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 prawidłowego 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 używany 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 prawie 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 stosować kilka rodzajów czujników do kontroli temperatury.
Zgodnie z mechanizmem odczytu
Metodą prezentowania informacji urządzeniami mogą być:
- bimetaliczny;
- alkohol.
W pierwszym przykładzie wykonania zakłada się stosowanie dwóch płytek wykonanych z różnych metali, a także czujnika zegarowego. Wraz ze wzrostem temperatury jeden z elementów odkształca się, powodując nacisk na strzałkę. Odczyty takich urządzeń charakteryzują się dobrą dokładnością, 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 wlewa się do hermetycznie zamkniętej kolby, 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 ze sobą drutów wykonanych z różnych metali. Różnica temperatur powstająca między końcami gorącymi i zimnymi służy jako źródło prądu elektrycznego o wartości 40–60 μV (wskaźnik zależy od materiału termopary).
Najczęściej do produkcji termopar stosuje się następujące kombinacje metali i stopów: chrom-aluminium, żelazo-costantan, żelazo-nikiel, nikiel-chrom i inne
Termopara jest uważana za precyzyjny czujnik temperatury, jednak dokładne odczytanie jej jest dość trudne. 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 określonej temperaturze.
Metoda kompensacji programowej polega na umieszczeniu innego czujnika temperatury w izocamerze wraz z zimnymi złączami, co pozwala kontrolować temperaturę z określoną dokładnością.
Pewne trudności są spowodowane procesem pobierania danych z termopary z powodu ich 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. W celu zastosowania termopary w konstrukcjach konieczne jest zapewnienie dokładnych, wielobitowych konwerterów 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 Tpolicjant - współczynnik temperatury.
Wskaźnik T.policjant obliczone według wzoru:
T.policjant = (Rmi - R0c) / (Tmi - T0c) * 1 / R0c,
Gdzie:
- Rmi- rezystancja w aktualnej temperaturze;
- R0c - odporność w 0 ° C;
- T.mi - obecna temperatura;
- T.0c - 0 ° C.
GOST wymienia również współczynniki temperaturowe przewidziane 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.
Bezkontaktowe irometry (termowizory)
Działanie tych czujników zbliżeniowych opiera się na utrwalaniu promieniowania cieplnego z ciał. Aby scharakteryzować to zjawisko, wykorzystuje 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 nie zależą 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 tym przypadku na funkcję konwertera wpływa położenie wycinka wzdłuż osi krystalicznych.
Urządzenia piezoelektryczne (kwarcowe) są najczęściej używane w badaniach, ponieważ takie urządzenia charakteryzują się rozszerzonym zakresem pomiarowym, niezawodnością, wysoką dokładnością
Czujniki piezoelektryczne charakteryzują się dokładną 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 jest w znanej wcześniej, a drugi w określonej temperaturze.
Akustyczne czujniki temperatury nadają się do pomiaru przedziału -270 - + 1100 ° C. Jednocześnie złożoność procesu polega na zbyt niskim poziomie hałasu: dźwięki wydawane przez wzmacniacz czasem go zagłuszają.
Czujniki temperatury NQR
Istotą działania jądrowych 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.
Półprzewodniki
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
Takie urządzenia 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 między -60 - + 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: aby przyjmować wskaźniki w agresywnym środowisku, lepiej jest wybrać opcję bezdotykową lub model umieszczony w obudowie odpornej na korozję;
- żywotność urządzenia przed kalibracją lub wymianą - niektóre typy urządzeń (na przykład termistory) szybko się psują;
- dane techniczne: rozdzielczość, napięcie, szybkość podawania sygnału, błąd;
- rozmiar sygnału wyjściowego.
W niektórych przypadkach materiał obudowy urządzenia jest również ważny, a przy zastosowaniu w pokojach, wymiarach i projekcie.
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 cechy instalacji (na przykład wymiary podłączenia do rury), ale także zasady działania, a także ograniczenia temperaturowe, dla 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 grzejnika
Nie jest konieczne wyposażenie wszystkich urządzeń grzewczych w termostat. Zgodnie z przepisami czujniki są instalowane na akumulatorze, jeśli jego całkowita moc przekracza 50% produkcji ciepła przez podobne systemy. Jeśli w pomieszczeniu znajdują się dwa grzejniki, wówczas termostat jest instalowany tylko na jednym z większym 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. 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.
Jeśli konieczne jest monitorowanie temperatury, czujnik temperatury w „ciepłej podłodze” można umieścić na głębokości betonowego jastrychu. W tym przypadku do ochrony można zastosować rurę falistą mającą jeden zamknięty koniec i pochyłe zagięcie.
Ta ostatnia funkcja umożliwia usunięcie uszkodzonego urządzenia, jeśli to konieczne, i zastąpienie go nowym.
Instalacja urządzenia przebiega następująco:
- W ścianie znajduje się wgłębienie do zamocowania przystawki.
- Przednia część jest usuwana z czujnika temperatury, po czym urządzenie jest instalowane w przygotowanym miejscu.
- 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 połączeń termostatu kotła grzewczego opisano szczegółowo w tym artykule.
Jeśli urządzenie, dla którego funkcjonalności wymagane jest wewnętrzne połączenie czujników, ma złożoną konstrukcję, lepiej skontaktować się ze specjalistami.
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.