Датчика температуры: разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема – типы, принцип работы, диапазон температур

разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема

Датчики измерения температуры используются для контроля веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии. В зависимости от целей применения, схема строения прибора будет видоизменяться. Но чтобы выбрать подходящий инструмент необходимо обращать внимание на одни и те же нюансы.

Виды, конструкция и принципы действия

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.

Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.

В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.

Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.

На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.

Терморезисторы

Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).

Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.

Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:

Т_кс = (R_e – R0_c) / (T_e – T0_c) *1/R_0c

Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.

Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.

Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.

Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю

Комбинированные

Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.

Цифровые

В цифровых датчиках устанавливается трехвыводная микросхема. Показатели считываются с нескольких параллельно работающих датчиков, что позволяет получить показания с точностью 0,5 °С. Работа электронного термометра возможна от -55 до +125 °С. Единственным минусом устройства является скорость получения результатов – 750 секунд для получения максимально точного показателя. Определение точности прибора осуществляется при помощи соответствующих регулировок, которые необходимы для уменьшения количества затрачиваемого времени на получение результата. Опрос датчика не имеет смысла, так как корпус является инерционным.

Бесконтактные

Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.

Кварцевые преобразователи температуры

Если диапазон изменяемых температур превышает стандартные значения и достигает отметки от -80 до +250°С, то используются кварцевые преобразователи. Такие устройства работают на принципе взаимодействия кварца и температуры, отражаемого частотной зависимостью. Преобразователь имеет несколько функций, которые меняются в зависимости от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.

Шумовые

Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.

Работа датчика возможна от -270 до +1100 °С. Из преимуществ отмечается возможность измерения температур в термодинамике. Но минусом является сложность реализации такого способа измерения напряжения шумом из-за наличия различий с шумом усилителя.

Ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.

ЯКР образует ампулу с веществом, которая помещается в обмотку индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. Если частота генератора и частота ЯКР совпадают, то исходящая от генератора энергия поглощается. При измерении вещества с температурой -263°С погрешность составляет 0,02 градуса, а при температуре 27°С, погрешность равна 0,002 градуса. Из преимуществ датчика выделяют неизменную стабильность. Минусом является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Принцип работы иного рода биметаллического термометра построен на свойстве веществ расширяться и сжиматься в зависимости от действующей температуры. Диапазон действия преобразователя определяется в зависимости от стабильности материала. Датчик может использоваться при температурах от -60 до +400°С. Погрешность составит от 1 до 5%.

При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.

Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.

Канальный

Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.

Параметры выбора

Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.

Диапазон рабочей температуры

Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.

Условия проведения замеров

Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.

Время работы до калибровки или замены

Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.

Величина сигнала выхода

Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.

Другие технические данные

Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных.

Погрешность

Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.

Разрешение

Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.

Напряжение

На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.

Время сработки

Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.

Промышленные термодатчики и сенсоры

Кроме стандартных бытовых термодатчиков бывают промышленные, которые используются исключительно на специальных объектах. Их распространение направлено на определенную группу лиц из-за избыточных возможностей, которые требуются только на производстве. Некоторые из них способны работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящих типов осуществляется тем же образом, что и для подбора бытовых датчиков.

Применение

Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.

Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами. При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения.

Датчики температуры. Виды и работа. Как выбрать и применение

Датчики температуры нужны для того, чтобы проконтролировать температуру в помещении, жидкости, твердого объекта или расплавленного металла.

Основой действия температурных датчиков в автоматизированном управлении является изменение температуры в электрический сигнал. Это обуславливает преимущества электрических измерений: результаты легко передавать по сети, скорость передачи может быть достаточно высокой. Величины могут преобразовываться друг в друга и обратно. Цифровой код создает повышенную точность замера, скорость и чувствительность.

Виды и принцип действия

Термопары

Термопара представляет собой две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. При разности температур между горячим и холодным концом в цепи возникает электрический ток. Величина этого электрического тока зависит от термоэлектрической силы термопары, составляет от 40 до 60 мкВ, в зависимости от материала термопары. Материал термопары может быть разным. Это могут быть никель-хромовые, хромо-алюминиевые, железо-никелевые, железо-константановые и т.д.

Термопара является высокоточным датчиком температуры, однако эту точность достаточно проблематично снять. Термопара является относительным датчиком температуры, уровень ее напряжения имеет зависимость от температурной разности между спаями. При этом холодный спай находится при комнатной температуре или при какой-либо другой.

Рассмотрим работу термопары ближе. Есть две термопары и две температуры горячего и холодного конца. Соответственно ЭДС зависит от разности температур. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Аппаратным способом компенсации является использование второй термопары, которая помещена в заранее известную температуру.

Программным способом компенсации является использование другого датчика температуры, на этот раз абсолютного, который помещается в изотермическую камеру вместе с холодными спаями и контролирует их температуру с заданной точностью. Имеются трудности снятия данных с термопары.

Во-первых, она нелинейная. В ГОСТе заботливо введены коэффициенты полинома для перевода ЭДС в температуру и обратно. Эти полиномы большого порядка, но ничто не запрещает спокойно их посчитать силами контроллера.

Во-вторых, другая проблема заключается в том, что термо-ЭДС термопары измеряется в единицах и сотнях микровольт. Соответственно, использование широко доступных аналогоцифровых преобразователей приведет к полному провалу. Нужны прецизионные многоразрядные малошумящие аналогоцифровые преобразователи для того, чтобы использовать термопару в своих конструкциях.

Терморезисторы

Гораздо более простым способом измерения стало применение терморезисторов. Они работают на зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, в частности платиновые обладают очень высокой точностью и линейностью. Термометры сопротивления определяются двумя основными характеристиками.

