywany jako oddzielne urządzenie, na przykład do kontroli temperatury w pomieszczeniu, lub może być nieodłączną częścią złożonego urządzenia, na przykład kotła grzewczego.

Podstawą takich urządzeń stosowanych w automatycznym sterowaniu jest zasada zamiany wskaźników temperatury na sygnał elektryczny. Dzięki temu wyniki pomiarów mogą być szybko przesyłane przez sieć w postaci kodu cyfrowego, co gwarantuje wysoką prędkość, czułość i dokładność pomiaru.

Jednocześnie różne urządzenia do pomiaru stopnia nagrzewania mogą mieć cechy projektowe wpływające na szereg parametrów: pracę w określonym środowisku, metodę transmisji, metodę wizualizacji i inne.

Rodzaje urządzeń do pomiaru temperatury

Urządzenia termiczne można sklasyfikować według szeregu ważnych kryteriów, w tym metody przesyłania informacji, lokalizacji i warunków instalacji, a także algorytmu odczytu.

Metodą przekazywania informacji

Zgodnie z metodą stosowaną do przesyłania informacji czujniki są podzielone na dwie duże kategorie:

• urządzenia drutowe;
• czujniki bezprzewodowe.

Początkowo wszystkie takie urządzenia były wyposażone w przewody, za pomocą których czujniki temperatury były podłączone do jednostki sterującej, przesyłając do niej informacje. Chociaż urządzenia te są teraz wypierane przez bezprzewodowe odpowiedniki, nadal są często używane w prostych obwodach.

Ponadto przewodowe czujniki są bardziej dokładne i niezawodne.

Aby zapewnić skoordynowane działanie przewodowego czujnika stosowanego w urządzeniu kompozytowym, pożądane jest połączenie go z wyposażeniem tego samego producenta

Obecnie urządzenia bezprzewodowe, które najczęściej przesyłają informacje za pomocą nadajnika i odbiornika fal radiowych, zyskały dystrybucję. Takie urządzenia można zamontować niemal wszędzie, w tym w osobnym pomieszczeniu lub na wolnym powietrzu.

Ważnymi cechami takich czujników temperatury są:

• obecność baterii;
• błąd pomiaru;
• zasięg transmisji sygnału.

Urządzenia bezprzewodowe / przewodowe mogą się całkowicie wzajemnie zastępować, jednak niektóre funkcje działają.

Według lokalizacji i metody umieszczenia

W miejscu zajęcia takie urządzenia są podzielone na następujące odmiany:

• faktury dołączone do obwodu grzewczego;
• zanurzalny w kontakcie z chłodziwem;
• wewnątrz znajduje się w przestrzeni mieszkalnej lub biurowej;
• zewnętrzne, które znajdują się na zewnątrz.

W niektórych urządzeniach można jednocześnie używać kilku rodzajów czujników do kontroli temperatury.

Zgodnie z mechanizmem odczytu

Metodą prezentowania informacji urządzeniami mogą być:

• bimetaliczny;
• alkohol

W pierwszym przykładzie wykonania zakłada się, że stosuje się dwie płytki wykonane z różnych metali, a także wskaźnik zegarowy. Wraz ze wzrostem temperatury jeden z elementów odkształca się, powodując nacisk na strzałkę. Odczyty takich urządzeń mają dobrą dokładność, ale ich bezwładność jest dużym minusem.

Termostaty bimetaliczne i alkoholowe są często instalowane na urządzeniach grzewczych, takich jak kotły. Pozwalają monitorować ogrzewanie, którego przekroczenie może prowadzić do śmiertelnych konsekwencji.

Czujniki, których działanie opiera się na spożywaniu alkoholu, są prawie całkowicie pozbawione tej wady. W takim przypadku roztwór zawierający alkohol rozpręża się w hermetycznie zamkniętą kolbę, która rozszerza się po podgrzaniu. Projekt jest dość elementarny, niezawodny, ale niezbyt wygodny do obserwacji.

Różne typy czujników temperatury

Do dokonywania odczytów temperatury stosuje się urządzenia o innej zasadzie działania. Do najpopularniejszych należą urządzenia wymienione poniżej.

