Датчики температуры для отопления: назначение, виды, инструкции по установке

При эксплуатации обогревательных устройств важно следить за температурой как теплоносителя, так и воздуха в помещениях. Специальные температурные датчики способны собирать и передавать информацию, которая может быть прочитана визуально или же автоматически отправлена на контроллер.

В этом материале мы рассмотрим принципы работы температурных датчиков, проанализируем различные их типы, а также важные критерии выбора аппаратов. Кроме того, мы подготовили пошаговую инструкцию по установке термодатчика на радиатор отопления своими руками.

Принцип действия теплового датчика

Существует множество способов контроля отопительных систем, среди которых:

• автоматы для управления энергоснабжением;
• защитные блоки;
• смесительные устройства.

Для эффективной работы всех этих систем необходимы датчики температуры, которые информируют о состоянии приборов. Мониторинг их показаний позволяет своевременно обнаруживать неисправности и принимать меры по их устранению.

Выбор датчиков для измерения температуры разнообразен: они могут быть установлены в теплоносителях, расположены в помещении или находиться на улице.

Температурный датчик может функционировать как самостоятельное устройство, например, для контроля температуры воздуха в комнате, или же быть частью более сложного устройства, таким как отопительный котел.

Основой таких аппаратов, используемых в системах автоматического управления, является преобразование температуры в электрический сигнал. Это позволяет быстро и точно передавать данные в цифровом формате, что обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений.

Тем не менее, различные модели измерительных устройств могут иметь специфические конструктивные характеристики, влияющие на их параметры: условия эксплуатации, способ передачи данных, метод отображения информации и другие аспекты.

Виды устройств для снятия температуры

Температурные приборы можно разделить на группы по нескольким важным критериям, включая метод передачи данных, место установки и условия работы.

По методу передачи данных

В зависимости от способа передачи информация от датчиков делится на две основные категории:

• проводные устройства;
• беспроводные датчики.

Исторически все такие аппараты подключались проводами к блоку управления для передачи показаний. Хотя беспроводные модели становятся всё более популярными, проводные всё еще широко используются в простых системах.

Следует отметить, что проводные датчики обладают более высокой точностью и надежностью.

Для достижения эффективной работы проводного датчика в составе устройства желательно комбинировать его с оборудованием одного производителя.

На сегодняшний день беспроводные устройства, использующие радиоволны для передачи данных, получили широкое распространение. Их можно устанавливать почти в любом месте, как в помещениях, так и на открытом воздухе.

К важным характеристикам беспроводных термодатчиков относятся:

• наличие аккумулятора;
• погрешность измерений;
• дальность передачи сигнала.

Хотя проводные и беспроводные датчики могут заменять друг друга, их работа имеет свои особенности.

По месту и методу установки

По способу крепления датчики классифицируются на следующие группы:

• накладные, монтируемые на отопительном контуре;
• погружные, контактирующие с теплоносителем;
• комнатные, расположенные внутри жилых или рабочих помещений;
• внешние, устанавливаемые на улице.

Некоторые устройства могут сочетать несколько типов датчиков для контроля температуры.

По механизму измерения

По способу отображения данных приборы бывают:

• биметаллическими;
• спиртовыми.

Биметаллические устройства используют две металлические пластины и стрелочный индикатор. Увеличение температуры приводит к деформации одного элемента, что воздействует на стрелку. Такие датчики обеспечивают высокую точность, однако их инертность является значительным недостатком.

Биметаллические и спиртовые термостаты часто применяются в отопительных системах, например, в котлах, поскольку они контролируют уровень нагрева, который может быть опасным.

Спиртовые датчики практически не имеют недочетов, так как они работают на расширении спиртового раствора в герметичной колбе при нагреве. Конструкция проста и надежна, но наблюдать за показаниями не всегда удобно.

Различные типы термодатчиков

Для измерения температуры используются различные устройства, основанные на разных принципах работы. К наиболее популярным относятся следующие виды приборов.

Термопары: высокая точность – трудности в измерении

Такой прибор состоит из двух проводов, соединенных между собой, выполненных из разных металлов. Разница температур между горячим и холодным концом создает электрический ток в диапазоне 40-60 мкВ, величина которого зависит от материала термопары.