Это базовое сопротивление термометра при определенной температуре. В ГОСТе базовым сопротивлением считается сопротивление при 0 градусах по Цельсию. ГОСТ рекомендует использование нескольких номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется как разность сопротивлений нашей температуры и при 0 градусов, деленной на нашу температуру и t нуля градусов, умноженную на единицу, деленную на базовое сопротивление.

Т_кс = (R_e – R_0c) / (T_e – T_0c) *1/R_0c

В ГОСТе на терморезисторы вы найдете температурный коэффициент для различных термометров из платины, меди и никеля. Кроме того, там присутствуют коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Одной из проблем термометров сопротивления является очень низкий температурный коэффициент сопротивления. Однако, измерять сопротивление с высокой точностью гораздо проще, чем очень малые значения напряжения в отличие от термопар.

Одним из способов измерения сопротивления является включение нашего термосопротивления в цепь источника тока и измерение дифференциального напряжения. Использование полупроводников даст нам температурный коэффициент доли единицы процента, их гораздо проще измерять с помощью аналогоцифровых преобразователей. Есть интегральные микросхемы датчиков температуры, аналоговый выход которых уже соответствует питаемому напряжению. Такие датчики температуры можно напрямую подключать к аналогоцифровому преобразователю и спокойно оцифровывать его с помощью восьми- или десятибитного АЦП.

Комбинированный датчик

Помимо интегральных схем с выходом, существуют датчики с цифровым интерфейсом. Одним из популярных датчиков является комбинированный датчик температуры и влажности серии SHT1. Этот датчик позволяет измерять температуру с точностью + 2 градуса и влажность с точностью + 5 градусов. Главной проблемой данного датчика температуры является то, что там решили оптимизировать интерфейс. Он позволяет подключать параллельные устройства.

Цифровой датчик

Цифровой датчик температуры DS18B20, который представляет собой трехвыводную микросхему, позволяет с высокой точностью до 0,5 градуса получать температуру с множеством параллельно работающих датчиков. В этом датчике широкий интервал температур от -55 до +125 градусов. Основной его недостаток – медлительность. Вычисления с максимальной точностью он делает за 750 мс. Ввиду инерционности корпуса датчика температуры опрашивать его нет никакого смысла.

Бесконтактные датчики (пирометры)

В этом датчике имеется специальная тонкая пленка, поглощающая инфракрасные излучения, тем самым нагревающаяся. Такие бесконтактные термосенсоры используются в тепловизорах. Там имеется не один тепловой датчик, а матрица. Они позволяют на расстоянии до 3 метров детектировать тепловой объект.

Кварцевые преобразователи температуры

Для того, чтобы измерить температуру в интервале -80 +250 градусов применяют кварцевые преобразователи. Они работают на частотной зависимости кварца от температуры. Действие датчиков происходит на частотной зависимости. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики работают с высокой чувствительностью, разрешением, стабильностью. Эти свойства делают их перспективными в использовании. Они получили большое распространение в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

Работа шумовых датчиков заключается на зависимости шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. Практически реализовать способ измерения температуры шумовыми датчиками можно, сделав сравнение шумов 2-х одинаковых резисторов, один находится при определенной температуре, 2-й при измеряемой температуре. Шумовые датчики температуры применяются для температурного интервала -270 -1100 градусов.

Преимуществом шумовых датчиков стала возможность измерения температуры в термодинамике на вышеописанной закономерности. Но это осложнено трудным измерением напряжения шума, так как оно мало и сравнимо с шумом усилителя.

Датчики температуры ЯКР (ядерного квадрупольного резонанса)

Термометры ЯКР работают за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, которое вызвано отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота имеет зависимость от градиента поля решетки. Для разных веществ имеет величину до тысяч МГц. Градиент зависит от температуры, с ее возрастанием частота ЯКР уменьшается.

Датчики температуры ЯКР образуют ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, которая соединена с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, то энергия генератора поглощается. Допуск замера температуры -263 градуса равен + 0,02 градуса, а температуры 27 градусов +0,002 градуса. Преимуществом термометров ЯКР становится стабильность, неограниченная по времени, недостатком является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Объемные датчики действуют на расширении и сжатии веществ при изменении температуры. Диапазон действия преобразователей определяется, насколько стабильны свойства материалов. Датчиками делают измерения температуры в интервале -60 -400 градусов. Допуск измерения составляет от 1 до 5%. Интервал работы датчика с жидкостью может зависеть от температуры закипания и замерзания. Погрешности измерения датчиков на жидкости от 1 до 3%, определяются температурой среды.

Нижняя граница измерения преобразователей на газе определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

Параметры выбора датчика температуры

• Диапазон рабочей температуры.
• Возможность погружения датчика в объект измерения или среду. Если это невозможно, то лучше выбрать пирометр или термометр.
• Условия проведения замеров. Если нужно измерять в агрессивной среде, то надо выбирать датчик в коррозионностойком корпусе, или бесконтактного типа. Также следует определить наличие давления, влажности и т.д.
• Время работы датчика до калибровки или замены. Многие датчики не могут долго и стабильно работать (термисторы).
• Величина сигнала выхода. Существуют датчики температуры, выдающие сигнал по току, или в градусах.
• Технические данные: погрешность, разрешение, напряжение, время сработки. Для полупроводников важен тип корпуса.

