Senzori de temperatură pentru încălzire: scop, tipuri, instrucțiuni de instalare

La funcționarea aparatelor de încălzire, este necesar să se controleze gradul de încălzire a agentului termic, precum și a aerului din încăpere. Senzorii de temperatură pentru încălzire ajută la colectarea și transmiterea informațiilor, datele acestora putând fi citite vizual sau trimise direct către controler.

Vă propunem să înțelegeți cum funcționează senzorii de temperatură, ce tipuri de dispozitive de control există și ce parametri trebuie luați în considerare la alegerea aparatului. În plus, am pregătit o instrucțiune pas cu pas care vă va ajuta să instalați singur un termosenzor pe radiatorul de încălzire.

Principiul de funcționare al senzorului termic

Puteți controla sistemul de încălzire prin diverse metode, printre care:

• dispozitive automate pentru alimentarea cu energie la timp;
• module care monitorizează siguranța;
• noduri de amestec.

Pentru funcționarea corectă a tuturor acestor grupuri sunt necesari senzori de temperatură care transmit semnale despre funcționarea aparatelor. Observarea indicațiilor acestor dispozitive permite depistarea la timp a defecțiunilor din sistem și luarea măsurilor de remediere.

Există o mulțime de varietăți de dispozitive utilizate pentru măsurarea temperaturii. Acestea pot fi imersate în agenți termici, utilizate în interiorul încăperii sau amplasate în exterior.

Termosenzorul poate fi utilizat ca dispozitiv separat, de exemplu, pentru controlul temperaturii camerei, sau poate fi o parte integrantă a unui dispozitiv complex, de exemplu, a unui cazan de încălzire.

La baza unor astfel de dispozitive, utilizate în managementul automatizat, stă principiul conversiei indicațiilor de temperatură în semnal electric. Datorită acestui fapt, rezultatele măsurării pot fi transmise rapid prin rețea sub formă de cod digital, ceea ce garantează viteză mare, sensibilitate și precizie a măsurării.

În același timp, diferitele aparate pentru măsurarea stadiului de încălzire pot avea particularități constructive care influențează o serie de parametri: funcționarea într-un mediu specific, modul de transmitere, metoda de vizualizare și altele.

Tipuri de dispozitive pentru măsurarea temperaturii

Aparatele termice pot fi clasificate după o serie de criterii importante, printre care modul de transmitere a informațiilor, locul și condițiile de montaj, precum și algoritmul de citire a indicațiilor.

După metoda de transmitere a informațiilor

Conform metodei de transmitere a datelor utilizate, senzorii se împart în două mari categorii:

• aparate cu fir;
• senzori fără fir.

Inițial, toate aceste dispozitive erau echipate cu fire, prin care senzorii termici comunicau cu unitatea de control, transmițând informații. Deși astăzi aceste dispozitive au fost înlocuite cu analogi fără fir, ele sunt încă des utilizate în circuite simple.

În plus, senzorii cu fir se caracterizează printr-o precizie mai mare a indicațiilor și fiabilitate în funcționare.

Pentru a asigura funcționarea coordonată a senzorului cu fir utilizat într-un dispozitiv compus, este de dorit să îl combinați cu echipamentul produs de același producător.

În prezent, dispozitivele fără fir au devenit răspândite, care transmit cel mai adesea informații prin intermediul unui emițător și receptor de unde radio. Astfel de aparate pot fi montate aproape oriunde, inclusiv într-o încăpere separată sau în aer liber.

Caracteristicile importante ale acestor senzori termici sunt:

• prezența acumulatorului;
• eroarea măsurătorilor efectuate;
• distanța de transmisie a semnalului.

Dispozitivele fără fir/cu fir se pot înlocui complet unul pe altul, însă în funcționarea lor există unele particularități.

După locul și modul de amplasare

După locul de fixare, aceste dispozitive se împart în următoarele varietăți:

• de suprafață, care se fixează pe circuitul de încălzire;
• de imersie, care contactează cu agentul termic;
• de cameră, situate în interiorul unei încăperi de locuit sau de serviciu;
• externe, care se amplasează în exterior.

În unele ansambluri, pot fi utilizate simultan mai multe tipuri de senzori pentru controlul temperaturii.

După mecanismul de citire a indicațiilor

După modul de afișare a informațiilor, dispozitivele pot fi:

• bimetalice;
• cu alcool.

