Temperatūras sensori apkurei: mērķis, veidi, uzstādīšanas instrukcijas

Darbinot apkures iekārtas, ir jākontrolē siltumnesēja, kā arī telpas gaisa sasilšanas pakāpe. Informācijas noņemšanai un pārsūtīšanai palīdz temperatūras sensori apkurei, kuru dati var tikt nolasīti vizuāli vai uzreiz nosūtīti uz kontrolieri.

Piedāvājam izprast, kā darbojas temperatūras sensori, kādi ir kontrolējošo ierīču veidi, un kādi parametri jāņem vērā, izvēloties ierīci. Turklāt mēs esam sagatavojuši soli pa solim instrukciju, kas palīdzēs patstāvīgi uzstādīt termosensoru uz apkures radiatora.

Termiskā sensora darbības princips

Apkures sistēmu var kontrolēt ar dažādām metodēm, starp kurām:

• automātiskās ierīces savlaicīgai enerģijas padevei;
• drošības uzraudzības bloki;
• maisīšanas mezgli.

Visu šo grupu pareizai darbībai ir nepieciešami temperatūras sensori, kas sniedz signālus par ierīču darbību. Šo ierīču rādījumu novērošana ļauj savlaicīgi atklāt kļūmes sistēmā un veikt korekcijas pasākumus.

Pastāv daudz dažādu ierīču paveidu, ko izmanto temperatūras mērīšanai. Tās var tikt iegremdētas siltumnesējos, izmantotas telpā vai novietotas ārpusē

Termosensors var tikt izmantots kā atsevišķa ierīce, piemēram, telpas temperatūras kontrolei, vai būt neatņemama sarežģītas ierīces, piemēram, apkures katla, daļa.

Šādu automatizētā vadībā izmantojamo ierīču pamatā ir temperatūras rādītāju pārveidošanas princips elektriskajā signālā. Pateicoties tam, mērījumu rezultātus var ātri pārsūtīt pa tīklu digitālā koda veidā, kas nodrošina lielu ātrumu, jutīgumu un mērījuma precizitāti.

Tajā pašā laikā dažādām ierīcēm sildīšanas pakāpes mērīšanai var būt konstruktīvas īpatnības, kas ietekmē vairākus parametrus: darbību noteiktā vidē, pārraides veidu, vizualizācijas metodi un citus.

Temperatūras mērīšanas ierīču veidi

Termoierīces var klasificēt pēc vairākiem svarīgiem kritērijiem, tostarp informācijas pārraides veida, montāžas vietas un apstākļiem, kā arī rādījumu noņemšanas algoritma.

Pēc informācijas pārraides veida

Saskaņā ar izmantoto informācijas translācijas metodi sensori tiek iedalīti divās lielās kategorijās:

• vadu ierīces;
• bezvadu sensori.

Sākotnēji visas šādas ierīces bija aprīkotas ar vadiem, caur kuriem temperatūras sensori sazinājās ar vadības bloku, nododot tam informāciju. Lai gan tagad šādas ierīces ir izstūmušas bezvadu analogi, tās joprojām bieži izmanto vienkāršās shēmās.

Turklāt vadu sensori izceļas ar lielāku rādījumu precizitāti un darba uzticamību.

Lai nodrošinātu vadu sensora, kas izmantots saliktā ierīcē, saskaņotu darbu, ieteicams to apvienot ar iekārtu, ko ražojis tas pats ražotājs.

Pašlaik plašu izplatību ir ieguvušas bezvadu ierīces, kuras visbiežāk pārraida informāciju, izmantojot radioviļņu raidītāju un uztvērēju. Šādas ierīces var uzstādīt gandrīz jebkur, ieskaitot atsevišķu telpu vai atklātu gaisu.

Svarīgas šādu temperatūras sensoru īpašības ir:

• akumulatora esamība;
• veikto mērījumu kļūda;
• signāla pārraides attālums.

Bezvadu/vadu ierīces var pilnībā aizstāt viena otru, taču to darbībā ir dažas īpatnības.

Pēc izvietošanas vietas un veida

Pēc stiprinājuma vietas šādas ierīces iedala šādos veidos:

• uzliekamās, kas piestiprinās pie apkures kontūra;
• iegremdējamās, kas saskaras ar siltumnesēju;
• telpu sensori, kas atrodas dzīvojamās vai dienesta telpās;
• ārējie, kas atrodas ārpus telpām.

Dažos agregātos vienlaikus var izmantot vairākus sensoru veidus temperatūras kontrolei.

Pēc rādījumu noņemšanas mehānisma

Pēc informācijas demonstrēšanas veida ierīces var būt:

• bimetāla;
• spirta.

