Czujniki temperatury do ogrzewania: przeznaczenie, rodzaje, instrukcja montażu

Podczas obsługi urządzeń grzewczych należy kontrolować stopień nagrzania chłodziwa, a także powietrza w pomieszczeniu.Czujniki temperatury do ogrzewania pomagają przechwytywać i przesyłać informacje, z których można je odczytać wizualnie lub natychmiast przesłać do sterownika.

Sugerujemy zrozumienie, jak działają czujniki temperatury, jakie rodzaje urządzeń monitorujących istnieją i jakie parametry należy wziąć pod uwagę przy wyborze urządzenia. Dodatkowo przygotowaliśmy instrukcję krok po kroku, która pomoże Ci samodzielnie zamontować czujnik temperatury na grzejniku.

Zasada działania czujnika termicznego

Systemem grzewczym można sterować na różne sposoby, m.in.:

• automatyczne urządzenia do terminowego dostarczania energii;
• bloki monitorowania bezpieczeństwa;
• jednostki mieszające.

Do prawidłowego działania wszystkich tych grup wymagane są czujniki temperatury, które dostarczają sygnały o działaniu urządzeń. Obserwacja odczytów tych urządzeń pozwala nam na szybką identyfikację usterek w systemie i podjęcie działań naprawczych.

Istnieje wiele rodzajów urządzeń stosowanych do zwalczania gorączki. Można je zanurzać w płynach chłodzących, używać wewnątrz lub na zewnątrz

Czujnik temperatury może pełnić funkcję samodzielnego urządzenia np. do monitorowania temperatury w pomieszczeniu lub stanowić integralną część złożonego urządzenia np. kotła grzewczego.

Podstawą takich urządzeń stosowanych w zautomatyzowanym sterowaniu jest zasada przetwarzania wskaźników temperatury na sygnał elektryczny. Dzięki temu wyniki pomiarów można szybko przesłać siecią w postaci kodu cyfrowego, co gwarantuje dużą prędkość, czułość i dokładność pomiaru.

Jednocześnie różne urządzenia do pomiaru stopnia nagrzewania mogą mieć cechy konstrukcyjne, które wpływają na szereg parametrów: działanie w określonym środowisku, sposób transmisji, sposób wizualizacji i inne.

Rodzaje urządzeń do pomiaru temperatury

Urządzenia termiczne można klasyfikować według szeregu ważnych kryteriów, m.in. sposobu przekazywania informacji, miejsca i warunków montażu, a także algorytmu dokonywania odczytów.

Według sposobu przekazywania informacji

Zgodnie z zastosowaną metodą przesyłania informacji czujniki dzielą się na dwie duże kategorie:

• urządzenia przewodowe;
• czujniki bezprzewodowe.

Początkowo wszystkie takie urządzenia były wyposażone w przewody, za pomocą których czujniki termiczne komunikowały się z jednostką sterującą, przekazując do niej informacje. Chociaż takie urządzenia zastąpiły obecnie swoje bezprzewodowe odpowiedniki, nadal są często stosowane w prostych obwodach.

Ponadto czujniki przewodowe są dokładniejsze i niezawodne w działaniu.

Aby zapewnić spójną pracę czujnika przewodowego zastosowanego w urządzeniu kompozytowym, zaleca się łączenie go z urządzeniami tego samego producenta

Obecnie powszechne stały się urządzenia bezprzewodowe, które najczęściej przesyłają informacje za pomocą nadajnika i odbiornika fal radiowych. Takie urządzenia można zainstalować niemal wszędzie, także w wydzielonym pomieszczeniu lub na otwartej przestrzeni.

Ważnymi cechami takich czujników temperatury są:

• obecność baterii;
• błąd pomiarów;
• zasięg transmisji sygnału.

Urządzenia bezprzewodowe/przewodowe mogą całkowicie się zastępować, jednak istnieją pewne osobliwości w ich funkcjonowaniu.

Według lokalizacji i sposobu umieszczenia

W zależności od miejsca montażu takie urządzenia dzielą się na następujące typy:

• narzuty dołączone do obiegu grzewczego;
• zanurzalny, w kontakcie z chłodziwem;
• kryty, zlokalizowany w pomieszczeniu mieszkalnym lub biurowym;
• zewnętrzne, które znajdują się na zewnątrz.

Niektóre jednostki mogą wykorzystywać jednocześnie kilka typów czujników do kontroli temperatury.

