Temperaturni senzorji za ogrevanje: namen, vrste, navodila za namestitev

Pri delovanju grelnih naprav je potrebno nadzorovati stopnjo segrevanja hladilne tekočine, pa tudi zrak v prostoru.Temperaturni senzorji za ogrevanje pomagajo zajemati in prenašati informacije, informacije iz katerih je mogoče vizualno prebrati ali takoj poslati krmilniku.

Predlagamo, da razumete, kako delujejo temperaturni senzorji, kakšne vrste nadzornih naprav obstajajo in katere parametre je treba upoštevati pri izbiri naprave. Poleg tega smo pripravili navodila po korakih, ki vam bodo pomagala sami namestiti temperaturni senzor na grelni radiator.

Načelo delovanja termičnega senzorja

Ogrevalni sistem lahko nadzirate na različne načine, vključno z:

• avtomatske naprave za pravočasno oskrbo z energijo;
• bloki za nadzor varnosti;
• mešalne enote.

Za pravilno delovanje vseh teh skupin so potrebni temperaturni senzorji, ki dajejo signale o delovanju naprav. Opazovanje odčitkov teh naprav nam omogoča, da pravočasno prepoznamo napake v sistemu in sprejmemo korektivne ukrepe.

Obstaja veliko vrst naprav, ki se uporabljajo za zniževanje vročine. Lahko jih potopite v hladilne tekočine, uporabljate v zaprtih prostorih ali na prostem

Temperaturni senzor se lahko uporablja kot ločena naprava, na primer za spremljanje temperature v prostoru, ali pa je sestavni del kompleksne naprave, na primer ogrevalnega kotla.

Osnova takšnih naprav, ki se uporabljajo pri avtomatiziranem nadzoru, je načelo pretvorbe indikatorjev temperature v električni signal. Zahvaljujoč temu se lahko rezultati meritev hitro prenašajo po omrežju v obliki digitalne kode, kar zagotavlja visoko hitrost, občutljivost in natančnost merjenja.

Hkrati imajo lahko različne naprave za merjenje stopnje ogrevanja oblikovne značilnosti, ki vplivajo na številne parametre: delovanje v določenem okolju, način prenosa, način vizualizacije in druge.

Vrste naprav za merjenje temperature

Toplotne naprave lahko razvrstimo po številnih pomembnih merilih, vključno z načinom prenosa informacij, lokacijo in pogoji namestitve ter algoritmom za odčitavanje.

Po načinu prenosa informacij

Glede na uporabljeno metodo prenosa informacij so senzorji razdeljeni v dve veliki kategoriji:

• žične naprave;
• brezžični senzorji.

Sprva so bile vse takšne naprave opremljene z žicami, prek katerih so termični senzorji komunicirali s krmilno enoto in ji prenašali informacije. Čeprav so takšne naprave zdaj nadomestile svoje brezžične dvojnike, se še vedno pogosto uporabljajo v preprostih vezjih.

Poleg tega so žični senzorji natančnejši in zanesljivejši pri delovanju.

Da bi zagotovili dosledno delovanje žičnega senzorja, ki se uporablja v sestavljeni napravi, je priporočljivo, da ga kombinirate z opremo, ki jo izdeluje isti proizvajalec.

Trenutno so postale razširjene brezžične naprave, ki najpogosteje prenašajo informacije s pomočjo oddajnika in sprejemnika radijskih valov. Takšne naprave je mogoče namestiti skoraj povsod, vključno z ločeno sobo ali na prostem.

Pomembne značilnosti takih temperaturnih senzorjev so:

• prisotnost baterije;
• napaka meritev;
• domet prenosa signala.

Brezžične/žične naprave lahko popolnoma nadomestijo druga drugo, vendar je v njihovem delovanju nekaj posebnosti.

Po lokaciji in načinu postavitve

Glede na mesto namestitve so takšne naprave razdeljene na naslednje vrste:

• režijski stroški, pritrjeni na ogrevalni krog;
• potopno, v stiku s hladilno tekočino;
• notranji, ki se nahaja znotraj stanovanjskega ali pisarniškega prostora;
• zunanji, ki se nahajajo zunaj.

Nekatere enote lahko za nadzor temperature uporabljajo več vrst senzorjev hkrati.