Похожие темы:

Датчик температуры для котла отопления: виды, устроство, схема подключения

Датчиком температуры для отопительного котла называют приспособление, контролирующее работу теплоносителя.  Он производит анализ температурного режима и  корректирует температуру  в системе отопления. Благодаря воздействию датчика в системе ГВС устанавливается оптимальный  режим работы, позволяющий экономить 25% – 30% потребляемого агрегатом энергоносителя, а также не допускается аварийная ситуация  котельного оборудования. Сегодня практически любой электрокотел оснащен термодатчиком.

Устройство и принцип действия

Принцип действия термодатчика основан на измерении параметров сопротивления, давления, ЭДС или геометрических размеров рабочего тела от температуры котла. Выбираются только те физические величины, которые меняются  (линейно или нелинейно) в зависимости от прикладываемой температуры и могут быть однозначно пересчитаны в таковую. Требуемая точность замеров достигается предварительной калибровкой задействованного элемента в определенном диапазоне температур.

Термодатчики имеют достаточно простую конструкцию в виде самого датчика в корпусе с креплениями. Он самостоятельно приводит в действие контакты механического реле термостата или с помощью вырабатываемого  электрического сигнала отключает по достижению определенной температуре  электрокотел/газовое или твердотопливное оборудование.

Классификация

Принято разделять существующие термодатчики на две большие группы. В первой группе датчики классифицируются в зависимости от способа определения температуры, а во второй группе – по способу взаимодействия приспособления с термостатом. Одно не исключает другого: одна модель может присутствовать в классификаторе каждой группы термодатчиков.

По способу определения

От способа определения температуры зависит корректность работы термодатчика на объекте. Существует несколько видов датчиков, отличающихся ценой и точностью определения параметра.

Дилатометрический

Дилатометрический (объемный) датчик представляет собой биметаллическую пластину или спираль, изготовленную из материала с высоким коэффициентом теплового расширения. При нагревании происходит изгиб пластины и происходит размыкание контакта на конце пластины со стационарным контактом реле, препятствуя протеканию тока. В термостатах  замедленного действия используется спираль, которая медленно разжимается или сжимается с изменением температуры.

Резистивный

В резистивных температурных датчиках задействован терморезистор (термистор). Это необычный резистор, изготовленный  из меди, никеля или платины, электрическая проводимость которого меняется прямо пропорционально  температуре. В зависимости от сопротивления термистора в текущий момент автоматикой выбирается режим подогрева или остывания котла.

Термоэлектрический

Действие основано на свойстве термопары — термоспая из двух металлов разного типа (железо-никель, никель-хром) вырабатывать при нагреве в точке контакта пропорционально температуре ЭДС до 40–60 мкВ. Столь низкие значения напряжения налагают особые требования к используемой  при обработке сигнала аппаратуре: задействуются  точные, многоразрядные преобразователи с минимальным уровнем собственных  шумов.

В простом энергонезависимом котле термоэлектрический датчик  управляет непосредственно электромагнитным клапаном подачи газа на основную горелку после нагрева термопары пламенем запальника.

Манометрический

Принцип действия манометрических датчиков основан на изменении давления газа/жидкости в замкнутом объёме. Они не требуют внешнего источника энергии, что удобно при дистанционных измерениях. Недостатком является высокая инерционность показаний и невысокая чувствительность этого типа устройств.

 По типу взаимодействия с термостатом

Тип взаимодействия с термостатом выбирается в зависимости от места локализации датчика с учетом эргономичности системы ГВС. Наряду с традиционным проводным способом  подключения набирают популярность беспроводные схемы подключения.

Проводной

По определению проводные приспособления котлов   передают данные по проводам. Проводниками соединяют датчик с блоком управления отопительного агрегата.

Беспроводной

Работа беспроводного приспособления аналогична принципу работы с Wi-Fi. Сигнал поступает в радиомодуль, в водогрейной установке приемный модуль принимает, а встроенный контроллер блока управления обрабатывает и преобразует его в управляющий импульс.

По способу размещения

В зависимости от способности размещаться в пространстве термодатчики подразделяют на несколько типов. Существуют накладные, погружные и комнатные типы устройств.

Накладной

Накладными называют датчики с наружным креплением к контуру отопления. Чувствительный элемент накладывается снаружи трубы подачи или обратки и  притягивается к ней хомутами, после чего плотно оборачивается снаружи теплоизоляционной гильзой.

Погружной

Погружные изделия непосредственно контактируют с горячей водой или теплоносителем. Они устанавливаются в специальные посадочные отверстия на трубопроводе, предусмотренные конструкцией оборудования, на выходе теплообменника. Недостатком погружных изделий считается необходимость сливать теплоноситель из системы ГВС при замене.

Комнатный

Комнатными называют устройства, размещенные внутри жилых либо служебных помещений. Выбирается то помещение, в котором воздух   имеет наиболее  постоянную температуру. Самым  подходящим местом для локализации чувствительного элемента/  термостата является стена. Следует  размещать устройство на высоте не более 120–150  см от пола.

Внешний

Внешний (датчик наружной температуры) располагается на открытом воздухе снаружи здания. Он производит корректировку микроклимата внутренних помещений   в зависимости от температуры  окружающей среды на улице, осуществляя тем самым  погодозависимое терморегулирование.

 Критерии выбора

Выбирая датчик, следует учитывать совместимость конкретной модели с термостатом. Следует также учитывать технические параметры и условия  эксплуатации приспособления.

Диапазон измеряемых температур

В диапазоне измеряемых температур от комнатной до +55ºС — +80ºС термодатчик должен быть:

• особенно чувствительным и «откликаться» на малейшие изменения температуры;
• с минимальной задержкой реагировать на охлаждение/нагрев контролируемой среды.

