Teplotné senzory pre vykurovanie: účel, druhy, inštrukcie na inštaláciu

Pri činnosti vykurovacích zariadení je potrebné kontrolovať stupeň ohrevu teplonosného média, ako aj vzduchu v miestnosti. Snímať a prenášať informácie pomáhajú teplotné senzory pre vykurovanie, údaje z ktorých môžu byť odčítané vizuálne alebo okamžite odoslané do ovládača.

Ponúkame vám zorientovať sa, ako fungujú teplotné senzory, aké existujú druhy kontrolných zariadení a aké parametre je vhodné zohľadniť pri výbere prístroja. Okrem toho sme pripravili podrobný návod, ktorý vám pomôže samostatne nainštalovať termosenzor na vykurovací radiátor.

Princíp činnosti teplotného senzora

Kontrolovať vykurovací systém možno rôznymi metódami, medzi ktoré patrí:

• automatické zariadenia na včasné dodávanie energie;
• bloky sledujúce bezpečnosť;
• zmiešavacie uzly.

Pre správnu činnosť všetkých týchto skupín sú potrebné teplotné senzory, ktoré vysielajú signály o fungovaní prístrojov. Sledovanie údajov týchto prístrojov umožňuje včas odhaliť poruchy v systéme a prijať opatrenia na nápravu.

Existuje množstvo druhov prístrojov používaných na meranie teploty. Môžu byť ponorené do teplonosných médií, používané vo vnútri miestnosti alebo umiestnené vonku.

Termosenzor môže byť použitý ako samostatný prístroj, napríklad na kontrolu teploty miestnosti, alebo môže byť neoddeliteľnou súčasťou zložitého zariadenia, napríklad vykurovacieho kotla.

Základom takýchto zariadení používaných v automatizovanom riadení je princíp prevodu teplotných hodnôt na elektrický signál. Vďaka tomu možno výsledky merania rýchlo prenášať po sieti vo forme digitálneho kódu, čo zaručuje vysokú rýchlosť, citlivosť a presnosť merania.

Zároveň rôzne prístroje na meranie stupňa ohrevu môžu mať konštrukčné osobitosti, ktoré ovplyvňujú rad parametrov: prácu v určitom prostredí, spôsob prenosu, metódu vizualizácie a ďalšie.

Druhy zariadení na meranie teploty

Termoprístroje možno klasifikovať podľa radu dôležitých kritérií, medzi ktoré patrí spôsob prenosu informácií, miesto a podmienky montáže, ako aj algoritmus odčítania hodnôt.

Podľa spôsobu prenosu informácií

Podľa použitej metódy prenosu údajov sa senzory delia na dve veľké kategórie:

• drôtové prístroje;
• bezdrôtové snímače.

Spočiatku boli všetky takéto zariadenia vybavené vodičmi, cez ktoré boli teplotné snímače pripojené k riadiacej jednotke a odovzdávali jej informácie. Hoci v súčasnosti takéto zariadenia vytlačili bezdrôtové analógy, stále sa často používajú v jednoduchých schémach.

Okrem toho sa drôtové snímače vyznačujú vyššou presnosťou údajov a spoľahlivosťou v prevádzke.

Na zabezpečenie koordinovanej činnosti drôtového snímača používaného v zloženom zariadení je vhodné kombinovať ho so zariadením, ktoré vyrobil rovnaký výrobca.

V súčasnosti sa rozšírili bezdrôtové zariadenia, ktoré najčastejšie prenášajú informácie pomocou vysielača a prijímača rádiových vĺn. Takéto prístroje je možné inštalovať prakticky kdekoľvek, vrátane samostatnej miestnosti alebo vonkajšieho priestoru.

Dôležitými charakteristikami takýchto teplotných snímačov sú:

• prítomnosť batérie;
• chyba vykonaných meraní;
• dosah prenosu signálu.

Bezdrôtové/drôtové zariadenia sa môžu navzájom úplne nahradiť, avšak v ich fungovaní sú určité špecifiká.

Podľa miesta a spôsobu umiestnenia

Podľa miesta upevnenia sa takéto prístroje delia na nasledujúce druhy:

• nástrčné, upevňujúce sa na vykurovací okruh;
• ponorné, ktoré sú v kontakte s teplonosným médiom;
• izbové, nachádzajúce sa vnútri obytnej alebo kancelárskej miestnosti;
• vonkajšie, ktoré sú umiestnené vonku.

V niektorých agregátoch je možné súčasne použiť viacero druhov snímačov na kontrolu teploty.

