Teplotní čidla pro vytápění: účel, typy, montážní návod

Při provozu topných zařízení je nutné řídit stupeň ohřevu chladicí kapaliny, stejně jako vzduch v místnosti.Teplotní čidla pro vytápění pomáhají snímat a přenášet informace, z nichž lze vizuálně číst nebo je rovnou odeslat do regulátoru.

Doporučujeme vám porozumět tomu, jak fungují teplotní senzory, jaké typy monitorovacích zařízení existují a jaké parametry je třeba vzít v úvahu při výběru zařízení. Kromě toho jsme připravili pokyny krok za krokem, které vám pomohou nainstalovat teplotní čidlo na radiátor topení sami.

Princip činnosti tepelného senzoru

Topný systém můžete ovládat různými způsoby, včetně:

• automatická zařízení pro včasnou dodávku energie;
• bezpečnostní monitorovací bloky;
• míchací jednotky.

Pro správnou funkci všech těchto skupin jsou zapotřebí teplotní čidla, která poskytují signály o provozu zařízení. Sledování odečtů těchto zařízení nám umožňuje včas identifikovat závady v systému a přijímat nápravná opatření.

Existuje mnoho typů zařízení používaných k léčbě horečky. Mohou být ponořeny do chladicích kapalin, použity uvnitř nebo umístěny venku

Teplotní čidlo může být použito jako samostatné zařízení, například pro sledování teploty v místnosti, nebo může být nedílnou součástí komplexního zařízení, například topného kotle.

Základem takových zařízení používaných v automatizovaném řízení je princip převodu indikátorů teploty na elektrický signál. Díky tomu lze výsledky měření rychle přenášet po síti ve formě digitálního kódu, což zaručuje vysokou rychlost, citlivost a přesnost měření.

Různá zařízení pro měření topného stupně přitom mohou mít konstrukční vlastnosti, které ovlivňují řadu parametrů: provoz v určitém prostředí, způsob přenosu, způsob vizualizace a další.

Typy zařízení pro měření teploty

Tepelná zařízení lze klasifikovat podle řady důležitých kritérií, včetně způsobu přenosu informací, umístění a podmínek instalace a také podle algoritmu pro odečítání.

Způsobem přenosu informací

Podle použitého způsobu přenosu informací se senzory dělí do dvou velkých kategorií:

• drátová zařízení;
• bezdrátové senzory.

Zpočátku byla všechna taková zařízení vybavena dráty, kterými tepelné senzory komunikovaly s řídicí jednotkou a přenášely do ní informace. Ačkoli taková zařízení nyní nahradila své bezdrátové protějšky, stále se často používají v jednoduchých obvodech.

Drátové senzory jsou navíc v provozu přesnější a spolehlivější.

Pro zajištění konzistentního provozu drátového snímače používaného v kompozitním zařízení je vhodné jej kombinovat se zařízením stejného výrobce

V současné době se rozšířila bezdrátová zařízení, která nejčastěji přenášejí informace pomocí vysílače a přijímače rádiových vln. Taková zařízení lze instalovat téměř kdekoli, včetně samostatné místnosti nebo pod širým nebem.

Důležité vlastnosti takových snímačů teploty jsou:

• přítomnost baterie;
• chyba měření;
• dosah přenosu signálu.

Bezdrátová/drátová zařízení se mohou navzájem zcela nahradit, ale jejich fungování má určité zvláštnosti.

Podle místa a způsobu umístění

Na základě místa montáže jsou taková zařízení rozdělena do následujících typů:

• režijní náklady připojené k topnému okruhu;
• ponorné, v kontaktu s chladicí kapalinou;
• vnitřní, umístěné uvnitř obytného nebo kancelářského prostoru;
• vnější, které se nacházejí venku.

Některé jednotky mohou používat několik typů senzorů současně pro řízení teploty.

Podle mechanismu odečítání

Podle způsobu zobrazování informací mohou být zařízení:

• bimetalické;
• alkohol.