Технические особенности

Перед установкой приспособления следует учесть некоторые технические нюансы. Необходимо правильно выбрать тип устройства (погружной или закрепляемый) и  обеспечить в месте локализации достаточное для монтажа пространство.

Условия измерения

Требуется создать такие условия последующих измерений, при которых негативное влияние внешних факторов на точность замеров было бы минимизировано. С целью стабильной  и корректной работы устройство необходимо  предохранить от попадания:

• на корпус теплоносителя, влаги или грязи;
• сквозняков, разместить подальше от мостиков холода;
• солнечных лучей, защитить от постороннего нагрева;

Не рекомендуется размещать приспособление вблизи электропроводки, электрических приборов. По возможности необходимо экранировать чувствительный элемент от источников электромагнитных полей.

Характеристики датчика

При выборе приспособления следует руководствоваться несколькими критериями отбора. Отбирать изделие следует с учетом основных технических характеристик и особенностей работы:

• необходимости запитки от внешнего источника напряжения;
• скорости отклика на изменение ситуации, передаваемого на управляющее устройство;
• допустимого диапазона погрешности измерений;
• возможности эксплуатации в конкретных условиях обслуживаемого объекта.

Срок эксплуатации, периоды обслуживаний, необходимость калибровок

Гарантийный срок эксплуатации термопреобразователя обычно составляет 6 месяцев с момента изготовления, а средний срок службы 8–12 лет.  Периоды обслуживаний определяются производителем и приведены в сопроводительной документации на изделие.  Необходимо регулярно производить  температурную калибровку (верификацию) термодатчика на эталонном оборудовании. Обычно безмонтажная поверка чувствительного элемента проводится 1 раз в 4 года.

Величина выходного сигнала

Величина вырабатываемого напряжения чувствительных элементов без внешнего источника (термопар) невысокая и находится в диапазоне от микровольт до милливольт. Поэтому перед последующей обработкой выходной сигнал усиливается.

Подключение

Обычно датчики для определения температуры располагаются в корпусе термостата. Поэтому при рассмотрении  подключения термодатчика, в большинстве случаев имеется  в виду термостат, а не отдельный датчик.

Наружного

Наружное устройство прикрепляется на стену с северной или северо-восточной стороны здания. Электрическое соединение осуществляется 2-х жильным медным проводом сечением 0,75 мм² длиной ≤ 30 м, возможна установка беспроводного устройства. Одна сторона провода подключается к контактам датчика, другая соединяется с 2-мя клеммами электронной платы, между которыми прикручена перемычка ТА. Перед подключением перемычку следует снять.

Комнатного

Комнатный чувствительный элемент устанавливается в самой холодной или угловой комнате строения, где обычно находятся домочадцы, чтобы избежать подачи ложных сигналов. Напряжение, выходящее из электронной платы на терморезистор, не превышает 24 В. Поэтому возможна прокладка к котлу слаботочным кабелем сечением 0,2–0,35 мм², если длина провода не превышает нескольких метров. Подключение производится аналогично подсоединению  с наружного датчика.

Для газового котла

На колодке термостата с датчиком температуры следует отыскать контакты с маркировкой COM (общий) и NO (нормально открытый) и подсоединить к ним две жилы с одной стороны кабеля.  По схеме соединения теплоагрегата на плате управления отыскать 2 клеммы с перемычкой  из отрезка провода для подключения термостата. Снять перемычку и соединить свободные контакты с 2 жилами с обратной стороны кабеля.

Водяного термодатчика

Аналогичным способом подсоединяется к клеммам котла кабель водяного пола, с обратной стороны крепится малоформатное устройство. Водяной термодатчик  размещается в полу на равном расстоянии от труб с теплоносителем, отступ от ближайшей стены составляет 0,5 метра.

Особенности эксплуатации

С целью получения метрологической характеристики с заданной погрешностью и выработки ресурса устройством, необходимо:

• периодически (не реже 2 раз в год) проверять техническое состояние термодатчиков;
• в сроки, указанные производителем в сопроводительной документации на товарную позицию, делать безмонтажную или лабораторную поверку термоэлемента;
• обращать внимание на правильность коммутации клемм устройства с элементом (блоком) питания и подсоединяемых вторичных цепей на котле;
• при определении клемм подключения на электронной плате проверить соответствие маркировки контактов мультиметром в режиме прозвонки;
• не вскрывать, предохранять от сильных ударов, экстремальных температур и повышенного давления приспособление.

Программируемые терморегуляторы

Программируемый терморегулятор – цифровой регулятор температуры теплоносителя отопительной системе и воздуха в отапливаемом помещении. Он состоит из термостатической головки в виде сильфона со штоком, заполненным жидкостью/газом, и электронной части с программатором. В зависимости от введенного алгоритма работы  шток снижает или полностью перекрывает подачу теплоносителя. С  помощью клавиш и дисплея программируемого «термо»  задаются параметры температуры, день и время старта,  продолжительность режима. Все последующие действия устройство выполнит самостоятельно.

виды, устройство, принцип работы термодатчиков

 О чем эта статья

Что такое и какие бывают датчики температуры. Рассмотрена классификация термодатчиков по принципу действия, когда какие типы датчиков лучше применять. На какие характеристики необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры. Обзор производителей и продавцов.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики измерения влажности(гигрометры)» или «Виды давления».

Перейти к выбору и покупке датчиков температуры

Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. К примеру, средняя по величине атомная станция располагает приблизительно 1500-ю контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.