Zgodnie z mechanizmem dokonywania odczytów

W zależności od sposobu wyświetlania informacji urządzenia mogą być:

• bimetaliczny;
• alkohol.

Pierwsza opcja polega na zastosowaniu dwóch płytek wykonanych z różnych metali, a także czujnika zegarowego. Wraz ze wzrostem temperatury jeden z elementów ulega deformacji, powodując nacisk na strzałkę. Odczyty takich urządzeń charakteryzują się dobrą dokładnością, jednak ich dużą wadą jest bezwładność.

Termostaty bimetaliczne i alkoholowe są często instalowane na urządzeniach grzewczych, takich jak kotły. Pozwalają monitorować ciepło, którego przekroczenie może prowadzić do fatalnych skutków.

Czujniki, których działanie opiera się na użyciu alkoholu, są niemal całkowicie wolne od tej wady. W tym przypadku roztwór zawierający alkohol wlewa się do hermetycznie zamkniętej kolby, która rozszerza się po podgrzaniu. Konstrukcja jest dość elementarna, niezawodna, ale niezbyt wygodna w obserwacjach.

Różne typy czujników temperatury

Do pomiaru temperatury wykorzystuje się urządzenia o różnych zasadach działania. Najpopularniejsze urządzenia to urządzenia wymienione poniżej.

Termopary: dokładny odczyt - trudny do interpretacji

Takie urządzenie składa się z dwóch przylutowanych do siebie drutów, wykonanych z różnych metali. Różnica temperatur występująca między gorącym i zimnym końcem służy jako źródło prądu elektrycznego o napięciu 40-60 μV (wskaźnik zależy od materiału termopary).

Do produkcji termopar najczęściej stosuje się następujące kombinacje metali i stopów: chrom-aluminium, żelazo-kostantan, żelazo-nikiel, nikiel-chrom i inne

Termopara jest uważana za bardzo dokładny czujnik temperatury, ale dość trudno jest uzyskać z niej dokładne odczyty. Aby to zrobić, musisz znaleźć siłę elektromotoryczną (EMF) na podstawie różnicy temperatur urządzenia.

Aby wynik był poprawny, ważne jest, aby skompensować temperaturę zimnego złącza, stosując np. metodę sprzętową, w której drugą termoparę umieszcza się w środowisku o znanej wcześniej temperaturze.

Metoda kompensacji programowej polega na umieszczeniu w izokomorze kolejnego czujnika temperatury wraz ze złączami zimnymi, co pozwala na kontrolowanie temperatury z zadaną dokładnością.

Proces pozyskiwania danych z termopary powoduje pewne trudności ze względu na jej nieliniowość. Aby zapewnić poprawność odczytów, GOST R 8.585-2001 wprowadza współczynniki wielomianowe, które umożliwiają konwersję pola elektromagnetycznego na temperaturę, a także wykonywanie operacji odwrotnych.

Innym problemem jest to, że odczyty podawane są w mikrowoltach, których nie można przeliczyć za pomocą powszechnie dostępnych przyrządów cyfrowych.Aby zastosować termoparę w projektach, konieczne jest zapewnienie dokładnych, wielocyfrowych przetworników o minimalnym poziomie hałasu.

Termistory: łatwe i proste

Znacznie łatwiej jest mierzyć temperaturę za pomocą termistorów, które opierają się na zasadzie zależności rezystancji materiałów od temperatury otoczenia. Takie urządzenia, na przykład wykonane z platyny, mają tak ważne zalety, jak wysoka dokładność i liniowość.

Głównym problemem takich czujników temperatury można uznać za wyjątkowo niski współczynnik temperaturowy rezystancji, ale nadal łatwiej jest go dokładnie zmierzyć niż wykryć niskie wartości napięcia termopar

Ważną cechą rezystora jest jego rezystancja podstawowa w określonej temperaturze. Według GOST 21342.7-76 wskaźnik ten mierzy się w temperaturze 0°C. W takim przypadku zaleca się stosowanie szeregu wartości rezystancji (omów), a także T_ks - współczynnik temperatury.

Wskaźnik T_ks obliczane według wzoru:

T_ks = (R_mi -R_0c)/(T_mi - T_0c) *1/R_0c,

Gdzie:

• R_mi – rezystancja w aktualnej temperaturze;
• R_0c – odporność w temperaturze 0°C;
• T_mi - obecna temperatura;
• T_0c – 0°C.

GOST podaje także współczynniki temperaturowe przewidziane dla różnych przyrządów pomiarowych wykonanych z miedzi, niklu, platyny, a także wskazuje współczynniki wielomianowe stosowane do obliczania temperatury na podstawie aktualnych wartości rezystancji.