První možnost zahrnuje použití dvou desek vyrobených z různých kovů, stejně jako číselník. Jak teplota stoupá, jeden z prvků se deformuje a vytváří tlak na šipku. Odečty takových zařízení se vyznačují dobrou přesností, ale jejich velkou nevýhodou je setrvačnost.

Bimetalové a lihové termostaty se často instalují na topná zařízení, jako jsou kotle. Umožňují sledovat teplo, jehož překročení může mít fatální následky.

Senzory, jejichž činnost je založena na použití alkoholu, jsou téměř zcela bez této nevýhody. V tomto případě se roztok obsahující alkohol nalije do hermeticky uzavřené baňky, která při zahřívání expanduje. Konstrukce je docela elementární, spolehlivá, ale ne příliš vhodná pro pozorování.

Různé typy teplotních čidel

K měření teploty se používají zařízení s různými principy činnosti. Mezi nejoblíbenější zařízení patří zařízení uvedená níže.

Termočlánky: přesné čtení - obtížné interpretovat

Takové zařízení se skládá ze dvou drátů připájených k sobě, vyrobených z různých kovů. Teplotní rozdíl, který vzniká mezi horkým a studeným koncem, slouží jako zdroj elektrického proudu 40-60 μV (indikátor závisí na materiálu termočlánku).

Pro výrobu termočlánků se nejčastěji používají tyto kombinace kovů a slitin: chrom-hliník, železo-kostantan, železo-nikl, nikl-chrom a další

Termočlánek je považován za vysoce přesný snímač teploty, ale je poměrně obtížné z něj získat přesné údaje. K tomu je potřeba zjistit elektromotorickou sílu (EMF) pomocí teplotního rozdílu zařízení.

Aby byl výsledek správný, je důležité kompenzovat teplotu studeného konce, například pomocí hardwarové metody, při které je druhý termočlánek umístěn do prostředí s předem známou teplotou.

Metoda softwarové kompenzace spočívá v umístění dalšího teplotního senzoru do izokomory spolu se studenými spoji, což umožňuje řídit teplotu s danou přesností.

Proces získávání dat z termočlánku způsobuje určité potíže kvůli jeho nelinearitě. Aby byla zajištěna správnost odečtů, GOST R 8.585-2001 zavádí polynomiální koeficienty, které vám umožňují převádět EMF na teplotu a také provádět zpětné operace.

Dalším problémem je, že údaje se odečítají v mikrovoltech, které nelze převést pomocí široce dostupných digitálních přístrojů.Pro použití termočlánku v konstrukcích je nutné zajistit přesné, vícemístné převodníky s minimální hladinou hluku.

Termistory: snadné a jednoduché

Mnohem jednodušší je měření teploty pomocí termistorů, které jsou založeny na principu závislosti odporu materiálů na teplotě okolí. Taková zařízení, například vyrobená z platiny, mají takové důležité výhody, jako je vysoká přesnost a linearita.

Za hlavní problém takových teplotních senzorů lze považovat extrémně nízký teplotní koeficient odporu, ale stále je snazší jej přesně změřit než detekovat nízké hodnoty napětí termočlánků.

Důležitou vlastností rezistoru je jeho základní odpor při určité teplotě. Podle GOST 21342.7-76 se tento indikátor měří při 0 °C. V tomto případě se doporučuje použít řadu hodnot odporu (Ohmy), stejně jako T_ks – teplotní koeficient.

T indikátor_ks vypočítá se podle vzorce:

T_ks = (R_E – R_0c)/(T_E – T_0c) *1/R_0c,

Kde:

• R_E – odpor při aktuální teplotě;
• R_0c – odolnost při 0°C;
• T_E – aktuální teplota;
• T_0c – 0 °C.

GOST také poskytuje teplotní koeficienty poskytované pro různá měřicí zařízení vyrobená z mědi, niklu, platiny a také uvádí polynomické koeficienty používané k výpočtu teploty na základě aktuálních hodnot odporu.