Дальше, предлагаем вам ознакомиться с различными видами датчиков температуры, а в конце статьи со список вопросов которые необходимо решить перед покупкой датчика температуры. Если же вы хотите сразу перейти к выбору и покупке термодатчика, можете воспользоваться нашим каталогом.

Виды датчиков температуры, по типу действия

Терморезистивные термодатчики

Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках(что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International

В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:

1. Резистивные детекторы температуры(РДТ) . Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой мета изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик.
2. Кремневые резистивные датчики. Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.
3. Термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

Полупроводниковые

В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

Термоэлектрические(термопары)

Термоэлектрические преобразователи — иначе, термопары. Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Выглядеть термопара может так, как показано на рисунке. Это термопара ДТПКХХ4, она измеряет температуры в пределах от -40 до +400. Производит его российская компания Овен.

Диапазон измеряемых с их помощью температур, от -200 до 2200 градусов, и напрямую зависит от используемых в них материалов. Например, термопары из неблагородных металлов – до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) – от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

Пирометры

Пирометры – бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика.

Различают три вида пирометров:

1. Флуоресцентные. При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.
2. Интерферометрические. Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.
3. Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии. В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.

Акустические

Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

Пьезоэлектрические

В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока(прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры.

На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры

1. Температурный диапазон.
2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.
3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.
4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.
5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.
6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.

Производители и продавцы датчиков температуры

В нашем каталоге,  есть достаточно много различных датчиков температур, которые вы можете купить. Эти датчики продают следующие фирмы: NXP Semiconductors, ОВЕН, Texas Instruments, National Semiconductor, Analog Devices, ST Microelectronics, Компэл, Honeywell International.

Опубликована 06-11-11.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

описание, виды, установка и схема подключения, проверка

Если дом не отапливается, жить в нем невозможно. Удобный вариант отопительной системы – теплые полы. Их используют как для главного отопления, которое обеспечивает требуемый температурный режим, так и вспомогательного. Термоустройства требуют монтажа датчика температуры теплого пола, иначе в комнате будет либо слишком холодно, либо излишне жарко.

Устройство и назначение термодатчика

Термодатчик – важный элемент для обеспечения качественной работы теплых полов. От него данные поступают в термостат, а тот осуществляет регулировку температуры повышением либо понижением мощности.

Благодаря этому можно выставить комфортные температурные показатели в помещении, предотвратить перегрев и порчу напольного покрытия, существенно снизить траты за электроэнергию.

Температурный датчик устроен просто: два провода, подключенные к термопаре – два проводника, соединяющиеся с одного конца. Собственно они и являются узлом для измерения температурных показателей.

Перед заливкой стяжки проверяется работоспособность теплого пола и самого термодатчика. Для этого замеряется сопротивление каждой детали. Система работает, если отличие показателей от значений в техническом паспорте составляет не больше 10 процентов.

Особенности и преимущества

Если не установить терморегуляторы, невозможно контролировать температуру теплого пола. Это опасно перегревом устройства и созданием аварийной ситуации. Если говорить о преимуществах датчиков, нужно рассматривать: работает прибор за счет электричества либо без него. К достоинствам механического регулятора можно причислить небольшую цену и энергонезависимость. Из минусов отмечают относительно короткий период работы, повышенную инерционность.

Электрический прибор позволяет выставить точную температуру, им можно управлять дистанционно. Но стоит такое устройство больше.

Еще дороже – программируемый прибор, также работающий на электричестве. Хитрая электроника стоит на страже безопасности дома: по достижению установленной температуры терморегулятор отключает нагрев. Причем он может запрограммировать подключение и выключение на требуемое время, что экономит электричество, пока люди отсутствуют в квартире.

Есть варианты температурных регуляторов, которые оборудованы внешним ИК-датчиком. Он способен определять температуру полового покрытия. Устройство запитывается от батарейки, и закрепляется на стенке посредством липучки.

Виды датчиков

Термодатчики, измеряющие температуру системы «теплый пол», подразделяют по месту монтажа. Внешние варианты выявляют степень нагрева воздуха в помещении. Бывают двух типов: встроенные в термостат либо подключающиеся к нему отдельно. Монтаж внутреннего термодатчика выполняется вместе с греющим элементом.

Функции и выбор терморегулятора

Выбирая регулятор для теплого пола, надо принимать во внимание следующие характеристики:

1. Технические параметры. Подумайте, какой прибор подойдет – механический, электрический либо программируемый.
2. Метод установки – накладной, встраиваемый либо для крепления на DIN-рейку.
3. Стилистика. Терморегулятор может быть разного оттенка и формы (квадрат, круг).
4. Число каналов. Приборы бывают одноканальными либо двузонными.

Также различается управление – оно может осуществляться механически, электронно либо сенсорно.

Типы термодатчиков

Классификация терморегуляторов по принципу действия рассматривалась при обзоре их достоинств и недостатков. Но как они работают, стоит узнать подробнее.

Электронно-механический

Наиболее простой и недорогой тип регулятора. Его главной рабочей деталью является особая металлическая пластина, реагирующая на увеличение либо уменьшение температуры. Включение и отключение системы происходит за счет изменения кривизны пластинки при нагреве и остывании. Выставить точное температурное значение на таком регуляторе не выйдет.

Электронный

В приборе установлен специальный элемент, вырабатывающий особый сигнал. Мощность зависит непосредственно от значений температуры внешней среды. На подобных устройствах можно выставить точные показатели температуры подогрева до доли градуса. Управление системой осуществляется посредством кнопок и небольшого экрана.