Для изготовления термопар часто используются такие сочетания металлов, как хром-алюминий, железо-костантан, железо-никель, никель-хром и др.

Термопара считается весьма точным датчиком, но для получения данных необходимо знать электродвижущую силу (ЭДС), зависящую от температурной разницы.

Для правильного измерения важно учитывать температуру холодного спая, для чего могут использоваться различные методики компенсации, например, аппаратный способ с дополнительной термопарой, помещенной в среду с известной температурой.

Программный метод компенсации предполагает установку второго термодатчика в изокамеру вместе с холодными спаями, что обеспечивает необходимую точность.

Проблема с термопарами заключается также в их нелинейности и том, что измерение происходит в микровольтах. Для работы с термопарами нужен высокоточный многозначный преобразователь с низким уровнем шумов.

Терморезисторы: простота в использовании

Измерение температуры через терморезисторы осуществляется легче, так как они основаны на зависимости сопротивления от окружающей температуры. Такие устройства, выполненные, например, из платины, обладают высокой точностью и линейностью.

Основным недостатком терморезисторов может быть низкий температурный коэффициент сопротивления, но его измерение все же проще, чем определение малых значений напряжения в термопарах.

Сопротивление терморезистора фиксируется при заданной температуре, которая согласно ГОСТ 21342.7-76 измеряется при 0 °C. Рекомендуется использовать ряд значений сопротивлений, а также температурный коэффициент (Т_кс).

Коэффициент Т_кс можно вычислить по соответствующей формуле. В ГОСТе указаны температурные коэффициенты для различных материалов, таких как медь, никель и платина, а также полиномиальные коэффициенты для расчета температуры на основе сопротивления.

Терморезисторные датчики имеют широкое применение в электронной и машиностроительной отраслях благодаря их точным показаниям и простоте эксплуатации.

Сопротивление можно измерить, подключив датчик к цепи источника тока и измерив дифференциальное напряжение. Этот процесс также может контролироваться с помощью интегральных микросхем с аналоговым выходом.

Термодатчики с использованием терморезисторов можно спокойно подключать к аналого-цифровым преобразователям для получения цифровых данных на уровне восьми или десяти бит.

Цифровые датчики для многопараллельных измерений

Цифровые термодатчики, такие как моделирование DS18B20, получили распространение благодаря своей конструкции, включающей микросхему с тремя выводами. Это позволяет снимать показания температуры одновременно с нескольких датчиков, с погрешностью всего 0,5 °C.

Популярностью также пользуется комбинированный датчик температуры и влажности SHT1, который обеспечивает замеры температуры с ошибкой +2 °C и влажности с отклонением +5. Производитель утверждает, что в разработке есть более точные и экономичные модели.

Кроме этого, SHT1 выделяется широким диапазоном рабочих температур (-55 +125 °C). Однако его значительным недостатком является медленная скорость работы, для точных измерений ему требуется не менее 750 мс.

Бесконтактные пирометры (тепловизоры)

Работа этих бесконтактных датчиков основана на регистрации теплового излучения, испускаемого объектами. Для описания этого процесса используется количество энергии, выделяемой за единицу времени с площади, относящееся к определенному диапазону длин волн.

Критерий, который описывает степень монохромного излучения, называется спектральной светимостью.

Существует несколько типов пирометров, к которым относятся:

• радиационные;
• яркостные (оптические);
• цветовые.

Радиационные пирометры способны измерять температуры в диапазоне от 20 до 25000°С. Тем не менее, для достижения точности измерений следует учитывать коэффициент неполноты излучения, который зависит от физических свойств объекта, его химического состава и других условий.

Ключевым компонентом радиационного датчика является телескоп, внутри которого располагается батарея термопар, соединенных последовательно. Рабочие концы этих термопар находятся на платиновом лепестке (+).

Яркостные (оптические) пирометры предназначены для измерений в температурном диапазоне от 500 до 4000°С. Хотя они обеспечивают высокую точность, их показания могут искажаться из-за поглощения излучения промежуточной средой во время наблюдений.

