При эксплуатации нагревателей важно следить за температурой теплоносителя и воздуха в комнате. Информацию о нагреве предоставляют датчики температуры для отопления: данные можно просматривать непосредственно или передавать в регулятор.
Расскажем о принципе работы датчиков температуры, видах контрольных устройств и параметрах для выбора прибора. Также представим пошаговую инструкцию по самостоятельной установке термодатчика на радиатор отопления.
Принцип действия теплового датчика
Различные методы позволяют контролировать систему отопления.
- автоматические устройства для своевременной энергоподачи;
- блоки, следящие за безопасностью;
- смесительные узлы.
Для надлежащего функционирования всех групп требуется наличие датчиков температуры, которые передают информацию об работоспособности аппаратов. Отслеживание показаний этих устройств помогает своевременно обнаружить сбои в системе и устранить их.
Термодатчик пригоден для применения в качестве самостоятельного устройства, например, для измерения температуры помещения, или в составе комплексной системы, например, отопительной установки.
Автоматизированное управление подобными устройствами основано на преображении температурных показателей в электросигнал. Благодаря этому измерение можно быстро передавать по сети в виде цифрового кода, обеспечивая высокую скорость, чувствительность и точность замера.
Измерительные приборы для определения температуры могут отличаться по конструкции, что сказывается на работе в различных средах, методе передачи данных, способе визуализации и других параметрах.
Виды устройств для снятия температуры
Термоприборы можно разделить на группы по нескольким признакам: виду передачи данных, месту и условиям установки, а также методу снятия показаний.
По способу передачи информации
Метод передачи информации разделяет датчики на две основные группы.
- проводные приборы;
- беспроводные датчики.
Вначале все устройства такого типа имели провода, по которым термодатчики сообщались с блоком управления и направляли туда данные. Несмотря на то что теперь их вытесняют беспроводные варианты, такие приспособления всё ещё применяются в простых схемах.
Помимо прочего, проводные датчики демонстрируют более точные измерения и стабильность функционирования.
Беспроводные устройства сейчас широко используются. Информация в таких устройствах обычно передаётся с помощью радиоволн, которые генерируют передатчик и приемник. Такие приборы можно устанавливать в различных местах, как закрытых помещениях, так и на открытом воздухе.
К важным характеристикам таких термодатчиков относятся:
- наличие аккумулятора;
- погрешность проведенных измерений;
- дальность передачи сигнала.
Беспроводное и проводное оборудование способны полностью взаимозаменять друг друга, но у них есть отличия в работе.
По месту и способу размещения
По способу установки эти приборы подразделяются на виды:
- накладные, крепящиеся к отопительному контуру;
- погружные, контактирующие с теплоносителем;
- Внутренние для жилых или служебных помещений.
- внешние, которые располагаются снаружи.
В некоторых агрегатах для контроля температуры используют разные типы датчиков.
По механизму снятия показаний
Различают приборы по виду представления информации.
- биметаллическими;
- спиртовыми.
Первый вариант использует две пластины из разных металлов и стрелочный индикатор. При повышении температуры один элемент деформируется, давя на стрелку. Такие приборы показывают данные с высокой точностью, но медленно реагируют на изменения.
Датчики, работа которых основана на использовании спирта, почти полностью лишены этого недостатка. В герметично запаянную колбу заливается спиртосодержащий раствор, который расширяется при нагреве. Конструкция достаточно элементарна и надежна, но не очень удобна для наблюдений.
Различные типы термодатчиков
Для измерения температуры применяют различные устройства.
Термопары: точность измерений — трудность понимания результатов.
Такое устройство включает два спаянных провода из разных металлов. Температурное различие между нагретым и охлажденным концами является причиной возникновения электрического тока, сила которого составляет 40-60 мкВ (эта величина изменяется в зависимости от типа термопары).
Термопару относят к высокоточным температурным датчикам, но получить с неё точные измерения затруднительно. Для этого требуется определить электродвижущую силу с помощью разницы температур датчика.
Для точного результата нужно уравновесить температуру холодного сварки, используя, к примеру, аппаратный метод, где вторую термопару помещают в среду с известной температурой.
Этот способ компенсации температуры использует дополнительный термодатчик. Его помещают вместе с холодными спаями в изокамеру для контроля температуры с требуемой точностью.
Получение данных с термопары затруднено из-за её нелинейности. Для точности показаний ГОСТ Р 8.585-2001 предусматривает использование коэффициентов полинома, которые позволяют переводить ЭДС в температуру и наоборот.
Проблема ещё и в том, что измерения ведутся в микровольтах, для перевода которых не годятся обычные цифровые приборы. Для применения термопары в устройствах требуется установка точных многоразрядных преобразующих устройств с малым уровнем шума.