Программируемый

Самый дорогостоящий из термоэлементов. На нем можно выставить определенные значения, по достижению которых вся система включается либо отключается регулятором. Благодаря прибору в помещении создается микроклимат, который подходит конкретному человеку. Есть возможность настройки терморегулятора так, чтобы включение системы осуществлялось в определенное время. То есть нагрев полов происходит перед приходом хозяина домой, и при этом электричество не расходуется, когда владельца нет.

Многие модели выполнены в ярком и стильном дизайне, а также оснащены жидкокристаллическими экранами, которые отображают информацию и способствуют точной настройке.

Правила выбора датчика

Температурный датчик для теплого пола выбирается с учетом таких характеристик, как мощность, тип верхнего покрытия, метод установки и оснащенность дополнительным функционалом.

Мощность

Значение должно непременно отвечать требованиям и нагрузке теплого пола. Иначе работа датчика будет некорректной. При мощности нагревательного элемента больше, чем у самого регулятора, возникает необходимость дополнительной установки между ними магнитного пускателя – для предотвращения поломки приспособления из-за повышенной нагрузки.

Набор функций

Теплый пол управляется посредством электроблока, который позволяет настроить работу элементов нагрева. На современных регуляторах есть такой функционал, как запуск и обесточивание системы, регулировка температурных режимов, а также настройка периодичности подключения и выключения нагревательного элемента.

Простота использования

Если вы считаете, что не разберетесь с программированием, то не следует приобретать сложное устройство. Даже принимая во внимание всю его функциональность. К примеру, людям в возрасте довольно проблематично разобраться с программируемыми приборами. Им лучше выбрать механический вариант.

Легкость в подключении

В сопроводительной документации к терморегулятору всегда указывается как подсоединить датчик теплого пола. Клеммы размещаются с краю на одной из сторон управляющего блока. Подключив электропровода по схеме, потребуется провести проверку работоспособности обогревательной системы. Для этого измеряют сопротивление на выводах термодатчика и греющего электрокабеля либо подключают теплый пол и увеличивают температурные значения с нуля до показателя, рекомендованного по СНИПу, то есть до 30°C.

Внешний вид

Термодатчик должен быть не только функционально понятен, но и привлекателен по дизайну. Современные регуляторы выпускаются в различных цветовых и фигурных вариациях. Можно подобрать вариант, гармонирующий с интерьером помещения.

Особенности выбора в зависимости от напольного покрытия

Подразделяются датчики для системы «теплый пол» и от того, под какой тип покрытия они устанавливаются. При этом различается монтаж.

Под мягкое покрытие

Температурный датчик, монтируемый под ковролиновое, линолеумное, пробковое покрытие – цилиндр небольшого размера, крепящийся на конце отрезка кабеля. Ставят его, когда стяжка полностью схватится. Для этого в ней проделывают узкую канавку.

Под твердое покрытие

Монтируются, например, под дерево, плитку. Термодатчик здесь габаритнее, покрыт гелем, защищающим от повреждений. Монтаж его несколько сложнее и может быть прямой или с применением монтажной коробки.

Последовательность монтажа

Прежде чем устанавливать регулятор, непременно ознакомьтесь с прилагаемой технической документацией. Термостат лучше всего монтировать рядом с розетками на высоте от пола 60–100 см. Перед установочными работами отключите электричество в домашней сети.

Напрямую

Чтобы установить термодатчик подобным методом, регулятор и нагревающий кабель соединяют напрямую. При таком типе подключения сам греющий элемент идет в одной связке с термостатом.

С применением распаечной коробки

Эту деталь используют в качестве промежуточной между термоустройством и нагревающим элементом. Схема подсоединения такая: от регулятора до распаечного блока протягивается один кабель, а к нагревающему проводу – другой.

Для того чтобы смонтировать регулятор потребуется: гофротрубка, отвертка, крепежные винты, монтажная коробка, уровень, индикатор.

Пошаговая инструкция по установке:

1. В стенке вырезается отверстие под коробку для монтажа термоустройства. Ниже проделывается штроба для протяжки электропроводов. Коробка ставится на нужное место.
2. Выполняется протяжка электропроводки. Кабель питания и элемент термодатчика подсоединяются к распаечной коробке.
3. Электропровода подключаются к термостату, после чего он монтируется в коробку и крепится.
4. Основные системные узлы подсоединяются соответственно техдокументации к изделию.
5. По окончанию устанавливается по уровню лицевая панель и крепится посредством винтов.

Постоянная эксплуатация системы обогрева должна начинаться не ранее чем через 3–4 недели после заливки стяжки. А если выбрали плитку – после ее укладки. Под действием тепла стяжка может просто полопаться.

Как правильно заменить

Как и любое устройство, термоэлемент может сломаться, и его потребуется поменять. Если устройство находится в гофре, даже при монтаже под твердое покрытие можно просто вытащить неисправный прибор и поставить новый.

Если теплый пол укладывается, к примеру, под ламинат, допускается установка датчика без допзащиты. Когда потребуется замена, придется демонтировать покрытие в месте расположения термоэлемента.

Что делать, если датчик не установлен

Самое простое решение – это подсоединить термоустройство, в которое встроен контрольный термодатчик, отключающий нагревающий провод при прогревании воздуха до необходимой температуры.

Если же теплый пол нужен только для того, чтобы по поверхности было приятно ходить, подойдет термостат с плавным режимом регулировки мощности в диапазоне от 0 до 100 процентов.

Работает терморегулятор по принципу таймера. К примеру, при установке на 80 процентов на протяжении 10 минут электричество поступает на нагревательный элемент 8 минут, а 2 минуты – нет.

Есть регуляторы, которые способны автоматически переходить в режим таймера.