Цветовые пирометры функционируют на основе определения интенсивности излучения в двух длинах волн — чаще всего в красной и синей области спектра, и подходят для температур от 800 до 0°С.

Одним из их основных преимуществ является отсутствие влияния неполноты излучения на точность измерений. Кроме этого, результаты не зависят от расстояния до измеряемого объекта.

Кварцевые (пьезоэлектрические) температурные преобразователи

Для измерения температур в диапазоне от -80 до +250°С используются кварцевые преобразователи (пьезоэлементы), работа которых основана на зависимости частоты кварца от температуры. Влияние на работу преобразователя оказывает ориентация среза по кристаллическим осям.

Пьезоэлектрические устройства чаще всего применяются в научных исследованиях, так как их отличает широкий диапазон измерений, высокая надежность и точность.

Пьезоэлектрические датчики обладают великолепной чувствительностью и высоким разрешением, длительное время работают надежно. Такие устройства широко используются в производстве цифровых термометров и признаны одним из самых перспективных видов приборов для будущих технологий.

Акустические температура измеряющие датчики

Эти устройства работают за счет измерения акустической разности потенциалов, которая зависит от температуры резистора.

Акустические методы позволяют получать температурные данные в закрытых помещениях и в таких условиях, где невозможно провести прямые измерения. Эти приборы находят применение в медицине, подводных исследованиях и в промышленности.

Принцип работы таких датчиков достаточно прост: необходимо сравнить шум, создаваемый двумя схожими элементами, один из которых находится при известной температуре, а другой — при температуре, которую необходимо определить.

Акустические термодатчики подходят для измерений в диапазоне от -270 до +1100°С. Однако основная трудность заключается в очень низком уровне шума: звуки, создаваемые усилителем, могут перекрывать нужные сигналы.

Температурные датчики ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы термометров, основанных на ядерном квадрупольном резонансе, заключается в действии градиента поля, формируемого кристаллической решеткой и ядерным моментом — показателем, который характеризует отклонение заряда от симметрии.

Из-за этого происходит процессия ядер, частота которой зависит от градиента поля. Температура влияет на величину этого градиента: повышение температуры приводит к снижению частоты ЯКР.

Основной компонент таких датчиков — ампула с веществом, помещаемая в индуктивную катушку, соединенную с контуром генератора.

Главными преимуществами этих приборов являются длительный срок действия, надежность и стабильная работа. Однако недостатком является нелинейность измерений, что требует использования функций преобразования.

Полупроводниковые устройства

Эти устройства работают благодаря изменениям характеристик в p-n переходе, возникающим из-за изменений температуры. Напряжение, подаваемое на транзистор, всегда пропорционально температуре, что облегчает измерение этого параметра.

Преимущества подобных устройств включают высокую точность, невысокую стоимость и линейные характеристики в заданном диапазоне. Установка таких приборов возможна непосредственно на полупроводниковую подложку, что делает их удобными для микроэлектроники.

Объемные датчики для определения температуры

Эти устройства основаны на принципе изменения объема веществ при нагреве или охлаждении. Они удобны и могут измерять температуры в диапазоне от -60° до +400°С.

Чтобы обеспечить визуальный контроль за температурой, большинство термодатчиков, установленных в помещениях, имеют дисплеи, на которые отображаются текущие значения.

При измерении температур жидкостей подобные датчики ограничены температурой замерзания и кипения, в то время как для газов это — переход в жидкое состояние. Погрешность измерений, вызванная влиянием внешней среды, довольно мала: обычно она колеблется от 1 до 5%.

Выбор температурных датчиков

Выбирая такие приборы, необходимо учитывать следующие факторы:

• температурный диапазон для измерений;
• необходимость и возможность погружения датчиков в среду или на объект;
• условия, при которых проводятся измерения: для получения данных в агрессивной среде лучше использовать бесконтактные модели или устройства с антикоррозийными корпусами;
• срок эксплуатации датчика до проверки или замены — некоторые разновидности (например, термисторы) быстро выходят из строя;
• технические характеристики: разрешение, напряжение, скорость передачи сигнала, точность;
• уровень выходного сигнала.