Termistorové snímače jsou široce používány v elektronickém a strojírenském průmyslu díky své přesnosti, citlivosti a snadnému ovládání.

Odpor můžete měřit připojením zařízení k obvodu zdroje proudu a měřením rozdílu napětí. Indikátory můžete sledovat pomocí integrovaných obvodů, jejichž analogový výstup je roven napájecímu napětí.

Tepelné senzory s takovými zařízeními lze bezpečně připojit k analogově-digitálnímu převodníku a digitalizovat jej pomocí osmi nebo desetibitového ADC.

Digitální senzor pro simultánní měření

Digitální snímače teploty jsou také široce používány, například model DS18B20, který pracuje s mikroobvodem se třemi výstupy. Díky tomuto zařízení je možné odečítat teplotu současně z několika paralelně pracujících senzorů s chybou pouze 0,5°C.

Oblíbeným modelem je kombinovaný snímač teploty/vlhkosti SHT1, který umožňuje měřit teplo s přesností +2° a vlhkost s přesností +5. Sám výrobce však tvrdí, že existují přesnější a ekonomičtější zařízení

Mezi další přednosti tohoto zařízení patří také široký rozsah provozních teplot (-55+125°C). Hlavní nevýhodou je pomalý provoz: pro co nejpřesnější výpočty zařízení vyžaduje minimálně 750 ms.

Bezkontaktní irometry (termokamery)

Činnost těchto bezkontaktních senzorů je založena na detekci tepelného záření vycházejícího z těles. K charakterizaci tohoto jevu se používá množství energie uvolněné za jednotku času z jednotkového povrchu, které spadá do rozsahu jednotkových vlnových délek.

Podobné kritérium, které odráží intenzitu monochromatického záření, se nazývá spektrální svítivost.

Existují následující typy pyrometrů:

• záření;
• jas (optický);
• barva.

Záření pyrometry umožňují provádět měření v rozsahu 20-25000°C, pro stanovení teploty je však důležité vzít v úvahu koeficient radiační neúplnosti, jehož efektivní hodnota závisí na fyzickém stavu těla, jeho chemickém složení a další faktory.

Hlavním ovládacím prvkem radiačního senzoru je dalekohled, uvnitř kterého je baterie tvořená sériovým obvodem termočlánků. Pracovní konce těchto zařízení jsou umístěny na plátku potaženém platinou (+)

Jas (optické) pyrometry určený pro měření teplot 500-4000°C. Poskytují vysokou přesnost měření, ale mohou zkreslovat odečty v důsledku možné absorpce záření z těles středním prostředím, přes které jsou pozorování prováděna.

Barevné pyrometry, jejichž působení je založeno na stanovení intenzity záření na dvou vlnových délkách - nejlépe v červené nebo modré části spektra, se používají pro měření v rozsahu 800 až 0°C.

Jejich hlavní výhodou je, že neúplnost záření neovlivňuje chyby měření. Indikátory navíc nezávisí na vzdálenosti k objektu.

Quartz měniče teploty (piezoelektrické)

K měření teploty v rozsahu -80 +250°C lze použít křemenné měniče (piezoelektrické prvky), jejichž princip činnosti je založen na frekvenční závislosti křemene na ohřevu. V tomto případě je funkce převodníku ovlivněna umístěním řezu podél os krystalu.

Piezoelektrická (křemenná) zařízení se nejčastěji používají ve výzkumné práci, protože taková zařízení se vyznačují rozšířeným rozsahem měření, spolehlivostí a vysokou přesností.

Piezoelektrické snímače se vyznačují jemnou citlivostí, vysokým rozlišením a jsou schopny spolehlivě fungovat po dlouhou dobu. Taková zařízení jsou široce používána při výrobě digitálních teploměrů a jsou považována za jedno z nejslibnějších zařízení pro budoucí technologie.

Hlukové (akustické) snímače teploty

Provoz takových zařízení je zajištěn odstraněním rozdílu akustického potenciálu v závislosti na teplotě rezistoru.