În prima variantă, se presupune utilizarea a două plăci fabricate din metale diferite, precum și a unui indicator cu ac. La creșterea temperaturii, unul dintre elemente se deformează, creând presiune asupra acului. Indicațiile unor astfel de dispozitive se remarcă printr-o precizie bună, însă marele lor dezavantaj este inerția.

Termostatele bimetalice și cu alcool sunt adesea instalate pe aparatele de încălzire, de exemplu, cazane. Acestea permit monitorizarea încălzirii, depășirea căreia poate duce la consecințe fatale.

Senzorii a căror funcționare se bazează pe utilizarea alcoolului sunt aproape complet lipsiți de acest dezavantaj. În acest caz, într-o eprubetă sigilată ermetic se toarnă o soluție care conține alcool, care se dilată la încălzire. Construcția este destul de elementară, fiabilă, dar nu foarte comodă pentru observații.

Diferite tipuri de termosenzori

Pentru citirea indicațiilor de temperatură sunt utilizate dispozitive cu principii de funcționare diferite. Dintre cele mai solicitate se numără aparatele enumerate mai jos.

Termocupluri: citire precisă – dificultate în interpretare

Un astfel de dispozitiv constă din două fire lipite unul de celălalt, fabricate din metale diferite. Diferența de temperatură care apare între capătul cald și cel rece servește drept sursă de curent electric de 40-60 μV (valoarea depinde de materialul termocuplului).

Cele mai frecvente combinații de metale și aliaje utilizate pentru fabricarea termocuplurilor sunt: crom-aluminiu, fier-constantan, fier-nichel, nichel-crom și altele.

Termocuplul este considerat un senzor de temperatură de înaltă precizie, însă este destul de dificil să se obțină citiri precise de la acesta. Pentru aceasta, este necesar să se determine forța electromotoare (FEM), utilizând diferența de temperatură a dispozitivului.

Pentru ca rezultatul să fie corect, este important să se compenseze temperatura joncțiunii reci, utilizând, de exemplu, metoda hardware, în care un al doilea termocuplu este plasat într-un mediu cu o temperatură cunoscută dinainte.

Metoda software de compensare presupune plasarea unui alt senzor termic într-o cameră izotermă împreună cu joncțiunile reci, ceea ce permite controlul temperaturii cu o precizie specificată.

Anumite dificultăți sunt cauzate de procesul de citire a datelor de la termocuplu din cauza neliniarității acestora. Pentru corectitudinea citirilor, în GOST R 8.585-2001 au fost introduși coeficienți polinomiali care permit conversia FEM în temperatură, precum și efectuarea operațiilor inverse.

O altă problemă constă în faptul că citirile sunt în microvolți, pentru a căror conversie nu pot fi utilizate dispozitivele digitale larg disponibile. Pentru a utiliza termocuplul în construcții, este necesar să se prevadă convertoare precise, cu mai multe cifre, având un nivel minim de zgomot.

Termorezistoare: ușor și simplu

Este mult mai simplu să se măsoare temperatura cu ajutorul termorezistoarelor, care se bazează pe principiul dependenței rezistenței materialelor de temperatura mediului ambiant. Astfel de dispozitive, de exemplu, fabricate din platină, au avantaje importante precum precizie ridicată și liniaritate.

Principala problemă a unor astfel de senzori termici poate fi considerată coeficientul de temperatură extrem de scăzut al rezistenței, însă măsurarea precisă a acestuia este totuși mai ușoară decât detectarea valorilor mici de tensiune ale termocuplurilor.

O caracteristică importantă a rezistorului este rezistența de bază la o anumită temperatură. Conform GOST 21342.7-76, această valoare se măsoară la 0°C. Se recomandă utilizarea unei serii de valori ale rezistenței (Ohm), precum și a T_ks – coeficientul de temperatură.

Indicatorul T_ks se calculează după formula:

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

Unde:

• R_e – rezistența la temperatura efectivă;
• R_0c – rezistența la 0°C;
• T_e – temperatura efectivă;
• T_0c – 0°C.

În GOST sunt de asemenea prezentați coeficienții de temperatură prevăzuți pentru diferite dispozitive de măsurare, fabricate din cupru, nichel, platină, precum și coeficienții polinomului utilizați pentru calcularea temperaturii pe baza valorilor curente ale rezistenței.

Senzorii termorezistivi sunt larg răspândiți în industria electronică și de construcții de mașini, datorită preciziei lecturilor, sensibilității și ușurinței în exploatare.