Как проверить температурный датчик

Чтобы узнать, почему не работает термодатчик, можно применить мультиметр:

1. Выполняется тестирование вводной линии. Надо подать электропитание и проверить есть ли напряжение в проводах.
2. Если неполадок не обнаружено, тестируется выводная линия. Греющий кабель отсоединяется от регулятора и включается питание.

При отсутствии напряжения на выходных клеммах, можно сказать, что термоустройство пришло в негодность. Его извлекают и заменяют новым.

Обзор производителей

Изготовлением теплых полов занимается много компаний. Наиболее популярными являются бренды Devi, AEG, Thermo Industri AB. У датчиков каждого производителя есть свои особенности.

Устройства Devi

Регуляторы температуры этого бренда работают с любыми типами нагревательных элементов. Они разделяются на механические и электронные, с обыкновенным либо сенсорным управлением. Кроме этого в линейке регуляторов Devi имеются модели, управляемые дистанционно через смартфоны.

Достоинства устройств этого бренда:

• наличие моделей для установки на улице;
• экономия на работе приборов отопления до 30 процентов;
• доступность управления через Интернет.

Преимуществом является и разнообразие вариантов для решения любых задач.

Регуляторы AEG

Термодатчики германского бренда относятся к премиум-классу. Отличное качество гарантирует долговечность и бесперебойную работу. Но и стоят такие устройства немало.

Ассортиментная линейка широка: от простых базовых устройств до «интеллектуальных» термодатчиков, которые полностью контролируют работу теплого пола и микроклимат в помещении.

Но даже базовые модели обладают многими достоинствами:

• поддерживают температурные показатели на необходимом уровне;
• управляются очень просто – ручным включением и выключением клавиши;
• благодаря удобному управлению подойдут для пожилых людей, не знакомых с программированием.

К устройству может быть подключен внешний таймер для контролирования режима понижения температуры.

Приборы Thermo Industry AB

Подобные терморегуляторы устанавливаются исключительно в помещениях. Способны управлять элементами подогревающего кабеля либо термомата. Разработаны модели, идеально подходящие под паркет или ламинат. Большинство приборов оборудовано интеллектуальными измерителями температуры воздуха.

Электронные устройства способны настраивать нагрев с точностью до 1°С.

Применяются для систем антиобледенения, если есть возможность совместить их с терморегулятором в доме. Встроенные датчики интеллектуального подогрева дают возможность снизить потребление электричества, а шведское качество гарантирует долгие годы эксплуатации.

Эксплуатационные правила

Чтобы терморегуляторы работали без проблем, их нужно устанавливать и эксплуатировать правильно:

1. Прибор нельзя монтировать рядом с дверью.
2. Высота установки не должна быть больше 100 см.
3. Устройствам нужна защита от прямых лучей солнца.
4. Регулятор запрещено накрывать шторами либо гардинами.
5. Термостат следует регулярно очищать от грязи и пыли, но без применения растворителей.

Регуляторы не применяют, если температура в жилом доме или квартире выше сорока градусов. Недоукомплектованный прибор к энергосети подключать нельзя. Также перед первым включением нужно обесточить дом.

Если следовать этим правилам, срок службы термодатчика составит не меньше десяти лет.  Допущенные при установке и эксплуатации небрежности способны сократить этот период в два раза.

Теплый пол не может функционировать без термодатчиков. Это устройство приводит в действие саму схему нагрева, поддерживая нужное температурное значение в квартире и отключая при превышении заданных показателей.

Выбирать терморегулятор нужно тщательно, проанализировав все необходимую информацию о конкретной модели.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

   В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура — это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса. К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции. Устройство, используемое для измерения количества тепловой энергии, позволяющее  нам обнаружить физические изменения температуры известно как датчик температуры. Они бывают цифровые и аналоговые.

Основные типы датчиков

   В целом, существует два методы получения данных:

   1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

   2. Бесконтактный. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

Типы датчиков температуры

   Есть много различных типов датчиков температуры. От простых контролирующих процесс вкл/выкл термостатического устройства, до сложных контролирующих системы  водоснабжения, с функцией её нагрева применяемых в процессах выращивания растений. Два основных типа датчиков, контактные  и бесконтактные далее подразделяются на резистивные, датчики напряжения и электромеханические датчики. Три наиболее часто используемых датчика температуры это:

• Термисторы
• Термопреобразователи сопротивления
• Термопары

   Эти датчики температуры отличаются друг от друга с точки зрения эксплуатационных параметров.

Термистор

   Термистор — это чувствительный резистор, изменяющий свое физическое сопротивление с изменением температуры. Как правило, термисторы изготавливаются из керамического полупроводникового материала, такого как кобальт, марганец или оксид никеля и покрываются  стеклом. Они представляют собой небольшие плоские герметичные диски, которые сравнительно быстрое реагируют на любые изменения температуры.

   За счет полупроводниковых свойств материала, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т.е. сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Однако, есть также термисторы, с положительным температурным коэффициентом (ПТК), их сопротивление возрастает с увеличением температуры.

График работы термистора

Преимущества термисторов

• Большая скорость реагирования на изменения температуры, точность.
• Низкая стоимость.
• Более высокое сопротивление в диапазоне от 2,000 до 10,000 ом.
• Гораздо более высокая чувствительность (~200 ом/°C) в пределах ограниченного диапазона температур до 300°C.

Зависимости сопротивления от температуры

   Зависимость сопротивления от температуры выражается следующим уравнением:

   где A, B, C — это константы (предоставляются условиями расчёта), R — сопротивление в Омах, T — температура в Кельвинах. Вы можете легко рассчитать  изменение температуры от изменения сопротивления или наоборот.