Akustické metody umožňují odečítání teploty v uzavřených prostorách a prostředích, kde není možné přímé měření. Podobná zařízení našla uplatnění v lékařství, podmořském výzkumu, ale i v průmyslu.

Metoda měření s takovými senzory je poměrně jednoduchá: je nutné porovnat hluk produkovaný dvěma podobnými prvky, z nichž jeden má předem známou teplotu a druhý má stanovenou teplotu.

Akustické snímače teploty jsou vhodné pro měření v rozsahu -270 - +1100°C. Složitost procesu zároveň spočívá v příliš nízké hladině hluku: zvuky produkované zesilovačem ji někdy přehluší.

NQR teplotní senzory

Podstatou činnosti jaderných kvadrupólových rezonančních teploměrů je působení gradientu pole, který je tvořen krystalovými mřížkami a jaderným momentem - indikátorem způsobeným odchylkou náboje od symetrie koule.

V důsledku tohoto jevu vzniká procesí jader: jeho frekvence závisí na gradientu mřížkového pole.Hodnotu tohoto ukazatele ovlivňuje i teplota: její vzestup způsobuje pokles frekvence NQR.

Hlavním prvkem takových snímačů je ampule s látkou, která je umístěna v indukčním vinutí připojeném k obvodu generátoru.

Výhodou přístrojů je neomezená doba měření, spolehlivost a stabilní provoz. Nevýhodou je nelinearita měření, která vyžaduje použití převodní funkce.

Polovodičová zařízení

Kategorie zařízení, která fungují na základě změn charakteristik p-n přechodu způsobených vystavením teplotám. Napětí na tranzistoru je vždy úměrné vlivu teploty, což usnadňuje výpočet tohoto faktoru.

Výhodou těchto zařízení je vysoká přesnost dat, nízká cena a lineární charakteristiky v celém rozsahu měření. Je vhodné montovat taková zařízení přímo na polovodičový substrát, díky čemuž jsou vynikající pro mikroelektroniku.

Objemové převodníky pro měření teploty

Taková zařízení jsou založena na známém principu rozpínání a smršťování látek pozorovaných při zahřívání nebo ochlazování. Takové senzory jsou docela praktické. Lze je použít pro stanovení teplot v rozsahu -60 - +400°C.

Pro vizuální kontrolu teploty je většina teplotních čidel umístěných v místnostech vybavena displeji, které zobrazují aktuální hodnoty

Je důležité mít na paměti, že měření kapalin u takových zařízení jsou omezena jejich teplotou varu a tuhnutí a měření plynů jejich přechodem do kapalného stavu.Chyba měření způsobená vlivy prostředí je u těchto zařízení poměrně malá: pohybuje se mezi 1–5 %.

Výběr teplotních čidel

Při výběru takových zařízení je třeba vzít v úvahu následující faktory:

• teplotní rozsah, ve kterém se provádějí měření;
• potřeba a možnost ponoření senzoru do objektu nebo prostředí;
• podmínky měření: pro měření v agresivním prostředí je lepší upřednostnit bezkontaktní verzi nebo model umístěný v pouzdru odolném proti korozi;
• životnost zařízení před kalibrací nebo výměnou - některé typy zařízení (například termistory) rychle selhávají;
• technické údaje: rozlišení, napětí, rychlost signálu, chyba;
• hodnota výstupního signálu.

V některých případech je důležitý i materiál těla zařízení a při použití v interiéru jsou důležité i rozměry a provedení.

Doporučení k instalaci svépomocí

Taková zařízení jsou široce používána pro různé účely: jsou vybavena radiátory, topnými kotli a dalšími domácími spotřebiči.

Před zahájením instalace byste si měli pečlivě přečíst pokyny: uvádí nejen vlastnosti instalace (například rozměry pro připojení k potrubí), ale také provozní pravidla a teplotní limity, pro které je měřicí zařízení vhodné.