Rezistența poate fi măsurată prin conectarea dispozitivului într-un circuit de alimentare și măsurarea tensiunii diferențiale. Indicatorii pot fi monitorizați cu ajutorul circuitelor integrate, a căror ieșire analogică este egală cu tensiunea de alimentare.

Senzorii termici cu astfel de dispozitive pot fi conectați cu încredere la un convertor analog-digital, digitizându-l la un ADC pe 8 sau 10 biți.

Senzor digital pentru măsurători simultane

De asemenea, senzorii termici digitali, cum ar fi modelul DS18B20, al cărui funcționare este realizată cu ajutorul unui circuit integrat cu trei ieșiri, au avut o aplicare largă. Datorită acestui dispozitiv, este posibil să se citească temperaturi simultan de la mai mulți senzori care funcționează în paralel, eroarea fiind de doar 0,5°C.

Un model popular este senzorul combinat de temperatură/umiditate SHT1, care permite măsurarea căldurii cu o precizie de +2°C, iar a umidității cu o eroare de +5. Cu toate acestea, producătorul însuși afirmă că există dispozitive mai precise și mai economice.

Printre alte avantaje ale acestui dispozitiv se poate menționa, de asemenea, gama largă de temperaturi de funcționare (-55...+125°C). Principalul dezavantaj este funcționarea lentă: pentru calcule cât mai precise, dispozitivul necesită cel puțin 750 ms.

Pirometre fără contact (termovizoare)

Acțiunea acestor senzori fără contact se bazează pe înregistrarea radiației termice emise de corpuri. Pentru caracterizarea acestui fenomen se utilizează cantitatea de energie emisă pe unitatea de timp de pe unitatea de suprafață, care revine pe unitatea de gamă de lungime de undă.

Un astfel de criteriu, care reflectă intensitatea radiației monocromatice, a primit denumirea de luminozitate spectrală.

Există următoarele varietăți de pirometre:

• radiante;
• de luminozitate (optice);
• cromatice.

Pirometrele radiante permit efectuarea măsurătorilor în intervalul 20-25000°C, însă pentru determinarea temperaturii este important să se țină cont de coeficientul de incompletitudine a radiației, a cărui valoare efectivă depinde de starea fizică a corpului, compoziția sa chimică și alți factori.

Elementul principal de funcționare al senzorului de radiație este un telescop, în interiorul căruia se află o baterie formată dintr-un lanț serie de termocupluri. Capetele active ale acestor dispozitive sunt amplasate pe o petală acoperită cu platină (+).

Pirometrele de strălucire (optice) sunt concepute pentru măsurarea temperaturilor de 500-4000°C. Ele asigură o precizie ridicată a măsurătorilor, dar pot denatura indicațiile din cauza posibilei absorbții a radiațiilor de la corpuri de către mediul intermediar prin care se efectuează observațiile.

Pirometrele colorimetrice, a căror acțiune se bazează pe determinarea intensității radiației la două lungimi de undă – de preferință în segmentul roșu sau albastru al spectrului, sunt utilizate pentru măsurători în intervalul 800 până la 0°C.

Principalul lor avantaj este faptul că incompletețea radiației nu influențează erorile de măsurare. În plus, indicatorii nu depind de distanța până la obiect.

Traductoare de temperatură cu cuarț (piezoelectrice)

Pentru a citi temperaturi în intervalul -80 +250°C, se pot utiliza traductoare cu cuarț (elemente piezoelectrice), al căror principiu de funcționare se bazează pe dependența de frecvență a cuarțului de încălzire. În acest caz, funcția traductorului este influențată de orientarea tăieturii în raport cu axele cristalografice.

Dispozitivele piezoelectrice (cu cuarț) sunt cel mai des utilizate în lucrări de cercetare, deoarece astfel de aparate se caracterizează printr-un domeniu extins de măsurare, fiabilitate și precizie ridicată.

Senzorii piezoelectrici se remarcă printr-o sensibilitate fină, rezoluție înaltă și sunt capabili să funcționeze fiabil pe o perioadă îndelungată. Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă la fabricarea termometrelor digitale și sunt considerate unul dintre cele mai promițătoare instrumente pentru tehnologiile viitorului.

Senzori de temperatură acustici (de zgomot)

Funcționarea unor astfel de dispozitive este asigurată prin măsurarea diferenței de potențial acustice în funcție de temperatura rezistenței.