Как использовать термистор?

   Термисторы оцениваются по их резистивному  значению при комнатной температуре (25°C). Термистор-это пассивное резистивное  устройство, поэтому оно требует производства контроля текущего выходного напряжения. Как правило, они соединены последовательно с подходящими стабилизаторами, образующими делитель напряжения сети.

   Пример: рассмотрим термистор с сопротивлением значение 2.2K при 25°C и 50 Ом при 80°C. Термистор подключен последовательно с 1 ком резистором через 5 В питание.

   Следовательно, его выходное напряжение может быть рассчитано следующим образом:

   При 25°C, RNTC = 2200 Ом;

   При 80°C, RNTC = 50 Ом;

   Однако, важно отметить, что при комнатной температуре стандартные значения сопротивлений различны для различных термисторов, так как они являются нелинейными. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры, а следовательно-бета постоянную, которую используют, чтобы вычислить его сопротивление для заданной температуры. Выходное напряжение на резисторе и температура  линейно связаны.

Резистивные датчики температуры

   Температурно-резистивные датчики (термопреобразователи сопротивления) изготовлены из редких металлов, например платины, чье электрическое сопротивление изменяется от соответственно изменению температуры.

   Резистивный детектор температуры имеет положительный температурный коэффициент  и в отличие от термисторов, обеспечивает высокую точность измерения температуры.  Однако, у них слабая чувствительность. Pt100 являются наиболее широко доступным датчиком со стандартным значение сопротивления 100 Ом при 0°C. Основным недостатком является высокая стоимость.

Преимущества таких датчиков

• Широкий  диапазон  температур от -200 до 650°C
• Обеспечивают высокий выход по току падения
• Более линейны по сравнению с термопарами  и термосопротивлениями

Термопары

   Наиболее часто используются датчики температуры-термопары, потому что они точны, работают в широком диапазоне температур от -200°C до 2000°C, и стоят сравнительно недорого. Термопара с проводом и штепсельной вилкой на фото далее:

Работа термопар

   Термопара изготовляется из двух разнородных металлов, сваренных вместе, что даёт эффект разности потенциалов от температуры. От разницы температур между двумя спаями, образуется напряжение, которое используется для измерения температуры. Разность напряжений между двумя спаями называется “эффект Зеебека”.

   Если оба соединения имеют одинаковую температуру, потенциал различия  в разных соединениях равен нулю, т.е. V1 = V2. Однако, если спаи имеют разную температуру,  выходное напряжение относительно разности температур между двумя спаями будет равно их разности V1 — V2.

Типы термопар

   В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и другие.

Принцип работы датчиков температуры

Опубликовано 22.05.2016

Принцип работы

Термометры сопротивления (терморезисторы, термосопротивления)

Термометр сопротивления (Resistance Thermometer) — датчик для измерения температуры, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Термосопротивления могут быть металлические (платина, никель, медь) или полупроводниковые.

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен — их сопротивление растёт с ростом температуры. Для полупроводников без примесей он отрицателен — их сопротивление с ростом температуры падает.

Термисторы

Термисторы – это полупроводниковые термосопротивления с большим температурным коэффициентом.

• PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient), обладают свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута заданная температура – широко используются для защиты двигателей
• NTC-термисторы (Negative Temperature Coefficient), обладают свойством резко уменьшать свое сопротивление при достижении заданной температуры

PT100, PT1000

Платиновые термометры сопротивления (Platinum Resistance Thermometers) обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения.

KTY

Кремниевые терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления, отличаются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь

• 2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности
• 3-х проводная схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления
• 4-х проводная схема — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов

Сравнение термометров сопротивления с термопарами

Преимущества:

• выше точность и стабильность
• можно исключить влияние сопротивления присоединительных проводов на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений
• практически линейная характеристика
• не требуется компенсация холодного спая

Недостатки:

• малый диапазон измерений
• не могут измерять высокую температуру.

Термопары

Термопара (Thermocouple) — это два проводника из разных металлов, спаянные в одной точке. Эта точка измерения температуры называется — рабочий спай. Свободные концы называются холодным спаем. Если рабочий спай нагреть относительно холодного спая, то между свободными концами возникает напряжение (термо-ЭДС), пропорциональное разности температур.

Так как с помощью термопары всегда измеряется разность температур, то, чтобы определить температуру точки измерения, свободные концы у холодного спая должны содержаться при известной неизменной температуре.

Подключение к ПЛК

Холодные концы подключаются (непосредственно или с помощью компенсационных проводов, которые должны быть выполнены из тех же металлов, что и термопара) к клеммам соответствующего аналогового входа (с соблюдением полярности!) промышленного контроллера, который программно выполняет компенсацию температуры холодного спая и рассчитывает температуру в точке измерения.

При внутренней компенсации контроллер использует температуру модуля, к которому подключена термопара. При более точной внешней компенсации эталонная температура холодного спая измеряется с помощью дополнительного термометра сопротивления, который подключается к специальному входу контроллера.

Типы термопар

• K: хромель-алюмель
• J: железо-константан
• S, R: платина-платина/родий и др.

Термопары отличаются диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерений.

Преимущества термопар

• Большой температурный диапазон измерения
• Измерение высоких температур.

Недостатки

• Невысокая точность
• Необходимость вносить поправку на температуру холодного конца.

Термостаты

Термостат (Thermostat) – это регулятор, который поддерживает постоянную температуру воздуха или жидкости в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.