Pirmajā variantā tiek izmantotas divas plāksnes, kas izgatavotas no dažādiem metāliem, kā arī rādītājindikators. Paaugstinoties temperatūrai, viens no elementiem deformējas, radot spiedienu uz rādītāju. Šādu ierīču rādījumi izceļas ar labu precizitāti, tomēr to liels trūkums ir inerce.

Bimetāla un spirta termostati bieži tiek uzstādīti uz apkures iekārtām, piemēram, katliem. Tie ļauj uzraudzīt uzkaršanu, kuras pārsniegšana var izraisīt letālas sekas.

Šī trūkuma gandrīz pilnībā ir brīvi sensori, kuru darbība balstās uz spirta izmantošanu. Šajā gadījumā hermētiski noslēgtā kolbā tiek ieliets spirtu saturošs šķīdums, kas karsējot izplešas. Konstrukcija ir diezgan elementāra, uzticama, bet nav īpaši ērta novērošanai.

Dažādi termosensoru tipi

Temperatūras rādījumu nolasīšanai tiek izmantotas ierīces ar dažādu darbības principu. Pie vispieprasītākajiem pieder tālāk uzskaitītās ierīces.

Termopāri: precīza nolasīšana – sarežģītība interpretācijā

Šāda ierīce sastāv no divām viena ar otru salodētām stieplēm, kas izgatavotas no dažādiem metāliem. Temperatūras starpība, kas rodas starp karsto un auksto galu, kalpo par elektriskās strāvas avotu ar lielumu 40-60 µV (rādītājs ir atkarīgs no termopāra materiāla).

Visbiežāk termopāru izgatavošanai tiek izmantotas šādas metālu un sakausējumu kombinācijas: hroms-alumīnijs, dzelzs-konstantāns, dzelzs-niķelis, niķelis-hroms un citas.

Termopāri uzskata par augstas precizitātes temperatūras sensoru, tomēr precīzu rādījumu iegūšana no tā ir diezgan sarežģīta. Lai to izdarītu, ir jānosaka elektrodzinējspēks (EDS), izmantojot ierīces temperatūras starpību.

Lai rezultāts būtu korekts, ir svarīgi kompensēt aukstā savienojuma temperatūru, izmantojot, piemēram, aparatūras metodi, kad otrs termopāris tiek ievietots iepriekš zināmas temperatūras vidē.

Programmatūras kompensācijas metode paredz cita termodetektora ievietošanu izokamerā kopā ar aukstajiem savienojumiem, kas ļauj kontrolēt temperatūru ar noteiktu precizitāti.

Noteiktas grūtības sagādā datu nolasīšanas process no termopāra to nelinearitātes dēļ. Lai rādījumi būtu korekti, GOST R 8.585-2001 ir ievieti polinoma koeficienti, kas ļauj pārrēķināt EDS temperatūrā, kā arī veikt pretējās darbības.

Vēl viena problēma ir tā, ka rādījumi tiek iegūti mikrovoltos, kuru pārveidošanai nav iespējams izmantot plaši pieejamās digitālās ierīces. Lai izmantotu termopāri konstrukcijās, ir jāparedz precīzi, daudzbitu pārveidotāji ar minimālu trokšņa līmeni.

Termorezistori: viegli un vienkārši

Ievērojami vieglāk ir mērīt temperatūru ar termorezistoru palīdzību, kuru pamatā ir materiālu pretestības atkarības princips no apkārtējās vides temperatūras. Šādām ierīcēm, piemēram, no platīna izgatavotām, ir tādas svarīgas priekšrocības kā augsta precizitāte un linearitāte.

Par šādu termodetektoru galveno problēmu var uzskatīt ārkārtīgi zemu pretestības temperatūras koeficientu, tomēr precīzi to izmērīt tomēr ir vieglāk nekā uztvert termopāru mazos sprieguma lielumus.

Rezistora svarīgs raksturlielums ir bāzes pretestība noteiktā temperatūrā. Saskaņā ar GOST 21342.7-76, šis rādītājs tiek mērīts pie 0°C. Turklāt ieteicams izmantot pretestību vērtību diapazonu (Omi), kā arī T_ks – temperatūras koeficientu.

Rādītāju T_ks aprēķina pēc formulas:

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

Kur:

• R_e – pretestība pie esošās temperatūras;
• R_0c – pretestība pie 0°C;
• T_e – esošā temperatūra;
• T_0c – 0°C.

GOST standartā ir norādīti arī temperatūras koeficienti, kas paredzēti dažādām mērierīcēm, kas izgatavotas no vara, niķeļa, platīna, kā arī tiek norādīti polinoma koeficienti, ko izmanto temperatūras aprēķināšanai, pamatojoties uz pašreizējiem pretestības rādījumiem.

Termorezistoru sensori ir plaši izplatīti elektronikas un mašīnbūves nozarē, pateicoties rādījumu precizitātei, jutīgumam un ekspluatācijas neprasīgumam.