Termopary: dokładne usuwanie - trudność w interpretacji

Takie urządzenie składa się z dwóch spawanych razem drutów wykonanych z różnych metali. Różnica temperatur powstająca między końcem gorącym a zimnym służy jako źródło prądu elektrycznego o wartości 40–60 μV (wskaźnik zależy od materiału termopary).

Najczęściej stosowanymi kombinacjami metali i stopów do produkcji termopar są: chrom-aluminium, żelazo-costantan, żelazo-nikiel, nikiel-chrom i inne

Termopara jest uważana za precyzyjny czujnik temperatury, jednak dość trudno jest z niej odczytać dokładne odczyty.Aby to zrobić, musisz znać siłę elektromotoryczną (EMF) przy użyciu różnicy temperatur urządzenia.

Aby wynik był prawidłowy, ważne jest, aby zrekompensować temperaturę zimnego złącza, stosując na przykład metodę sprzętową, w której drugą termoparę umieszcza się w medium o znanej wcześniej temperaturze.

Metoda kompensacji programowej polega na umieszczeniu innego czujnika temperatury w izokamerze wraz z zimnymi złączami, co pozwala kontrolować temperaturę z określoną dokładnością.

Pewne trudności są spowodowane procesem pobierania danych z termopary z powodu jej nieliniowości. Aby zapewnić dokładność wskazań, GOST R 8.585-2001 wprowadził współczynniki wielomianowe, które pozwalają na przełożenie pola elektromagnetycznego na temperaturę, a także wykonywanie operacji odwrotnych.

Innym problemem jest to, że odczyty są pobierane w mikrowoltach, do konwersji których niemożliwe jest zastosowanie powszechnie dostępnych urządzeń cyfrowych. Aby użyć termopary w strukturach, konieczne jest zapewnienie dokładnych, wielobitowych przetworników o minimalnym poziomie hałasu.

Termistory: łatwe i proste

O wiele łatwiej jest zmierzyć temperaturę za pomocą termistorów, które opierają się na zasadzie zależności odporności materiałów od temperatury otoczenia. Takie urządzenia, na przykład wykonane z platyny, mają tak ważne zalety, jak wysoka dokładność i liniowość.

Główny problem takich czujników temperatury można uznać za wyjątkowo niski współczynnik temperaturowy rezystancji, jednak nadal łatwiej jest go dokładnie zmierzyć niż wychwycić małe wartości napięcia termopary

Ważną cechą rezystora jest rezystancja podstawy w określonej temperaturze. Według GOST 21342.7-76 wskaźnik ten mierzy się w 0 ° C. Zaleca się stosowanie szeregu wartości rezystancji (Ohm), a także T_policjant - współczynnik temperaturowy.

Wskaźnik T._policjant obliczone według wzoru:

T._policjant = (R_e - R_0c) / (T_e - T_0c) * 1 / R_0c,

Gdzie:

• R_e - rezystancja w aktualnej temperaturze;
• R_0c - odporność w 0 ° C;
• T._e - aktualna temperatura;
• T._0c - 0 ° C.

GOST zapewnia również współczynniki temperaturowe dla różnych urządzeń pomiarowych wykonanych z miedzi, niklu, platyny, a także wskazuje współczynniki wielomianowe stosowane do obliczania temperatury na podstawie bieżących wskaźników rezystancji.

Czujniki termistorowe są szeroko rozpowszechnione w przemyśle elektronicznym i inżynieryjnym, ze względu na dokładność odczytów, czułość i mało wymagające działanie

Opór można zmierzyć, podłączając urządzenie do obwodu źródła prądu i mierząc napięcie różnicowe. Wskaźniki mogą być kontrolowane za pomocą układów scalonych, których wyjście analogowe jest równe dostarczonemu napięciu.

Czujniki termiczne z podobnymi urządzeniami można bezpiecznie podłączyć do przetwornika analogowo-cyfrowego, digitalizując go za pomocą ośmio- lub dziesięciobitowego przetwornika ADC.

Cyfrowy czujnik do jednoczesnych pomiarów

Szeroko stosowane są również cyfrowe czujniki temperatury, na przykład model DS18B20, którego działanie odbywa się za pomocą układu z trzema wyjściami. Dzięki temu urządzeniu możliwe jest jednoczesne odczytanie temperatury z kilku czujników pracujących równolegle, a błąd wynosi tylko 0,5° C.