Je také nutné vzít v úvahu velikost objímky, která se může pohybovat mezi 120-160 mm.

Uvažujme dva nejběžnější případy instalace teplotního čidla.

Připojení zařízení k radiátoru

Není nutné vybavovat všechna topná zařízení termostatem. Podle předpisů senzory jsou instalovány na baterii, pokud jeho celkový výkon přesahuje 50 % tepla generovaného podobnými systémy.Pokud jsou v místnosti dvě topidla, pak se termostat instaluje pouze na jedno, které má vyšší výkon.

Teplotní senzor je povinnou součástí regulátorů teploty, které umožňují snížit nebo zvýšit vytápění radiátorů, vytápěných podlah a dalších topných zařízení

Ventil zařízení se instaluje na přívodní potrubí v místě připojení radiátoru k topné síti. Není-li možné jej zapojit do stávajícího řetězce, musí být přívodní potrubí demontováno, což může způsobit určité potíže.

Chcete-li provést tuto manipulaci, musíte použít nástroj pro řezání trubek, zatímco instalaci tepelné hlavy lze snadno provést bez speciálního vybavení. Jakmile je snímač namontován, stačí zarovnat značky na těle a zařízení, poté je hlava upevněna hladkým ručním lisem.

Instalace čidla teploty vzduchu

Takové zařízení je instalováno v nejchladnější obytné místnosti bez průvanu (v předsíni, kuchyni nebo kotelně je jeho instalace nežádoucí, protože může způsobit narušení provozu systému).

Při výběru místa se musíte ujistit, že zařízení není vystaveno slunečnímu záření a v blízkosti by neměla být žádná topná zařízení (topidla, radiátory, potrubí).

U klasického topného systému stačí jeden termostat, u kolektorového okruhu je vhodné použít více čidel, jejichž počet se shoduje s počtem místností. To vám umožní individuálně regulovat teplotu v oddělených prostorech.

Zařízení se připojuje podle pokynů uvedených v technickém listu pomocí svorek nebo kabelu, který je součástí sady.

Pokud potřebujete sledovat teplotu teplotní senzor v "teplé podlaze" může být umístěn hluboko v betonovém potěru. V tomto případě pro ochranu můžete použít vlnitou trubku s jedním uzavřeným koncem a šikmým ohybem.

Posledně jmenovaná funkce umožňuje v případě potřeby vyjmout rozbité zařízení a nahradit jej novým.

Instalace zařízení se provádí následovně:

1. Pro montáž nástavce je ve stěně vytvořeno vybrání.
2. Přední část je odstraněna z teplotního senzoru a poté je zařízení instalováno na připravenou plochu.
3. Dále je ke kontaktům připojen topný kabel, zatímco svorky jsou připojeny ke snímačům.

Poslední fází je připojení napájecího kabelu a instalace předního panelu na jeho místo.

Schéma zapojení termostatu pro topný kotel je podrobně popsáno v tento článek.

Pokud má zařízení, jehož funkčnost vyžaduje vnitřní připojení snímačů, složitý design, je lepší kontaktovat specialisty.

Závěry a užitečné video k tématu

Níže uvedené video podrobně popisuje, jak nainstalovat tepelná zařízení na topný kotel:

Liší se instalace čidel na přívodním a vratném potrubí?

Teplotní senzory jsou široce používány jak v různých průmyslových odvětvích, tak pro domácí účely. Velký sortiment podobných zařízení, která jsou založena na různých provozních principech, vám umožňuje vybrat nejlepší možnost pro řešení konkrétního problému.

V domech a bytech se taková zařízení nejčastěji používají k udržení příjemné teploty v prostorách a také k regulaci topných systémů - radiátorů, vyhřívaných podlah.

Máte co dodat, nebo máte dotazy k výběru a instalaci teplotního čidla? K publikaci můžete zanechat komentáře, účastnit se diskusí a sdílet své vlastní zkušenosti s používáním takových zařízení. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.