Pretestību var izmērīt, iekļaujot ierīci strāvas avota ķēdē un izmērot diferenciālo spriegumu. Rādītājus var kontrolēt ar integrālo shēmu palīdzību, kuru analogā izeja ir vienāda ar barošanas spriegumu.

Termosensori ar līdzīgām ierīcēm var droši pieslēgt analogo-ciparu pārveidotājam, to digitalizējot ar astoņu vai desmit bitu ADC.

Ciparu sensors vienlaicīgiem mērījumiem

Plašu pielietojumu guvuši arī ciparu termosensori, piemēram, modelis DS18B20, kura darbība tiek veikta ar mikroshēmas palīdzību, kurai ir trīs izejas. Pateicoties šai ierīcei, ir iespējams nolasīt temperatūras rādījumus vienlaikus no vairākiem paralēli strādājošiem sensoriem, turklāt kļūda ir tikai 0,5°С.

Populārais modelis ir kombinētais temperatūras/mitruma sensors SHT1, kas ļauj veikt siltuma mērījumus ar precizitāti +2°, bet mitruma ar kļūdu +5. Tomēr ražotājs pats apgalvo, ka ir precīzākas un ekonomiskākas ierīces.

Starp citām šīs ierīces priekšrocībām var atzīmēt arī plašu darba temperatūru diapazonu (-55+125°C). Galvenais trūkums ir lēna darbība: maksimāli precīziem aprēķiniem ierīcei nepieciešams vismaz 750 ms.

Bezkontakta pirometri (termovizori)

Šo bezkontakta sensoru darbība balstās uz siltuma starojuma, kas izplūst no ķermeņiem, fiksēšanu. Lai raksturotu šo parādību, tiek izmantots enerģijas daudzums, kas izdalīts laika vienībā no virsmas vienības un kas attiecas uz viļņa garuma diapazona vienību.

Šāds kritērijs, kas atspoguļo monohromatiskā starojuma intensitāti, ir ieguvis nosaukumu "spektrālais spīdums".

Pastāv šādas pirometru šķirnes:

• radiācijas;
• spilgtuma (optiskie);
• krāsu.

Radiācijas pirometri ļauj veikt mērījumus diapazonā no 20 līdz 25000°C, taču temperatūras noteikšanai svarīgi ņemt vērā starojuma nepilnības koeficientu, kura faktiskā vērtība ir atkarīga no ķermeņa fiziskā stāvokļa, tā ķīmiskā sastāva un citiem faktoriem.

Radiācijas sensora galvenais darba elements ir teleskops, kura iekšpusē atrodas baterija, kas sastāv no termopāru virknes ķēdes. Šo ierīču darba gali atrodas uz ar platīnu pārklātas lapiņas (+).

Spilgtuma (optiskie) pirometri ir paredzēti temperatūras mērīšanai 500–4000 °C. Tie nodrošina augstu mērījumu precizitāti, taču var izkropļot rādījumus iespējamās starpobjektu vides starojuma absorbcijas dēļ, caur kuru tiek veikti novērojumi.

Krāsu pirometri, kuru darbība balstās uz starojuma intensitātes noteikšanu divos viļņu garumos – vēlams sarkanajā vai zilajā spektra daļā, tiek izmantoti mērījumiem robežās no 800 līdz 0 °C.

To galvenā priekšrocība ir tā, ka starojuma nepilnība neietekmē mērījumu kļūdas. Turklāt rādītāji nav atkarīgi no attāluma līdz objektam.

Kvarca (pjezoelektriskie) temperatūras pārveidotāji

Lai nolasītu temperatūras rādījumus robežās no –80 līdz +250 °C, var izmantot kvarca pārveidotājus (pjezoelementus), kuru darbības princips balstās uz kvarca frekvences atkarību no sildīšanas. Pie tam pārveidotāja funkciju ietekmē griezuma novietojums atbilstoši kristāliskajām asīm.

Pjezoelektriskās (kvarca) ierīces visbiežāk tiek izmantotas pētniecības darbos, jo šādas ierīces raksturojas ar paplašinātu mērījumu diapazonu, uzticamību, augstu precizitāti.

Pjezoelektriskie sensori izceļas ar smalku jutību, augstu izšķirtspēju, tie spēj droši darboties ilgu laiku. Šādas ierīces plaši izmanto digitālo termometru ražošanā un tiek uzskatītas par vienām no perspektīvākajām ierīcēm nākotnes tehnoloģijām.

Troksnis (akustiskie) temperatūras sensori

Šādu ierīču darbību nodrošina akustiskās potenciālu starpības nolasīšana atkarībā no rezistora temperatūras.

Akustiskās metodes ļauj nolasīt temperatūras rādījumus slēgtās telpās un vidēs, kur tiešā mērīšana nav iespējama. Šādas ierīces ir atradušas pielietojumu medicīnā, zemūdens pētījumos, kā arī rūpniecībā.