Glede na mehanizem odčitavanja

Glede na način prikaza informacij so naprave lahko:

• bimetalni;
• alkohol.

Prva možnost vključuje uporabo dveh plošč, izdelanih iz različnih kovin, kot tudi indikator številčnice. Ko se temperatura dvigne, se eden od elementov deformira, kar ustvarja pritisk na puščico. Za odčitke takih naprav je značilna dobra natančnost, njihova velika pomanjkljivost pa je vztrajnost.

Bimetalni in alkoholni termostati so pogosto nameščeni na ogrevalni opremi, kot so kotli. Omogočajo vam spremljanje toplote, katere prekoračitev lahko povzroči usodne posledice.

Senzorji, katerih delovanje temelji na uporabi alkohola, so skoraj popolnoma brez te pomanjkljivosti. V tem primeru raztopino, ki vsebuje alkohol, vlijemo v hermetično zaprto bučko, ki se pri segrevanju razširi. Zasnova je precej elementarna, zanesljiva, vendar ni zelo priročna za opazovanje.

Različne vrste temperaturnih senzorjev

Za merjenje temperature se uporabljajo naprave z različnimi principi delovanja. Najbolj priljubljene naprave vključujejo spodaj navedene naprave.

Termoelementi: natančno odčitavanje – težko razlagati

Takšna naprava je sestavljena iz dveh medsebojno spajkanih žic, izdelanih iz različnih kovin. Temperaturna razlika, ki se pojavi med vročim in hladnim koncem, služi kot vir električnega toka 40-60 μV (indikator je odvisen od materiala termoelementa).

Za izdelavo termočlenov se najpogosteje uporabljajo naslednje kombinacije kovin in zlitin: krom-aluminij, železo-kostantan, železo-nikelj, nikelj-krom in druge.

Termočlen velja za zelo natančen temperaturni senzor, vendar je iz njega precej težko natančno odčitati. Če želite to narediti, morate ugotoviti elektromotorno silo (EMF) z uporabo temperaturne razlike naprave.

Da bi bil rezultat pravilen, je pomembno kompenzirati temperaturo hladnega spoja, na primer z uporabo strojne metode, pri kateri se drugi termočlen postavi v okolje s predhodno znano temperaturo.

Metoda programske kompenzacije vključuje namestitev drugega temperaturnega senzorja v izokomoro skupaj s hladnimi spoji, kar vam omogoča nadzor temperature z dano natančnostjo.

Postopek pridobivanja podatkov iz termočlena povzroča določene težave zaradi njegove nelinearnosti. Da bi zagotovili pravilnost odčitkov, GOST R 8.585-2001 uvaja polinomske koeficiente, ki vam omogočajo pretvorbo EMF v temperaturo in izvajanje obratnih operacij.

Druga težava je, da se odčitki merijo v mikrovoltih, ki jih ni mogoče pretvoriti s široko dostopnimi digitalnimi instrumenti.Za uporabo termočlena v konstrukcijah je treba zagotoviti natančne večmestne pretvornike z minimalno ravnjo hrupa.

Termistorji: enostavno in preprosto

Veliko lažje je meriti temperaturo s termistorji, ki temeljijo na principu odvisnosti upora materiala od temperature okolice. Takšne naprave, na primer iz platine, imajo tako pomembne prednosti, kot sta visoka natančnost in linearnost.

Glavna težava takšnih temperaturnih senzorjev je izjemno nizek temperaturni koeficient upora, vendar ga je še vedno lažje natančno izmeriti kot zaznati nizke vrednosti napetosti termočlenov

Pomembna značilnost upora je njegova osnovna upornost pri določeni temperaturi. V skladu z GOST 21342.7-76 se ta indikator meri pri 0 ° C. V tem primeru je priporočljivo uporabiti več vrednosti upora (Ohmov), kot tudi T_ks – temperaturni koeficient.

T indikator_ks izračunano po formuli:

T_ks = (R_e – R_0c)/(T_e – T_0c) *1/R_0c,

Kje:

• R_e – odpornost pri trenutni temperaturi;
• R_0c – odpornost pri 0°C;
• T_e – trenutna temperatura;
• T_0c – 0°C.

GOST zagotavlja tudi temperaturne koeficiente za različne merilne naprave iz bakra, niklja, platine in navaja tudi polinomske koeficiente, ki se uporabljajo za izračun temperature na podlagi trenutnih vrednosti upora.