Терморезисторы: легко и просто
Измерение температуры с помощью терморезисторов проще благодаря тому, что работа их основана на зависимости сопротивления материалов от температуры окружающего воздуха. Приспособления подобного типа, к примеру, из платины, обладают такими преимуществами как высокая точность и линейность.
Важная характеристика резистора – это базовое сопротивление при заданной температуре. По стандарту ГОСТ 21342.7-76 этот показатель измеряют при нулевой температуре. Для этого рекомендуют применять ряд значений сопротивления (Ом), а также Т. кс – температурный коэффициент.
Показатель Ткс вычисляют по формуле:
Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) *1/R0c,
Где:
- Re – сопротивление при действующей температуре;
- R0c – сопротивление при 0°С;
- Te – действующая температура;
- T0c – 0°С.
ГОСТ содержит температурные коэффициенты для измерительных приборов из меди, никеля и платины. Также указаны коэффициенты полинома для расчета температуры по сопротивлению.
Для измерения сопротивления необходимо подключить прибор к цепи источника тока и измерить разность потенциалов. Контроль показателей возможен с использованием интегральных микросхем, обеспечивающих аналоговый выход, равный напряжению питания.
Термодатчики со схожими устройствами можно подключить к аналого-цифровому преобразователю, преобразуя сигнал в цифровые данные с точностью восьми или десяти бит.
Цифровой датчик для одновременных измерений
Цифровые термодатчики, например DS18B20, широко применяются. Их работа основана на микросхеме с тремя выходами. Благодаря такому устройству можно измерять температуру сразу с нескольких параллельно функционирующих датчиков, погрешность составляет всего 0,5. °С.
Это устройство обладает рядом преимуществ, в том числе широким диапазоном рабочих температур (-55 до +125°С). Однако его главным недостатком является медленное время работы: для получения максимально точных результатов ему необходимо не менее 750 миллисекунд.
Бесконтактные ирометры (тепловизоры)
Бесконтактные датчики работают за счёт регистрации теплового излучения объектов.
Этот показатель, определяющий яркость одноцветного света, назвали спектральной светимостью.
Существуют следующие разновидности пирометров:
- радиационные;
- яркостные (оптические);
- цветовые.
Радиационные пирометры Измерения температуры могут быть выполнены в диапазоне от 20 до 25000°С. Важно помнить, что коэффициент неполноты излучения, который влияет на точность определения температуры, зависит от физического состояния тела, его химического состава и других характеристик.
Яркостные (оптические) пирометры Рассчитаны на измерение температур в диапазоне 500-4000°С. Обеспечивают высокую точность измерений, однако могут искажать показания из-за возможного поглощения излучений от тел промежуточной средой, сквозь которую ведутся наблюдения.
Цветовые пирометрыУстройства, функционирующие по принципу измерения интенсивности излучения на двух длинах волн — обычно в красном или синем диапазоне спектра, применяются для измерений температур в интервале от 800 до 0°С.
Главным преимуществом является то, что неполнота излучения не влияет на погрешности измерений. Показатели также не зависят от расстояния до объекта.
Преобразователи температур кварцевые (пьезоэлектрические)
Для измерения температуры в диапазоне от -80 до +250°С применяются кварцевые преобразователи (пьезоэлементы). Работа этих устройств основана на зависимости частоты кварца от температуры. На характеристики преобразователя влияет ориентация среза по кристаллическим осям.
Пьезоэлектрические датчики обладают тонкой чувствительностью, высоким разрешением и способны надежно работать в течение длительного времени. Такие приспособления широко применяются при изготовлении цифровых термометров и считаются одними из наиболее перспективных приборов для технологий будущего.
Шумовые (акустические) датчики температуры
Работа таких приборов основана на изменении разницы электрических потенциалов под воздействием температуры резистора.
Измерить температуру с помощью таких датчиков просто: нужно сравнить шумы двух одинаковых элементов, один из которых находится при температуре, известной заранее, а другой – при той температуре, которую нужно определить.
Акустические термодатчики измеряют температуру в диапазоне от -270 до +1100. °Процесс затрудняется из-за недостаточного уровня шума; звуки от усилителя иногда перекрывают его.
Датчики температуры ЯКР
Термометры ядерного квадрупольного резонанса работают за счет действия градиента поля, создаваемого решеткой кристалла и моментом ядра. Этот момент проявляется в отклонении заряда от сферической симметрии.
Подобное явление приводит к образованию процессии ядер; её частота определяется градиентом поля решетки. Температура также влияет на этот показатель: повышение температуры вызывает снижение частоты ЯКР.
В основе этих датчиков лежит ампула с веществом, расположенная внутри обмотки индуктивности, подключенной к генераторному контуру.
В отличие от других устройств, преимуществами приборов являются неограниченное время измерения, надёжность и стабильная работа. Недостаток заключается в нелинейности измерений, для исправления которой необходимо использовать функцию преобразования.