Czujniki termistorowe są szeroko stosowane w przemyśle elektronicznym i inżynierii mechanicznej ze względu na ich dokładność, czułość i łatwość obsługi.

Rezystancję można zmierzyć podłączając urządzenie do obwodu źródła prądu i mierząc napięcie różnicowe. Wskaźniki można monitorować za pomocą układów scalonych, których wyjście analogowe jest równe napięciu zasilania.

Czujniki termiczne wyposażone w takie urządzenia 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, który działa za pomocą mikroukładu z trzema wyjściami. Dzięki temu urządzeniu możliwe jest jednoczesne pobieranie odczytów temperatury z kilku pracujących równolegle czujników, z błędem zaledwie 0,5°C.

Popularnym modelem jest kombinowany czujnik temperatury i wilgotności SHT1, który pozwala mierzyć ciepło z dokładnością +2°, a wilgotność z dokładnością +5. Jednak sam producent twierdzi, że istnieją dokładniejsze i ekonomiczne urządzenia

Wśród innych zalet tego urządzenia można wyróżnić także szeroki zakres temperatur pracy (-55+125°C). Główną wadą jest wolne działanie: do najdokładniejszych obliczeń urządzenie potrzebuje co najmniej 750 ms.

Irometry bezkontaktowe (kamery termowizyjne)

Działanie tych czujników bezdotykowych opiera się na wykrywaniu promieniowania cieplnego pochodzącego od ciał. Aby scharakteryzować to zjawisko, wykorzystuje się ilość energii uwalnianej w jednostce czasu z jednostkowej powierzchni, która przypada na jednostkowy zakres długości fal.

Podobne kryterium odzwierciedlające intensywność promieniowania monochromatycznego nazywa się jasnością widmową.

Istnieją następujące typy pirometrów:

• promieniowanie;
• jasność (optyczna);
• kolor.

Promieniowanie pirometry umożliwiają pomiary w zakresie 20-25000°C, jednakże do określenia temperatury należy uwzględnić współczynnik niezupełności promieniowania, którego wartość efektywna zależy od stanu fizycznego organizmu, jego stanu chemicznego skład i inne czynniki.

Głównym elementem wykonawczym czujnika promieniowania jest teleskop, wewnątrz którego znajduje się bateria złożona z szeregowego obwodu termopar. Końcówki robocze tych urządzeń znajdują się na płatku pokrytym platyną (+)

Pirometry jasnościowe (optyczne). przeznaczony do pomiaru temperatur 500-4000°C. Zapewniają dużą dokładność pomiaru, jednak mogą zniekształcać odczyty ze względu na możliwą absorpcję promieniowania z ciał przez ośrodek pośredni, przez który prowadzone są obserwacje.

Pirometry kolorowe, których działanie opiera się na określeniu natężenia promieniowania przy dwóch długościach fali – najlepiej w czerwonej lub niebieskiej części widma, służą do pomiarów w zakresie od 800 do 0°C.

Ich główną zaletą jest to, że niekompletność promieniowania nie wpływa na błędy pomiarowe. Ponadto wskaźniki nie zależą od odległości od obiektu.

Kwarcowe przetworniki temperatury (piezoelektryczne)

Do pomiaru temperatury w zakresie -80 +250°C można zastosować przetworniki kwarcowe (elementy piezoelektryczne), których zasada działania opiera się na zależności częstotliwości kwarcu od nagrzewania. W tym przypadku na działanie przetwornika wpływa położenie nacięcia wzdłuż osi kryształu.

W pracach badawczych najczęściej wykorzystuje się urządzenia piezoelektryczne (kwarcowe), gdyż charakteryzują się one rozszerzonym zakresem pomiarowym, niezawodnością i dużą dokładnością

Czujniki piezoelektryczne wyróżniają się dużą czułością, wysoką rozdzielczością i są w stanie niezawodnie działać przez długi czas. Urządzenia takie są szeroko stosowane w produkcji termometrów cyfrowych i są uważane za jedno z najbardziej obiecujących urządzeń dla przyszłych technologii.

Czujniki hałasu (akustyczne) temperatury

Działanie takich urządzeń zapewnia usuwanie różnicy potencjałów akustycznych w zależności od temperatury rezystora.