Podľa mechanizmu odčítania hodnôt

Podľa spôsobu zobrazovania informácií môžu byť prístroje:

• bimetalické;
• liehové.

V prvom variante sa predpokladá použitie dvoch platničiek vyrobených z rôznych kovov, ako aj ručičkového indikátora. Pri zvýšení teploty sa jeden z prvkov deformuje, čím vytvára tlak na ručičku. Údaje takýchto prístrojov sa vyznačujú dobrou presnosťou, avšak ich veľkou nevýhodou je inertnosť.

Bimetalické a liehové termostaty sa často inštalujú na vykurovacie zariadenia, napríklad kotly. Umožňujú sledovať ohrev, ktorého prekročenie môže viesť k fatálnym následkom.

Tohto nedostatku sú takmer úplne zbavené snímače, ktorých činnosť je založená na použití liehu. V tomto prípade sa do hermeticky uzavretej banky naleje roztok obsahujúci lieh, ktorý sa pri zahriatí rozťahuje. Konštrukcia je pomerne elementárna, spoľahlivá, ale nie veľmi vhodná na pozorovanie.

Rôzne typy termosenzorov

Na snímanie údajov o teplote sa používajú zariadenia s rôznym princípom činnosti. K najžiadanejším patria nižšie uvedené prístroje.

Termočlánky: presné snímanie – zložitosť v interpretácii

Takéto zariadenie pozostáva z dvoch navzájom spojených drôtov vyrobených z rôznych kovov. Rozdiel teplôt vznikajúci medzi horúcim a studeným koncom slúži ako zdroj elektrického prúdu s hodnotou 40-60 μV (hodnota závisí od materiálu termočlánku).

Najčastejšie sa na výrobu termočlánkov používajú nasledujúce kombinácie kovov a zliatin: chróm-hliník, železo-konštantán, železo-nikel, nikel-chróm a ďalšie

Termočlánok sa považuje za vysoko presný teplotný senzor, avšak získať z neho presné údaje je pomerne náročné. Na to je potrebné poznať elektromotorickú silu (EMS) pomocou rozdielu teplôt zariadenia.

Aby bol výsledok správny, je dôležité kompenzovať teplotu studeného spoja, napríklad pomocou hardvérovej metódy, pri ktorej sa druhý termočlánok umiestni do prostredia so známou teplotou.

Softvérová metóda kompenzácie zahŕňa umiestnenie ďalšieho teplotného senzora do izokomory spolu so studenými spojmi, čo umožňuje kontrolovať teplotu s požadovanou presnosťou.

Určité ťažkosti spôsobuje proces získavania údajov z termočlánku z dôvodu ich nelinearity. Pre správnosť údajov sú v GOST R 8.585-2001 zavedené koeficienty polynómu, ktoré umožňujú prevádzať EMS na teplotu a tiež vykonávať opačné operácie.

Ďalší problém spočíva v tom, že údaje sa merajú v mikrovoltoch, na ktorých prevod nie je možné použiť bežne dostupné digitálne prístroje. Na použitie termočlánku v konštrukciách je potrebné zabezpečiť presné, viacbitové prevodníky s minimálnou úrovňou šumu.

Termistory: ľahko a jednoducho

Teplotu je oveľa jednoduchšie merať pomocou termistorov, ktoré sú založené na princípe závislosti odporu materiálov od teploty okolitého prostredia. Takéto zariadenia, napríklad vyrobené z platiny, majú také dôležité výhody ako vysoká presnosť a linearita.

Hlavným problémom takýchto teplotných senzorov je extrémne nízky teplotný koeficient odporu, avšak presne ho zmerať je stále jednoduchšie ako zachytiť malé hodnoty napätia termočlánkov.

Dôležitou charakteristikou rezistora je základný odpor pri určitej teplote. Podľa GOST 21342.7-76 sa tento ukazovateľ meria pri 0 °C. Pritom sa odporúča použitie radu hodnôt odporov (Ω), ako aj T_ks – teplotný koeficient.

Ukazovateľ T_ks sa vypočíta podľa vzorca:

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

Kde:

• R_e – odpor pri prevádzkovej teplote;
• R_0c – odpor pri 0 °C;
• T_e – prevádzková teplota;
• T_0c – 0 °C.

V GOSTE sú tiež uvedené teplotné koeficienty, určené pre rôzne meracie zariadenia vyrobené z medi, niklu, platiny, a tiež sa uvádzajú polynomické koeficienty, používané na výpočet teploty na základe aktuálnych hodnôt odporu.