Устройства на полупроводниках
Устройства, работающие за счет изменения свойств p-n перехода под действием температуры, позволяют с легкостью определить температуру по напряжению на транзисторе, так как это напряжение всегда прямо пропорционально воздействию тепла.
К достоинствам таких приборов относится высокая точность измерений, невысокая цена и линейность характеристики по всему диапазону измерений. Установка их прямо на полупроводниковой подложке проста, что делает их подходящими для использования в микроэлектронике.
Объемные преобразователи для снятия температуры
Основа таких устройств — известный принцип изменения объема вещества при нагревании или охлаждении. Датчики удобны и применяются для измерения температуры от -60 до +400°С.
Важно помнить, что измерения жидкостей подобными приборами ограничены температурой кипения и замерзания, а газов – переходом их в жидкое состояние. Влияние окружающей среды на погрешность измерений для этих приборов достаточно мало: она варьируется от 1 до 5%.
Выбор температурных датчиков
При выборе таких приборов нужно учитывать, например, факторы .
- Диапазон температур, при которых выполняются измерительные работы.
- Потребовалась способность помещать датчик вовнутрь объекта или среды.
- В агрессивной среде для измерения рекомендуется использовать бесконтактные приборы или модели с антикоррозийным корпусом.
- Срок службы прибора до калибровки или замены — для некоторых типов, например, термисторов, может быть коротким.
- Технические характеристики: разрядность, величина напряжения, частота передачи сигнала, точность.
- величина сигнала выхода.
В некоторых ситуациях важность имеет материал корпуса прибора, а для применения в комнатах — размер и оформление.
Рекомендации по монтажу своими руками
Такие устройства применяют в различных сферах: их устанавливают в радиаторах, котлах для нагрева и других бытовых приборах.
Перед монтажом необходимо тщательно изучить инструкцию: она содержит сведения об особенностях установки, таких как размеры подсоединения к патрубку, правила эксплуатации и допустимые температуры работы измерительного прибора.
Важно учитывать размер гильзы, который колеблется от 120 до 160 мм.
Анализируем два наиболее распространенных варианта установки датчиков температуры.
Подключение прибора на радиатор
Необходимо оснастить термостатами не все отопительные приборы, как указано в регламенте. датчики устанавливаются на батареюЕсли общая мощностью больше 50% по сравнению с тепловыработкой подобными установками, то регулятор температуры ставится только на одном из нагревателей, который имеет большую мощность.
Клапан устанавливают на трубу, по которой подается теплоноситель, там где радиатор подключается к системе отопления. Если его нельзя установить в существующую систему, нужно демонтировать трубку подачи тепла, что может быть затруднительно.
Чтобы выполнить данную процедуру, потребуется инструмент для резки труб, в отличие от монтажа термоголовки, который легко осуществить без специального оборудования. После установки датчика достаточно совместить сделанные метки на корпусе и приборе, после чего головку фиксируют легким давлением руки.
Монтаж термодатчика воздуха
Такой прибор монтируют в самом прохладном обитаемом помещении без сквозняка. Установка в тамбуре, на кухне или котельной не рекомендуется из-за возможных проблем с работой системы.
При выборе местоположения устройства следует учитывать освещение и наличие источников тепла.
Подключите прибор по инструкции из технического паспорта, используя клеммы и кабель из комплекта.
При необходимости отслеживания температуры термодатчик в «теплом полу» Может быть заложено в бетоне стяжки. Для защиты можно использовать гофрированную трубу с одним закрытым концом и наклоном.
При поломке устройство можно заменить новым.
Устройство устанавливается таким образом:
- В стене создают выемку для крепления навесного прибора.
- Снимая с термодатчика переднюю часть, установят приспособление на подготовленной поверхности.
- Затем к контактам присоединяется кабель для нагрева, а к датчикам — клеммы.
Последним этапом станет подключение кабеля питания и установка лицевой панели.
Инструкция по подключению термостата к газовому котлу приведена . этой статье.
Для работы устройства с встроенными датчиками, имеющего сложную конструкцию, рекомендуется обращение к специалистам.
Выводы и полезное видео по теме
Видео демонстрирует процесс установки термоприборов на отопительный котел.
В чём разница монтажа датчиков на трубы подачи и обратки?
Датчики температуры применяются в промышленности и домах. Большой выбор моделей с различными принципами действия помогает найти подходящий для каждой задачи.
В жилых помещениях эти устройства применяют для создания уютной температуры и управления системой отопления — радиаторами и теплым полом.
Хотите внести уточнения или задать вопросы о выборе и монтаже термодатчика? Комментируйте публикацию, присоединяйтесь к беседе и рассказывайте о своих впечатлениях от эксплуатации подобных приборов. Нижний блок содержит форму обратной связи.