Termistorski senzorji se pogosto uporabljajo v elektronski in strojni industriji zaradi svoje natančnosti, občutljivosti in enostavnega upravljanja.

Upornost lahko izmerite tako, da napravo priključite na vezje tokovnega vira in izmerite diferenčno napetost. Indikatorje lahko spremljate z integriranimi vezji, katerih analogni izhod je enak napajalni napetosti.

Toplotne senzorje s takimi napravami je mogoče varno povezati z analogno-digitalnim pretvornikom in ga digitalizirati z osem- ali deset-bitnim ADC.

Digitalni senzor za sočasne meritve

Široko se uporabljajo tudi digitalni temperaturni senzorji, na primer model DS18B20, ki deluje s pomočjo mikrovezja s tremi izhodi. Zahvaljujoč tej napravi je mogoče hkrati meriti temperaturo iz več vzporedno delujočih senzorjev z napako le 0,5°C.

Priljubljen model je kombinirani senzor temperature/vlage SHT1, ki omogoča merjenje toplote z natančnostjo +2° in vlažnosti z natančnostjo +5. Vendar proizvajalec sam trdi, da obstajajo bolj natančne in varčne naprave

Med drugimi prednostmi te naprave lahko omenimo tudi širok razpon delovnih temperatur (-55+125°C). Glavna pomanjkljivost je počasno delovanje: za najbolj natančne izračune naprava potrebuje vsaj 750 ms.

Brezkontaktni irometri (termovizije)

Delovanje teh brezkontaktnih senzorjev temelji na zaznavanju toplotnega sevanja, ki izhaja iz teles. Za karakterizacijo tega pojava se uporablja količina energije, ki se na enoto časa sprosti z enote površine, ki pade na območje enote valovne dolžine.

Podoben kriterij, ki odraža intenzivnost monokromatskega sevanja, se imenuje spektralna svetilnost.

Obstajajo naslednje vrste pirometrov:

• sevanje;
• svetlost (optična);
• barva.

sevanje pirometri omogočajo meritve v območju 20-25000 °C, vendar je za določitev temperature pomembno upoštevati koeficient nepopolnosti sevanja, katerega efektivna vrednost je odvisna od fizičnega stanja telesa, njegove kemične sestava in drugi dejavniki.

Glavni delovni element senzorja sevanja je teleskop, znotraj katerega je baterija, sestavljena iz serijskega vezja termoelementov. Delovni konci teh naprav se nahajajo na platinasto prevlečenem cvetnem listu (+)

Svetlobni (optični) pirometri zasnovan za merjenje temperatur 500-4000°C. Zagotavljajo visoko natančnost meritev, vendar lahko popačijo odčitke zaradi možne absorpcije sevanja teles s strani vmesnega medija, skozi katerega potekajo opazovanja.

Barvni pirometri, katerih delovanje temelji na določanju jakosti sevanja na dveh valovnih dolžinah – prednostno v rdečem ali modrem delu spektra, se uporabljajo za meritve v območju od 800 do 0 °C.

Njihova glavna prednost je, da nepopolnost sevanja ne vpliva na merilne napake. Poleg tega indikatorji niso odvisni od razdalje do predmeta.

Kvarčni pretvorniki temperature (piezoelektrični)

Za merjenje temperature v območju -80 +250 °C lahko uporabite kvarčne pretvornike (piezoelektrične elemente), katerih princip delovanja temelji na frekvenčni odvisnosti kremena od segrevanja. V tem primeru na funkcijo pretvornika vpliva lokacija reza vzdolž kristalnih osi.

Pri raziskovalnem delu se najpogosteje uporabljajo piezoelektrične (kvarčne) naprave, saj jih odlikuje razširjeno merilno območje, zanesljivost in visoka natančnost.

Piezoelektrične senzorje odlikuje fina občutljivost, visoka ločljivost in zmožnost zanesljivega delovanja v daljšem časovnem obdobju. Takšne naprave se pogosto uporabljajo pri izdelavi digitalnih termometrov in veljajo za eno najbolj obetavnih naprav za prihodnje tehnologije.