Termistorové snímače sú široko rozšírené v elektronickom a strojárskom priemysle, vďaka presnosti údajov, citlivosti a nenáročnosti na prevádzku.

Odpor možno merať zapojením prístroja do obvodu zdroja prúdu a meraním rozdielového napätia. Ukazovatele je možné kontrolovať pomocou integrovaných obvodov, ktorých analógový výstup sa rovná napájaciemu napätiu.

Teplotné snímače s podobnými zariadeniami možno smelo pripojiť k analógovo-digitálnemu prevodníku, digitalizujúc ho pri osem- alebo desaťbitovom ADC.

Digitálny snímač pre súčasné merania

Široké uplatnenie získali aj digitálne teplotné snímače, napríklad model DS18B20, ktorý pracuje pomocou čipu s tromi výstupmi. Vďaka tomuto zariadeniu je možné snímať teplotné údaje súčasne z viacerých paralelne pracujúcich snímačov, pričom chyba je len 0,5°С.

Populárnym modelom je kombinovaný snímač teploty/vlhkosti SHT1, ktorý umožňuje vykonávať merania tepla s presnosťou +2 °, a vlhkosti s chybou +5. Samotný výrobca však tvrdí, že existujú presnejšie a hospodárnejšie prístroje.

Medzi ďalšie prednosti tohto zariadenia možno uviesť aj široký rozsah pracovných teplôt (-55 až +125 °C). Hlavnou nevýhodou je pomalá prevádzka: na maximálne presné výpočty potrebuje prístroj najmenej 750 ms.

Bezkontaktné pyrometre (termovízne kamery)

Činnosť týchto bezkontaktných snímačov je založená na detekcii tepelného žiarenia vyžarovaného telesami. Na charakterizáciu tohto javu sa používa množstvo energie vyžiarenej za jednotku času z jednotky plochy, ktoré pripadá na jednotku rozsahu vlnovej dĺžky.

Takéto kritérium, odrážajúce intenzitu monochromatického žiarenia, sa nazýva spektrálna žiarivosť.

Existujú nasledujúce druhy pyrometrov:

• radiačné;
• jasové (optické);
• farbové.

Radiačné pyrometre umožňujú vykonávať merania v rozsahu 20-25000 °C, avšak na určenie teploty je dôležité brať do úvahy koeficient neúplnosti žiarenia, ktorého aktuálna hodnota závisí od fyzikálneho stavu telesa, jeho chemického zloženia a ďalších faktorov.

Hlavným aktívnym prvkom radiačného senzora je teleskop, v ktorom sa nachádza batéria pozostávajúca z postupného reťazca termočlánkov. Pracovné konce týchto zariadení sú umiestnené na platinou pokrytom lístku (+)

Jasové (optické) pyrometre sú určené na meranie teplôt 500-4000 °C. Poskytujú vysokú presnosť meraní, avšak môžu skresľovať údaje kvôli možnej absorpcii žiarenia z telies prechodným prostredím, cez ktoré sa pozorovania uskutočňujú.

Farebné pyrometre, ktorých činnosť je založená na určení intenzity žiarenia na dvoch vlnových dĺžkach – prednostne v červenej alebo modrej časti spektra, sa používajú na merania v rozsahu 800 až 0 °C.

Ich hlavnou výhodou je, že neúplnosť žiarenia neovplyvňuje chyby meraní. Okrem toho ukazovatele nezávisia od vzdialenosti k objektu.

Kremenné (piezoelektrické) prevodníky teplôt

Na meranie teplôt v rozsahu -80 až +250 °C je možné použiť kremenné prevodníky (piezoelektrické prvky), ktorých princíp činnosti je založený na frekvenčnej závislosti kremeňa od zahrievania. Pritom na funkciu prevodníka vplýva umiestnenie rezu pozdĺž kryštalických osí.

Piezoelektrické (kremenné) zariadenia sa najčastejšie používajú pri vykonávaní výskumných prác, pretože takéto prístroje sa vyznačujú rozšíreným rozsahom meraní, spoľahlivosťou, vysokou presnosťou.

Piezoelektrické senzory sa vyznačujú jemnou citlivosťou, vysokým rozlíšením, sú schopné spoľahlivo pracovať počas dlhého obdobia. Takéto prístroje sú široko používané pri výrobe digitálnych teplomerov a považujú sa za jeden z najperspektívnejších prístrojov pre budúce technológie.

Hlukové (akustické) senzory teploty

Fungovanie takýchto zariadení je zabezpečené snímaním akustického rozdielu potenciálov v závislosti od teploty rezistora.