В некоторых случаях также важно учитывать материал корпуса устройства, а для использования в закрытых помещениях — размеры и внешний вид.

Рекомендации по монтажу своими руками

Эти приборы имеют широкое применение: они устанавливаются в радиаторах, котлах и прочих бытовых системах.

Перед установкой необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией, в которой содержатся особенности монтажа (например, размеры для подключения к трубке) и правила эксплуатации, включая допустимые температурные пределы для прибора.

Также следует обратить внимание на размеры гильзы, которые могут варьироваться от 120 до 160 мм.

Рассмотрим два наиболее распространенных случая установки термодатчиков.

Установка устройства на радиатор

Не следует оснастить термостатами все отопительные приборы. По правилам, датчики устанавливаются на радиатор, если его общая мощность превышает 50% от мощности аналогичных систем. Если в помещении находятся два обогревателя, термостат устанавливается только на тот, который обладает большей мощностью.

Термодатчик — неотъемлемая часть терморегуляторов, которые позволяют настраивать нагрев радиаторов, теплых полов и прочих отопительных устройств.

Клапан устройства устанавливается на подающей трубе в месте подключения радиатора к системе отопления. Если не удается выполнить монтаж в существующую систему, нужно будет разобрать подводку, что может привести к определенным трудностям.

Для этой операции понадобится инструмент для резки труб, тогда как установка термоголовки может быть выполнена без специального оборудования. Как только датчик будет установлен, следует совместить метки на корпусе и приборе, после чего головка фиксируется простым нажимом руки.

Установка воздушного термодатчика

Такой прибор желательно размещать в самом холодном помещении без сквозняков, поскольку его установка в холле, кухне или котельной может нарушить работу системы.

Выбирая место для установки, нужно следить, чтобы на прибор не попадали солнечные лучи и поблизости не находились отопительные системы (радиаторы, трубы, обогреватели).

Для стандартной отопительной системы достаточно одного термостата, тогда как в коллекторной схеме предпочтительнее использовать несколько датчиков, количество которых соответствует количеству комнат. Это обеспечит индивидуальную настройку температуры в различных пространствах.

Подключение прибора производится в соответствии с инструкцией из технического паспорта, с использованием клемм или кабеля, которые входят в комплект.

Если необходимоMonitoring температуры в «теплом полу», термодатчик может быть установлен глубоко в бетонной стяжке. В этом случае для защиты можно использовать гофрированную трубу с одним закрытым концом и наклоном.

Этот наклон обеспечивает возможность легкого извлечения сломанного устройства для его замены.

Монтаж осуществляется по следующему плану:

1. В стене вырезается углубление для установки навесного прибора.
2. С термодатчика снимается передняя панель, и устройство устанавливается на подготовленном месте.
3. Затем присоединяется греющий кабель к контактам, а к датчикам — клеммы.

Последний этап включает в себя подключение питающего кабеля и установку передней панели на прежнее место.

Схема подключения термостата для отопительного котла подробно описана в данной статье.

Если устройство требует внутреннего подключения датчиков и обладает сложной конфигурацией, рекомендуется обратиться к экспертам.

Выводы и полезное видео по теме

В видео, представленном ниже, вы найдете полные инструкции по установке температурных датчиков на отопительные котлы:

Существует ли разница в установке датчиков на трубы подачи и обратки?

Датчики температуры находят широкое применение как в различных отраслях промышленности, так и в быту. Широкий выбор таких приборов, основанных на различных принципах функционирования, обеспечивает возможность подобрать идеальный вариант для решения конкретной задачи.

В жилых домах и квартирах данные устройства, как правило, используются для поддержания оптимальной температуры в помещениях, а также для регулирования работы отопительных систем — радиаторов и системы теплых полов.

Есть ли у вас дополнительная информация, которую вы хотите добавить? Или возникли вопросы касательно выбора и установки термодатчика? Вы можете оставлять свои комментарии под публикацией, принимать участие в дискуссиях и делиться личным опытом использования подобных приборов. Форма для связи доступна в нижней части страницы.