Metody akustyczne umożliwiają dokonywanie odczytów temperatury w zamkniętych przestrzeniach i środowiskach, w których bezpośredni pomiar nie jest możliwy. Podobne urządzenia znalazły zastosowanie w medycynie, badaniach podwodnych, a także w przemyśle.

Metoda pomiaru za pomocą takich czujników jest dość prosta: należy porównać hałas wytwarzany przez dwa podobne elementy, z których jeden ma wcześniej znaną temperaturę, a drugi określoną temperaturę.

Akustyczne czujniki temperatury nadają się do pomiaru w zakresie -270 - +1100°C. Jednocześnie złożoność procesu polega na zbyt niskim poziomie szumów: dźwięki wytwarzane przez wzmacniacz czasami go zagłuszają.

Czujniki temperatury NQR

Istotą działania termometrów rezonansu kwadrupolowego jądrowego jest działanie gradientu pola, które tworzą sieci krystaliczne oraz moment jądrowy – wskaźnik powstający na skutek odchylenia ładunku od symetrii kuli.

W wyniku tego zjawiska następuje procesja jąder: jej częstotliwość zależy od gradientu pola sieciowego.Na wartość tego wskaźnika wpływa także temperatura: jej wzrost powoduje spadek częstotliwości NQR.

Głównym elementem takich czujników jest ampułka z substancją, która umieszczona jest w uzwojeniu indukcyjnym podłączonym do obwodu generatora.

Zaletą urządzeń jest nieograniczony czas trwania pomiarów, niezawodność i stabilna praca. Wadą jest nieliniowość pomiarów, co powoduje konieczność stosowania funkcji przeliczającej.

Urządzenia półprzewodnikowe

Kategoria urządzeń, których działanie opiera się na zmianach charakterystyki złącza p-n pod wpływem działania temperatur. Napięcie na tranzystorze jest zawsze proporcjonalne do wpływu temperatury, co ułatwia obliczenie tego współczynnika.

Zaletami takich urządzeń są wysoka dokładność danych, niski koszt i charakterystyka liniowa w całym zakresie pomiarowym. Wygodne jest montowanie takich urządzeń bezpośrednio na podłożu półprzewodnikowym, co czyni je doskonałymi dla mikroelektroniki.

Przetworniki wolumetryczne do odczytu temperatury

Urządzenia tego typu opierają się na dobrze znanej zasadzie rozszerzania i kurczenia się substancji obserwowanej podczas ogrzewania lub chłodzenia. Takie czujniki są dość praktyczne. Można nimi wyznaczać temperatury w zakresie -60 - +400°C.

Aby umożliwić wizualną kontrolę temperatury, większość czujników temperatury znajdujących się w pomieszczeniach wyposażona jest w wyświetlacze wyświetlające aktualne wartości

Należy pamiętać, że ograniczeniem pomiarów cieczy za pomocą tego typu urządzeń jest ich temperatura wrzenia i zamarzania, a pomiarów gazów – ich przejścia w stan ciekły.Błąd pomiaru spowodowany wpływami środowiska w przypadku tych urządzeń jest dość mały: waha się w granicach 1-5%.

Dobór czujników temperatury

Przy wyborze takich urządzeń brane są pod uwagę takie czynniki jak:

• zakres temperatur, w którym dokonywane są pomiary;
• konieczność i możliwość zanurzenia czujnika w przedmiocie lub środowisku;
• warunki pomiaru: do dokonywania pomiarów w środowisku agresywnym lepiej wybrać wersję bezdotykową lub model umieszczony w obudowie odpornej na korozję;
• żywotność urządzenia przed kalibracją lub wymianą - niektóre typy urządzeń (na przykład termistory) szybko ulegają awarii;
• dane techniczne: rozdzielczość, napięcie, prędkość sygnału, błąd;
• wartość sygnału wyjściowego.

W niektórych przypadkach ważny jest także materiał korpusu urządzenia, a przy użytkowaniu wewnątrz pomieszczeń istotne są także wymiary i design.

Zalecenia dotyczące instalacji „zrób to sam”.

Takie urządzenia są szeroko stosowane do różnych celów: są wyposażone w grzejniki, kotły grzewcze i inny sprzęt gospodarstwa domowego.

Przed rozpoczęciem instalacji należy uważnie przeczytać instrukcję: wskazuje ona nie tylko cechy instalacji (na przykład wymiary podłączenia do rury), ale także zasady działania, a także granice temperatur, dla których odpowiednie jest urządzenie pomiarowe.

Należy również wziąć pod uwagę rozmiar rękawa, który może wahać się w granicach 120-160 mm.