Akustické metódy umožňujú získať údaje o teplote v uzavretých priestoroch a prostrediach, kde nie je možné priame meranie. Podobné prístroje našli uplatnenie v medicíne, pri podvodnom výskume, ako aj v priemysle.

Spôsob merania takýmito senzormi je pomerne jednoduchý: treba porovnať šumy produkované dvoma podobnými prvkami, z ktorých jeden je pri vopred známej teplote a druhý pri zisťovanej teplote.

Akustické tepelné senzory sú vhodné na meranie rozsahu -270 – +1100 °C. Pritom zložitosť procesu spočíva v príliš nízkej úrovni šumu: zvuky vydávané zosilňovačom ho občas prehlušia.

Senzory teploty NQR

Podstata činnosti teplomerov jadrovej kvadrupólovej rezonancie spočíva v pôsobení gradientu poľa, ktorý vytvárajú mriežky kryštálu a moment jadra – ukazovateľa spôsobeného odchýlkou náboja od sférickej symetrie.

V dôsledku takéhoto javu vzniká precesia jadier: jej frekvencia závisí od gradientu poľa mriežky. Na veľkosť tohto ukazovateľa vplýva aj teplota: jej stúpanie spôsobuje pokles frekvencie JKR.

Základným prvkom takýchto snímačov je ampula s látkou, ktorá je umiestnená v indukčnej cievke, pripojenej k obvodu generátora.

Výhodou prístrojov je neobmedzená doba merania, spoľahlivosť a stabilná prevádzka. K nevýhodám patrí nelinearita meraní, čo vyvoláva potrebu použitia transformačnej funkcie.

Polovodičové zariadenia

Kategória zariadení fungujúcich na základe zmien charakteristík p-n prechodu spôsobených pôsobením teplôt. Napätie na tranzistore je vždy úmerné pôsobeniu teploty, čo umožňuje ľahko vypočítať tento faktor.

Výhodami takýchto zariadení sú vysoká presnosť údajov, nízka cena, linearita charakteristík v celom rozsahu meraní. Montáž takýchto zariadení je vhodné vykonať priamo na polovodičovom substráte, vďaka čomu sú vynikajúco vhodné pre mikroelektroniku.

Objemové prevodníky na snímanie teploty

Základom takýchto zariadení je známy princíp rozťahovania a stláčania látok pozorovaný pri zahrievaní alebo ochladzovaní. Takéto snímače sú dostatočne praktické. Môžu sa používať na určovanie teplôt v rozmedzí -60 – +400°C.

Pre možnosť vizuálnej kontroly teploty je väčšina teplotných snímačov nachádzajúcich sa v miestnostiach vybavená displejmi, na ktoré sa zobrazujú aktuálne hodnoty.

Je dôležité pamätať, že merania kvapalín týmito prístrojmi sú obmedzené teplotou varu a tuhnutia, a plynov – prechodom do kvapalného stavu. Chyba merania spôsobená vplyvom okolitého prostredia je pre tieto prístroje dostatočne malá: pohybuje sa v rozmedzí 1-5%.

Výber teplotných senzorov

Pri výbere takýchto prístrojov treba zohľadniť také faktory ako:

• teplotný rozsah, v ktorom sa merania vykonávajú;
• potreba a možnosť ponorenia snímača do objektu alebo prostredia;
• podmienky vykonania merania: na snímanie hodnôt v agresívnom prostredí je lepšie uprednostniť bezkontaktný variant alebo model umiestnený v antikoróznom kryte;
• životnosť prístroja do kalibrácie alebo výmeny – niektoré typy prístrojov (napríklad termistory) pomerne rýchlo zlyhávajú;
• technické údaje: rozlíšenie, napätie, rýchlosť vysielania signálu, chyba;
• veľkosť výstupného signálu.

V niektorých prípadoch je tiež dôležitý materiál krytu prístroja a pri použití v miestnostiach – rozmery a dizajn.

Odporúčania pre montáž svojpomocne

Podobné zariadenia sa široko používajú na rôzne účely: vybavujú sa nimi radiátory, vykurovacie kotly a iné domáce spotrebiče.

Pred začatím montáže by ste si mali pozorne prečítať návod: uvádzajú sa v ňom nielen vlastnosti inštalácie (napríklad rozmery pre pripojenie k hrdlu), ale aj pravidlá prevádzky, ako aj teplotné limity, pre ktoré je merací prístroj vhodný.

Je potrebné tiež zohľadniť veľkosť objímky, ktorá sa môže pohybovať v rozmedzí 120 – 160 mm.