Popularnym modelem jest połączony czujnik temperatury / wilgotności SHT1, który pozwala mierzyć ciepło z dokładnością + 2 °, a wilgotność z błędem +5. Jednak sam producent twierdzi, że istnieją bardziej dokładne i ekonomiczne urządzenia

Wśród innych zalet tego urządzenia można również zauważyć szeroki zakres temperatur roboczych (-55 + 125 ° C). Główną wadą jest powolna praca: do najdokładniejszych obliczeń urządzenie wymaga co najmniej 750 ms.

Bezdotykowe irometry (termowizory)

Działanie tych czujników zbliżeniowych opiera się na utrwalaniu promieniowania cieplnego z ciał. Aby scharakteryzować to zjawisko, stosuje się ilość energii uwalnianej w jednostce czasu z powierzchni jednostki, która jest na jednostkę zakresu długości fali.

Podobne kryterium odzwierciedlające intensywność promieniowania monochromatycznego nazywa się jaskrawością spektralną.

Dostępne są następujące typy pirometrów:

• promieniowanie;
• luminancja (optyczna);
• kolor.

Promieniowanie pirometry pozwalają na pomiary w zakresie 20-25000 ° C, jednak w celu ustalenia temperatury należy wziąć pod uwagę współczynnik niepełności promieniowania, którego faktyczna wartość zależy od stanu fizycznego organizmu, jego składu chemicznego i innych czynników.

Głównym aktywnym elementem czujnika promieniowania jest teleskop, w którym znajduje się bateria składająca się z szeregowego obwodu termopar. Końce robocze tych urządzeń znajdują się na płatku pokrytym platyną (+)

Pirometry jasności (optyczne) Zaprojektowany do pomiaru temperatur 500-4000 ° C. Zapewniają wysoką dokładność pomiarów, jednak mogą zniekształcać odczyty z powodu możliwej absorpcji promieniowania z ciał przez ośrodek pośredni, przez który dokonywane są obserwacje.

Kolorowe pirometryktórych działanie opiera się na określeniu intensywności promieniowania przy dwóch długościach fal - najlepiej w czerwonej lub niebieskiej części widma - stosuje się do pomiarów w zakresie od 800 do 0 ° C.

Ich główną zaletą jest to, że niekompletność promieniowania nie wpływa na błędy pomiaru. Ponadto wskaźniki są niezależne od odległości od obiektu.

Kwarcowe przetworniki temperatury (piezoelektryczne)

Aby odczytać temperaturę w zakresie -80 + 250 ° C, można użyć przetworników kwarcowych (elementów piezoelektrycznych), których zasada opiera się na zależności częstotliwości kwarcu od ogrzewania. W takim przypadku położenie cięcia wzdłuż osi krystalicznych wpływa na funkcję konwertera.

Urządzenia piezoelektryczne (kwarcowe) są najczęściej używane w badaniach, ponieważ takie urządzenia charakteryzują się rozszerzonym zakresem pomiarowym, niezawodnością, wysoką dokładnością

Czujniki piezoelektryczne wyróżniają się drobną czułością, wysoką rozdzielczością, są w stanie pracować niezawodnie przez długi czas. Takie urządzenia są szeroko stosowane w produkcji cyfrowych termometrów i są uważane za jedno z najbardziej obiecujących urządzeń dla przyszłych technologii.

Czujniki temperatury hałasu (akustyczne)

Funkcjonowanie takich urządzeń zapewnia usunięcie różnicy potencjałów akustycznych w zależności od temperatury rezystora.

Metody akustyczne pozwalają na odczyty temperatury w ograniczonych przestrzeniach i środowiskach, w których bezpośredni pomiar nie jest możliwy. Podobne urządzenia są stosowane w medycynie, badaniach podwodnych, a także w przemyśle

Metoda pomiaru za pomocą takich czujników jest dość prosta: konieczne jest porównanie hałasu wytwarzanego przez dwa podobne elementy, z których jeden ma znaną temperaturę, a drugi w określonej temperaturze.