Hrupni (akustični) temperaturni senzorji

Delovanje takih naprav je zagotovljeno z odstranitvijo akustične potencialne razlike glede na temperaturo upora.

Akustične metode omogočajo odčitavanje temperature v zaprtih prostorih in okoljih, kjer neposredno merjenje ni mogoče. Podobne naprave so našle uporabo v medicini, podvodnih raziskavah, pa tudi v industriji.

Metoda merjenja s takšnimi senzorji je precej preprosta: treba je primerjati hrup, ki ga proizvajata dva podobna elementa, od katerih je eden pri vnaprej znani temperaturi, drugi pa pri določeni temperaturi.

Akustični temperaturni senzorji so primerni za merjenje v območju -270 - +1100°C. Hkrati je zapletenost postopka v prenizki ravni hrupa: zvoki, ki jih proizvaja ojačevalnik, ga včasih zadušijo.

NQR temperaturni senzorji

Bistvo delovanja jedrskih kvadrupolnih resonančnih termometrov je delovanje gradienta polja, ki ga tvorijo kristalne mreže in jedrski moment - indikator, ki nastane zaradi odstopanja naboja od simetrije krogle.

Posledica tega pojava je procesija jeder: njena frekvenca je odvisna od gradienta mrežnega polja.Na vrednost tega indikatorja vpliva tudi temperatura: njen dvig povzroči padec frekvence NQR.

Glavni element takšnih senzorjev je ampula s snovjo, ki je nameščena v induktivnem navitju, priključenem na generatorsko vezje.

Prednost naprav je neomejeno trajanje meritev, zanesljivost in stabilno delovanje. Pomanjkljivost je nelinearnost meritev, zaradi katere je nujna uporaba pretvorne funkcije.

Polprevodniške naprave

Kategorija naprav, ki delujejo na podlagi sprememb v značilnostih p-n spoja, ki jih povzroča izpostavljenost temperaturam. Napetost na tranzistorju je vedno sorazmerna z vplivom temperature, zaradi česar je ta faktor enostavno izračunati.

Prednosti takšnih naprav so visoka natančnost podatkov, nizka cena in linearne karakteristike v celotnem merilnem območju. Takšne naprave je priročno namestiti neposredno na polprevodniško podlago, zaradi česar so odlične za mikroelektroniko.

Volumetrični pretvorniki za odčitavanje temperature

Takšne naprave temeljijo na dobro znanem principu širjenja in krčenja snovi, ki jih opazimo med segrevanjem ali ohlajanjem. Takšni senzorji so zelo praktični. Uporabljajo se lahko za določanje temperatur v območju -60 - +400°C.

Za vizualno kontrolo temperature je večina temperaturnih senzorjev v prostorih opremljena z zasloni, ki prikazujejo trenutne vrednosti

Pomembno si je zapomniti, da so meritve tekočin s takimi napravami omejene z njihovimi temperaturami vrelišča in zmrzovanja, meritve plinov pa z njihovim prehodom v tekoče stanje.Merilna napaka zaradi vplivov okolja je pri teh napravah precej majhna: giblje se med 1-5 %.

Izbira temperaturnih senzorjev

Pri izbiri takšnih naprav upoštevajte dejavnike, kot so:

• temperaturno območje, v katerem se izvajajo meritve;
• potreba in možnost potopitve senzorja v predmet ali okolje;
• merilni pogoji: za odčitavanje v agresivnem okolju je bolje izbrati brezkontaktno različico ali model v ohišju, odpornem proti koroziji;
• življenjska doba naprave pred kalibracijo ali zamenjavo - nekatere vrste naprav (na primer termistorji) hitro odpovejo;
• tehnični podatki: ločljivost, napetost, hitrost signala, napaka;
• vrednost izhodnega signala.

V nekaterih primerih je pomemben tudi material ohišja naprave, pri uporabi v zaprtih prostorih pa so pomembne tudi dimenzije in dizajn.

Priporočila za namestitev "naredi sam".

Takšne naprave se pogosto uporabljajo za različne namene: opremljene so z radiatorji, grelnimi kotli in drugimi gospodinjskimi aparati.

Preden začnete z namestitvijo, natančno preberite navodila: označuje ne le značilnosti namestitve (na primer dimenzije za priključitev na cev), temveč tudi pravila delovanja, pa tudi temperaturne meje, za katere je merilna naprava primerna.