Metodele acustice permit obținerea indicațiilor de temperatură în spații și medii închise, unde măsurarea directă este imposibilă. Astfel de instrumente au găsit aplicații în medicină, în cercetările subacvatice, precum și în industrie.

Metoda de măsurare cu astfel de senzori este destul de simplă: trebuie comparate zgomotele produse de două elemente similare, dintre care unul se află la o temperatură cunoscută dinainte, iar cel de-al doilea – la temperatura care trebuie determinată.

Termosenzorii acustici sunt potriviți pentru măsurarea intervalului -270 – +1100°C. În acest caz, complexitatea procesului constă în nivelul prea scăzut al zgomotului: sunetele emise de amplificator îl acoperă uneori.

Senzori de temperatură RCN (rezonanță cvadrupolară nucleară)

Esența funcționării termometrelor cu rezonanță nucleară cuadrupolară constă în acțiunea gradientului de câmp, format de rețelele cristalului și de momentul nucleului – un indicator cauzat de abaterea sarcinii de la simetria sferei.

Ca urmare a unui astfel de fenomen, apare precesia nucleelor: frecvența sa depinde de gradientul de câmp al rețelei. Temperatura influențează, de asemenea, valoarea acestui indicator: creșterea acesteia determină scăderea frecvenței RNC.

Elementul principal al unor astfel de senzori este o ampulă cu substanță, care este plasată în înfășurarea de inductanță, conectată la circuitul generatorului.

Avantajul dispozitivelor este durata nelimitată a măsurătorilor, fiabilitatea și funcționarea stabilă. Dezavantajul este neliniaritatea măsurătorilor, ceea ce impune necesitatea utilizării unei funcții de conversie.

Dispozitive pe bază de semiconductori

O categorie de dispozitive care funcționează pe baza modificărilor caracteristicilor joncțiunii p-n, cauzate de influența temperaturii. Tensiunea pe tranzistor este întotdeauna proporțională cu influența temperaturii, ceea ce permite calcularea ușoară a acestui factor.

Avantajele unor astfel de dispozitive sunt precizia ridicată a datelor, costul redus, liniaritatea caracteristicilor pe întregul domeniu de măsurare. Montarea unor astfel de dispozitive se poate face convenabil direct pe substratul semiconductor, ceea ce le face potrivite pentru microelectronică.

Traductoare volumetrice pentru măsurarea temperaturii

La baza unor astfel de dispozitive stă binecunoscutul principiu de dilatare și contracție a substanțelor, observat la încălzire sau răcire. Astfel de senzori sunt destul de practici. Ei pot fi utilizați pentru determinarea temperaturilor în intervalul -60 – +400°C.

Pentru posibilitatea controlului vizual al temperaturii, majoritatea termosenzorilor aflați în încăperi sunt echipați cu afișaje pe care sunt afișate valorile curente

Este important de reținut că măsurătorile lichidelor cu astfel de instrumente sunt limitate de temperatura de fierbere și de îngheț, iar a gazelor – de trecerea lor în stare lichidă. Eroarea de măsurare cauzată de influența mediului înconjurător pentru aceste instrumente este destul de mică: variază în limitele 1-5%.

Alegerea senzorilor de temperatură

La alegerea unor astfel de instrumente, trebuie luați în considerare factori precum:

• intervalul de temperatură în care se efectuează măsurătorile;
• necesitatea și posibilitatea scufundării senzorului în obiect sau mediu;
• condițiile de efectuare a măsurătorii: pentru colectarea datelor în medii agresive, este mai bine să se opteze pentru o variantă fără contact sau un model introdus într-o carcasă anticorozivă;
• durata de exploatare a instrumentului până la calibrare sau înlocuire – unele tipuri de instrumente (de exemplu, termistoarele) se defectează destul de repede;
• date tehnice: rezoluție, tensiune, viteza de transmisie a semnalului, eroare;
• valoarea semnalului de ieșire.

În unele cazuri, este important și materialul carcasei instrumentului, iar atunci când este utilizat în încăperi – dimensiunile și designul.

Recomandări pentru montajul făcut de dumneavoastră

Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă în diverse scopuri: ele echipează radiatoare, cazane de încălzire și alte aparate de uz casnic.

Înainte de a începe montajul, trebuie citit cu atenție manualul de instrucțiuni: acesta indică nu numai particularitățile de instalare (de exemplu, dimensiunile de conectare la fiting), ci și regulile de exploatare, precum și limitele de temperatură pentru care este potrivit aparatul de măsură.