Akustyczne czujniki temperatury nadają się do pomiaru przedziału -270 - +1100°C. Co więcej, złożoność procesu polega na zbyt niskim poziomie hałasu: dźwięki emitowane przez wzmacniacz czasami go zagłuszają.

Czujniki temperatury NQR

Istotą działania termometrów kwadrupolowych rezonansowych jest działanie gradientu pola, które tworzą sieć kryształu i moment jądra - wskaźnik wywołany odchyleniem ładunku od symetrii kuli.

W wyniku tego zjawiska powstaje procesja jąder: jego częstotliwość zależy od gradientu pola sieci. Temperatura wpływa również na wielkość tego wskaźnika: jego wzrost powoduje spadek częstotliwości NQR.

Głównym elementem takich czujników jest ampułka z substancją umieszczoną w uzwojeniu indukcyjnym połączonym z obwodem generatora.

Zaletą urządzeń jest nieograniczony czas pomiaru, niezawodność i stabilna praca. Wadą jest nieliniowość pomiarów, co powoduje konieczność użycia funkcji konwersji.

Urządzenia półprzewodnikowe

Kategoria urządzeń, która działa na podstawie zmian charakterystyk złącza pn spowodowanych temperaturą. Napięcie na tranzystorze jest zawsze proporcjonalne do wpływu temperatury, co ułatwia obliczenie tego współczynnika.

Zaletami takich urządzeń są wysoka dokładność danych, niski koszt, liniowość charakterystyk w całym zakresie pomiarowym. Instalacja takich urządzeń jest dogodnie wykonywana bezpośrednio na podłożu półprzewodnikowym, co czyni je idealnymi dla mikroelektroniki.

Wolumetryczne czujniki temperatury

Urządzenia takie oparte są na dobrze znanej zasadzie rozszerzania i kurczenia się substancji obserwowanych podczas ogrzewania lub chłodzenia. Takie czujniki są dość praktyczne. Można ich używać do określania temperatur od -60 do + 400 ° С.

Aby umożliwić wizualną kontrolę temperatury, większość czujników temperatury znajdujących się w pokojach jest wyposażona w wyświetlacze, na których wyświetlane są bieżące wartości.

Należy pamiętać, że pomiary cieczy za pomocą takich urządzeń są ograniczone temperaturami wrzenia i zamarzania, a gazów przez ich przejście do stanu ciekłego. Błąd pomiaru spowodowany wpływem środowiska przez te urządzenia jest dość mały: waha się między 1-5%.

Wybór czujników temperatury

Przy wyborze takich urządzeń czynniki takie jak:

• zakres temperatur, w których dokonywane są pomiary;
• potrzeba i zdolność zanurzenia czujnika w obiekcie lub środowisku;
• warunki pomiaru: do pobierania wskaźników w agresywnym środowisku lepiej jest wybrać opcję bezdotykową lub model umieszczony w obudowie antykorozyjnej;
• żywotność urządzenia przed kalibracją lub wymianą - niektóre typy urządzeń (na przykład termistory) zawodzą wystarczająco szybko;
• dane techniczne: rozdzielczość, napięcie, szybkość podawania sygnału, błąd;
• wielkość sygnału wyjściowego.

W niektórych przypadkach ważny jest również materiał obudowy urządzenia, a przy zastosowaniu w pomieszczeniach - rozmiar i konstrukcja.

Wytyczne dotyczące instalacji DIY

Takie urządzenia są szeroko stosowane do różnych celów: są wyposażone w grzejniki, kotły grzewcze i inne urządzenia gospodarstwa domowego.

Przed rozpoczęciem instalacji należy dokładnie przeczytać instrukcję: wskazuje ona nie tylko funkcje instalacyjne (na przykład wymiary podłączenia do rury), ale także zasady działania, a także granice temperatur, w których urządzenie pomiarowe jest odpowiednie.

Konieczne jest również uwzględnienie rozmiaru rękawa, który może wynosić od 120 do 160 mm.

Rozważ dwa najczęstsze przypadki montażu czujnika temperatury.