Upoštevati je treba tudi velikost tulca, ki se lahko giblje med 120-160 mm.

Razmislimo o dveh najpogostejših primerih namestitve temperaturnega senzorja.

Priključitev naprave na radiator

Vse grelne naprave ni treba opremiti s termostatom. Po predpisih je senzorji so nameščeni na akumulatorju, če njegova skupna moč presega 50 % toplote, ki jo proizvedejo podobni sistemi.Če sta v prostoru dva grelnika, potem je termostat nameščen samo na enega, ki ima večjo nazivno moč.

Temperaturni senzor je obvezna komponenta temperaturnih regulatorjev, ki vam omogočajo zmanjšanje ali povečanje ogrevanja radiatorjev, talnega ogrevanja in drugih grelnih naprav.

Ventil naprave je nameščen na dovodnem cevovodu na mestu priključitve radiatorja na ogrevalno omrežje. Če ga ni mogoče vstaviti v obstoječo verigo, je treba napajalni vod razstaviti, kar lahko povzroči nekaj težav.

Za izvedbo te manipulacije morate uporabiti orodje za rezanje cevi, medtem ko je namestitev termične glave enostavno brez posebne opreme. Takoj ko je senzor nameščen, je dovolj, da poravnate oznake na ohišju in napravi, nato pa glavo fiksirate z gladkim ročnim pritiskom.

Namestitev senzorja temperature zraka

Takšna naprava je nameščena v najhladnejši dnevni sobi brez prepiha (v dvorani, kuhinji ali kotlovnici je njena namestitev nezaželena, saj lahko povzroči motnje v delovanju sistema).

Pri izbiri lokacije morate paziti, da naprava ni izpostavljena sončni svetlobi, v bližini pa ne sme biti nobenih grelnih naprav (grelci, radiatorji, cevi).

Pri klasičnem ogrevalnem sistemu zadostuje en termostat, pri kolektorskem krogu pa je priporočljivo uporabiti več tipal, katerih število sovpada s številom prostorov. To vam bo omogočilo individualno uravnavanje temperature v ločenih prostorih.

Napravo priključite po navodilih v tehničnem listu, s priključki ali kablom, ki je priložen v kompletu.

Če morate spremljati temperaturo temperaturni senzor v "toplih tleh" se lahko nahaja globoko v betonskem estrihu. V tem primeru lahko za zaščito uporabite valovito cev z enim zaprtim koncem in poševnim zavojem.

Slednja funkcija omogoča, da po potrebi odstranite pokvarjeno napravo in jo zamenjate z novo.

Namestitev naprave poteka na naslednji način:

1. V steni je narejena vdolbina za pritrditev nastavka.
2. Sprednji del se odstrani s temperaturnega senzorja, nato pa se naprava namesti na pripravljeno površino.
3. Nato je grelni kabel priključen na kontakte, medtem ko so sponke priključene na senzorje.

Končna faza je priključitev napajalnega kabla in namestitev sprednje plošče na svoje mesto.

Shema priključitve termostata za ogrevalni kotel je podrobno opisana v Ta članek.

Če ima naprava, katere funkcionalnost zahteva notranjo povezavo senzorjev, kompleksno zasnovo, je bolje, da se obrnete na strokovnjake.

Zaključki in uporaben video na to temo

Spodnji videoposnetek podrobno opisuje, kako namestiti toplotne naprave na ogrevalni kotel:

Ali se vgradnja senzorjev na dovodni in povratni cevi razlikuje?

Temperaturni senzorji se pogosto uporabljajo tako v različnih panogah kot v gospodinjstvu. Velik izbor podobnih naprav, ki temeljijo na različnih načelih delovanja, vam omogoča, da izberete najboljšo možnost za rešitev določene težave.

V hišah in stanovanjih se takšne naprave najpogosteje uporabljajo za vzdrževanje udobne temperature v prostorih, pa tudi za regulacijo ogrevalnih sistemov - radiatorjev, ogrevanih tal.

Imate kaj dodati ali imate vprašanja o izbiri in namestitvi temperaturnega tipala? O publikaciji lahko pustite komentarje, sodelujete v razpravah in delite svoje izkušnje z uporabo takšnih naprav. Kontaktni obrazec se nahaja v spodnjem bloku.