De asemenea, trebuie luată în considerare dimensiunea manșonului, care poate varia între 120-160 mm.

Să analizăm două dintre cele mai frecvente cazuri de montaj a senzorului de temperatură.

Conectarea dispozitivului la radiator

Nu merită să dotați toate aparatele de încălzire cu termostat. Conform reglementărilor, senzorii se instalează pe baterie, dacă puterea sa totală depășește 50% din producția de căldură a sistemelor similare. Dacă în încăpere există două încălzitoare, termostatul se instalează doar pe cel cu puterea mai mare.

Senzorul de temperatură este o componentă obligatorie a regulatoarelor de temperatură, care permit reducerea sau creșterea încălzirii radiatoarelor, podelei încălzite și a altor dispozitive de încălzire

Supapa dispozitivului se instalează pe conducta de alimentare în punctul de conectare a radiatorului la rețeaua de încălzire. Dacă nu este posibilă integrarea acestuia într-un circuit existent, trebuie dezasamblată alimentarea, ceea ce poate cauza unele dificultăți.

Pentru efectuarea acestei manevre, este necesar să utilizați un instrument de tăiat țevi, în timp ce montajul capului termostatic se face ușor fără echipament special. Odată ce senzorul este montat, este suficient să aliniați mărcile făcute pe corp și pe dispozitiv, după care capul se fixează prin apăsare ușoară cu mâna.

Montajul termosenzorului de aer

Un astfel de dispozitiv se instalează în cea mai rece încăpere locuită, fără curenți de aer (în hol, bucătărie sau centrală termică montajul său este nerecomandat, deoarece poate cauza dereglări în funcționarea sistemului).

La alegerea locului, trebuie să vă asigurați că razele soarelui nu cad pe dispozitiv și că nu există aparate de încălzire în apropiere (încălzitoare, radiatoare, țevi).

Pentru un sistem de încălzire obișnuit, un singur termostat este suficient, în timp ce în cazul schemei cu colector este de dorit să se utilizeze mai mulți senzori, al căror număr coincide cu numărul de camere. Acest lucru va permite reglarea individuală a temperaturii în spațiile separate

Conectarea dispozitivului se realizează conform instrucțiunilor din fișa tehnică, utilizând bornele sau cablul incluse în set.

Dacă este necesară monitorizarea temperaturii, senzorul de temperatură în “pardoseala încălzită” poate fi amplasat în adâncimea șapei de beton. În acest caz, pentru protecție se poate utiliza un tub ondulat, cu un capăt închis și o curbă înclinată

Ultima caracteristică permite, la nevoie, extragerea dispozitivului defect și înlocuirea acestuia cu unul nou.

Montarea dispozitivului se realizează în felul următor:

1. În perete se realizează o adâncitură pentru fixarea aparatului suspendat.
2. De pe senzorul termic se îndepărtează piesa frontală, după care dispozitivul se instalează pe zona pregătită.
3. Apoi la contacte se conectează cablul de încălzire, iar la senzori – bornele.

Etapa finală – conectarea cablului de alimentare și montarea panoului frontal la locul său.

Schema de conectare a termostatului pentru centrala de încălzire este descrisă detaliat în acest articol.

În cazul în care dispozitivul, pentru funcționarea căruia este necesară conectarea internă a senzorilor, are o construcție complexă, este mai bine să apelați la specialiști.

Concluzii și material video util pe această temă

În videoclipul de mai jos este explicat în detaliu cum se realizează montarea termo-dispozitivelor pe centrala de încălzire:

Diferă montarea senzorilor pe țevile de tur și retur:

Senzorii de temperatură sunt utilizați pe scară largă atât în diverse domenii industriale, cât și în scopuri casnice. Gama largă de astfel de dispozitive, bazate pe diferite principii de funcționare, permite alegerea variantei optime pentru rezolvarea unei sarcini sau alteia.

În case și apartamente, astfel de dispozitive sunt utilizate cel mai adesea pentru menținerea unei temperaturi confortabile în încăperi, precum și pentru reglarea sistemelor de încălzire – radiatoare, podea încălzită.

Aveți ceva de adăugat sau aveți întrebări cu privire la alegerea și instalarea senzorului de temperatură? Puteți lăsa comentarii la publicație, participa la discuții și împărtăși propria experiență de utilizare a unor astfel de dispozitive. Formularul de contact se află în blocul inferior.