Pozrime sa na dva najčastejšie sa vyskytujúce prípady montáže teplotného senzora.

Pripojenie prístroja na radiátor

Neoplatí sa vybavovať termostatom všetky vykurovacie zariadenia. Podľa predpisov, senzory sa inštalujú na batériu, ak jej celkový výkon presahuje 50 % produkcie tepla podobnými systémami. Ak sa v miestnosti nachádzajú dva ohrievače, termostat sa inštaluje iba na ten s väčším výkonom.

Teplotný senzor je nevyhnutnou súčasťou regulátorov teploty, ktoré umožňujú znižovať alebo zvyšovať ohrev radiátorov, podlahového kúrenia a iných vykurovacích zariadení.

Ventil zariadenia sa inštaluje na prívodné potrubie v mieste pripojenia radiátora k vykurovacej sieti. V prípade nemožnosti jeho napojenia na existujúci okruh je potrebné demontovať prívodné vedenie, čo môže spôsobiť určité komplikácie.

Na vykonanie tejto manipulácie je potrebné použiť nástroj na rezanie rúr, zatiaľ čo montáž termohlavice je možné ľahko vykonať bez špeciálneho vybavenia. Po namontovaní senzora stačí spojiť vytvorené značky na tele a zariadení, potom sa hlavica fixuje jemným stlačením ruky.

Montáž termosenzora vzduchu

Takéto zariadenie sa inštaluje v najchladnejšej obytnej miestnosti bez prievanu (v hale, kuchyni alebo kotolni je jeho montáž nežiaduca, pretože môže spôsobiť poruchy v činnosti systému).

Pri výbere miesta treba dbať na to, aby na zariadenie nedopadali slnečné lúče, v blízkosti by nemali byť vykurovacie zariadenia (ohrievače, radiátory, rúry).

Pre bežný vykurovací systém stačí jeden termostat, zatiaľ čo pri kolektorovej schéme je vhodné použiť niekoľko senzorov, ktorých počet sa zhoduje s počtom miestností. To umožní individuálne regulovať teplotu v oddelených priestoroch.

Pripojenie zariadenia sa vykonáva podľa pokynov, ktoré sú uvedené v technickom pase, pričom sa používajú svorky alebo kábel, ktoré sú súčasťou dodávky.

V prípade potreby sledovania teploty teplotný senzor v “podlahovom kúrení” môže byť umiestnený v hĺbke betónovej mazaniny. V tomto prípade je možné na ochranu použiť vlnitú rúru s jedným uzavretým koncom a šikmým ohybom.

Táto posledná vlastnosť umožňuje v prípade potreby vybrať pokazené zariadenie a nahradiť ho novým.

Montáž zariadenia sa vykonáva nasledujúcim spôsobom:

1. V stene sa vytvorí prehĺbenie pre upevnenie závesného prístroja.
2. Z termosenzora sa odstráni predný diel, potom sa zariadenie nainštaluje na pripravenom mieste.
3. Ďalej sa ku kontaktom pripojí vyhrievací kábel, zatiaľ čo k senzorom sa pripoja svorky.

Záverečná fáza – pripojenie napájacieho kábla a inštalácia predného panela na svoje miesto.

Schéma zapojenia termostatu pre vykurovací kotol je podrobne opísaná v tomto článku.

Ak má zariadenie, na ktorého funkčnosť je potrebné vnútorné pripojenie senzorov, zložitú konštrukciu, je lepšie obrátiť sa na odborníkov.

Závery a užitočné video k téme

V nižšie uvedenom videu sa podrobne hovorí, ako vykonať inštaláciu termoprístrojov na vykurovací kotol:

Líši sa montáž senzorov na prívodné a spätné potrubia:

Teplotné senzory sa široko používajú v rôznych oblastiach priemyslu, ako aj na domáce účely. Veľký sortiment takýchto prístrojov, ktoré sú založené na rôznych princípoch činnosti, umožňuje vybrať optimálnu možnosť na riešenie tej či onej úlohy.

V domoch a bytoch sa takéto zariadenia najčastejšie používajú na udržiavanie príjemnej teploty v miestnostiach, ako aj na reguláciu vykurovacích systémov – radiátorov, podlahového kúrenia.

Máte čo doplniť, alebo ste mali otázky ohľadom výberu a inštalácie teplotného senzora? Môžete zanechať komentáre k publikácii, zapojiť sa do diskusií a podeliť sa o vlastné skúsenosti s používaním takýchto zariadení. Kontaktný formulár sa nachádza v dolnom bloku.