Rozważmy dwa najczęstsze przypadki instalacji czujnika temperatury.

Podłączenie urządzenia do grzejnika

Nie jest konieczne wyposażanie wszystkich urządzeń grzewczych w termostat. Zgodnie z przepisami, czujniki są zainstalowane na akumulatorze, jeżeli jego łączna moc przekracza 50% ciepła wytwarzanego przez podobne systemy.Jeśli w pomieszczeniu znajdują się dwa grzejniki, termostat instaluje się tylko na jednym, który ma wyższą moc znamionową.

Czujnik temperatury jest obowiązkowym elementem regulatorów temperatury, które pozwalają zmniejszyć lub zwiększyć nagrzewanie się grzejników, podgrzewanych podłóg i innych urządzeń grzewczych

Zawór urządzenia montowany jest na rurociągu zasilającym w miejscu podłączenia grzejnika do sieci ciepłowniczej. Jeżeli nie ma możliwości włączenia go w istniejący łańcuch, należy zdemontować linię zasilającą, co może powodować pewne trudności.

Aby przeprowadzić tę manipulację, należy użyć narzędzia do cięcia rur, a montaż głowicy termicznej można łatwo wykonać bez specjalnego sprzętu. Po zamontowaniu czujnika wystarczy zrównać oznaczenia wykonane na korpusie i urządzeniu, po czym za pomocą płynnego docisku ręcznego mocuje się głowicę.

Montaż czujnika temperatury powietrza

Takie urządzenie montuje się w najzimniejszym salonie bez przeciągów (w przedpokoju, kuchni czy kotłowni jego montaż jest niepożądany, gdyż może spowodować zakłócenia w pracy instalacji).

Wybierając lokalizację, należy upewnić się, że urządzenie nie jest wystawione na działanie promieni słonecznych, a w pobliżu nie powinny znajdować się żadne urządzenia grzewcze (grzejniki, grzejniki, rury).

W przypadku konwencjonalnego systemu grzewczego wystarczy jeden termostat, natomiast w przypadku obiegu kolektorowego wskazane jest zastosowanie kilku czujników, których liczba pokrywa się z liczbą pomieszczeń. Umożliwi to indywidualną regulację temperatury w wydzielonych pomieszczeniach.

Urządzenie podłącza się zgodnie z instrukcją zawartą w karcie technicznej za pomocą zacisków lub kabla znajdującego się w zestawie.

Jeśli chcesz monitorować swoją temperaturę czujnik temperatury w „ciepłej podłodze” można umieścić głęboko w jastrychu betonowym. W takim przypadku dla ochrony można zastosować rurę falistą z jednym zamkniętym końcem i nachylonym kolanem.

Ta ostatnia funkcja pozwala w razie potrzeby usunąć zepsute urządzenie i zastąpić je nowym.

Instalacja urządzenia odbywa się w następujący sposób:

1. W ścianie wykonano wgłębienie do montażu osprzętu.
2. Przednia część jest usuwana z czujnika temperatury, po czym urządzenie instaluje się na przygotowanym obszarze.
3. Następnie do styków podłączamy przewód grzejny, natomiast zaciski do czujników.

Ostatnim etapem jest podłączenie kabla zasilającego i zamontowanie panelu przedniego na swoim miejscu.

Schemat podłączenia termostatu dla kotła grzewczego opisano szczegółowo w Ten artykuł.

Jeśli urządzenie, którego funkcjonalność wymaga wewnętrznego podłączenia czujników, ma złożoną konstrukcję, lepiej skontaktować się ze specjalistami.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Poniższy film szczegółowo opisuje sposób montażu urządzeń termicznych na kotle grzewczym:

Czy montaż czujników na rurze zasilającej i powrotnej różni się?

Czujniki temperatury znajdują szerokie zastosowanie zarówno w różnych gałęziach przemysłu, jak i do celów domowych. Duży asortyment podobnych urządzeń, które opierają się na różnych zasadach działania, pozwala wybrać najlepszą opcję rozwiązania konkretnego problemu.

W domach i mieszkaniach tego typu urządzenia najczęściej służą do utrzymania komfortowej temperatury w pomieszczeniach, a także do regulacji instalacji grzewczych – grzejników, podgrzewanych podłóg.

Masz coś do dodania lub masz pytania dotyczące wyboru i montażu czujnika temperatury? Można zostawiać komentarze pod publikacją, brać udział w dyskusjach i dzielić się własnymi doświadczeniami z użytkowania tego typu urządzeń. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.