Podłączanie urządzenia do chłodnicy

Nie jest konieczne wyposażenie wszystkich urządzeń grzewczych w termostat. Zgodnie z przepisami czujniki zamontowane na akumulatorzejeżeli jego całkowita wydajność przekracza 50% produkcji ciepła przez podobne systemy. Jeśli w pomieszczeniu znajdują się dwa grzejniki, wówczas termostat jest zainstalowany tylko na jednym z wyższym wskaźnikiem mocy.

Czujnik temperatury jest obowiązkową częścią regulatorów temperatury, umożliwiającą zmniejszenie lub zwiększenie ogrzewania grzejników, ogrzewania podłogowego i innych urządzeń grzewczych

Zawór urządzenia jest instalowany na rurze zasilającej w miejscu podłączenia grzejnika do sieci grzewczej. Jeśli nie jest możliwe włożenie go do istniejącego obwodu, należy zdemontować przewód zasilający, co może powodować pewne trudności.

Aby przeprowadzić tę manipulację, konieczne jest użycie narzędzia do cięcia rur, podczas gdy instalacja głowicy termicznej jest łatwa do wykonania bez specjalnego sprzętu. Zaraz po zamontowaniu czujnika wystarczy połączyć znaki wykonane na obudowie i urządzeniu, po czym głowicę mocuje się poprzez gładkie naciśnięcie dłoni.

Montaż czujnika temperatury powietrza

Takie urządzenie jest instalowane w najzimniejszym salonie bez przeciągów (w korytarzu, kuchni lub kotłowni, jego instalacja jest niepożądana, ponieważ może powodować zakłócenia w systemie).

Wybierając miejsce, musisz upewnić się, że światło słoneczne nie pada na urządzenie, nie powinno być w pobliżu żadnych urządzeń grzewczych (grzejników, grzejników, rur).

W przypadku konwencjonalnego systemu grzewczego wystarczy jeden termostat, natomiast w przypadku obwodu kolektora pożądane jest użycie kilku czujników, których liczba pokrywa się z liczbą pomieszczeń. Umożliwi to indywidualne dostosowanie temperatury w oddzielnych przestrzeniach.

Podłączanie urządzenia odbywa się zgodnie z instrukcjami zawartymi w paszporcie technicznym, za pomocą zacisków lub kabla zawartych w zestawie.

Wymagane monitorowanie temperatury czujnik termiczny w „ciepłej podłodze” może znajdować się głęboko w jastrychu betonowym. W tym przypadku do ochrony można zastosować rurę falistą mającą jeden zamknięty koniec i pochyłe zagięcie.

Ta ostatnia funkcja umożliwia usunięcie uszkodzonego urządzenia i, w razie potrzeby, zastąpienie go nowym.

Instalacja urządzenia przebiega następująco:

1. W ścianie znajduje się wgłębienie do zamocowania przystawki.
2. Przednia część jest usuwana z czujnika temperatury, po czym urządzenie jest instalowane w przygotowanym miejscu.
3. Następnie kabel grzejny jest podłączony do styków, a czujniki do zacisków.

Ostatnim krokiem jest podłączenie kabla zasilającego i zamontowanie przedniego panelu na swoim miejscu.

Schemat podłączenia termostatu do kotła grzewczego opisano szczegółowo w ten artykuł.

Jeśli urządzenie, dla którego funkcjonalności konieczne jest wewnętrzne połączenie czujników, ma złożoną konstrukcję, lepiej skontaktować się ze specjalistami.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Poniższy film pokazuje, jak zainstalować urządzenia termiczne na kotle:

Czy instalacja czujników na rurach zasilających i powrotnych różni się:

Czujniki temperatury są szeroko stosowane zarówno w różnych gałęziach przemysłu, jak i do użytku domowego. Szeroka gama takich urządzeń, opartych na różnych zasadach działania, pozwala wybrać najlepszą opcję rozwiązania konkretnego problemu.

W domach i mieszkaniach takie urządzenia są najczęściej używane do utrzymania komfortowej temperatury w pomieszczeniach, a także do regulacji systemów grzewczych - baterii, ogrzewania podłogowego.

Masz coś do uzupełnienia lub masz pytania dotyczące wyboru i instalacji czujnika temperatury? Możesz zostawiać komentarze na temat publikacji, brać udział w dyskusjach i dzielić się własnym doświadczeniem na takich urządzeniach. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.