Mērīšanas veids ar šādiem sensoriem ir pietiekami vienkāršs: jāsalīdzina trokšņi, ko rada divi analogi elementi, no kuriem viens atrodas iepriekš zināmā, bet otrs – nosakāmajā temperatūrā.

Akustiskie termo sensori ir piemēroti intervāla mērīšanai no –270 līdz +1100°C. Pie tam procesa sarežģītība ir pārāk zemā trokšņa līmenī: skaņas, ko rada pastiprinātājs, dažkārt to noslāpē.

JKR temperatūras sensori

Kodolu kvadrupolārās rezonanses termometru darbības būtība ir lauka gradienta iedarbībā, ko veido kristāla režģi un kodola moments – rādītājs, ko izraisa lādiņa novirze no sfēras simetrijas.

Šādas parādības rezultātā rodas kodolu precesija: tās frekvence ir atkarīga no režģa lauka gradienta. Šī rādītāja lielumu ietekmē arī temperatūra: tās paaugstināšanās izraisa JAKR frekvences kritumu.

Šādu sensoru galvenais elements ir ampula ar vielu, kas tiek ievietota induktivitātes tinumā, kas savienots ar ģeneratora kontūru.

Priekšrocība ir neierobežots mērījumu ilgums, uzticamība un stabila darbība. Trūkums ir mērījumu nelinearitāte, kas rada nepieciešamību izmantot transformācijas funkciju.

Pusvadītāju ierīces

Kategorija ierīču, kas darbojas, pamatojoties uz p-n pārejas raksturlielumu izmaiņām, ko izraisa temperatūras ietekme. Spriegums uz tranzistora vienmēr ir proporcionāls temperatūras ietekmei, kas ļauj viegli aprēķināt šo faktoru.

Šādu ierīču priekšrocības ir augsta datu precizitāte, zemas izmaksas, raksturlielumu linearitāte visā mērījumu diapazonā. Šādu ierīču montāžu ir ērti veikt tieši uz pusvadītāju pamatnes, tādēļ tās ir lieliski piemērotas mikroelektronikai.

Tilpuma pārveidotāji temperatūras mērīšanai

Šādu ierīču pamatā ir labi zināmais vielu izplešanās un saraušanās princips, kas novērojams karsējot vai atdzesējot. Šādi sensori ir pietiekami praktiski. Tos var izmantot temperatūru noteikšanai robežās no -60 – +400°C.

Lai nodrošinātu vizuālu temperatūras kontroli, lielākā daļa iekštelpās esošo termo sensoru ir aprīkoti ar displejiem, kuros tiek parādītas pašreizējās vērtības.

Svarīgi atcerēties, ka šādu ierīču mērījumi šķidrumiem ir ierobežoti ar viršanas un sasalšanas temperatūru, bet gāzēm – ar to pāreju šķidrā stāvoklī. Apkārtējās vides ietekmes radītā mērījumu kļūda šīm ierīcēm ir pietiekami maza: tā svārstās robežās no 1-5%.

Temperatūras sensoru izvēle

Izvēloties šādas ierīces, jāņem vērā tādi faktori kā:

• temperatūras diapazons, kurā tiek veikti mērījumi;
• nepieciešamība un iespēja iegremdēt sensoru objektā vai vidē;
• mērījumu veikšanas apstākļi: rādītāju iegūšanai agresīvā vidē labāk izvēlēties bezkontakta variantu vai modeli, kas ievietots pretkorozijas korpusā;
• ierīces kalpošanas laiks līdz kalibrēšanai vai nomaiņai – daži ierīču veidi (piemēram, termistori) diezgan ātri sabojājas;
• tehniskie dati: izšķirtspēja, spriegums, signāla padeves ātrums, kļūda;
• izejas signāla lielums.

Dažos gadījumos svarīgs ir arī ierīces korpusa materiāls, bet, lietojot iekštelpās – izmēri un dizains.

Ieteikumi montāžai pašu spēkiem

Šādas ierīces tiek plaši izmantotas dažādiem mērķiem: tās tiek uzstādītas radiatoros, apkures katlos un citās sadzīves ierīcēs.

Pirms montāžas sākuma rūpīgi jāizlasa instrukcija: tajā ir norādīti ne tikai uzstādīšanas parametri (piemēram, izmēri savienošanai ar cauruli), bet arī ekspluatācijas noteikumi, kā arī temperatūras robežas, kurām mērierīce ir piemērota.

Jāņem vērā arī uzmavas izmērs, kas var svārstīties no 120 līdz 160 mm.

Apskatīsim divus biežāk sastopamos termo sensora montāžas gadījumus.

Ierīces pievienošana radiatoram

Nav vērts aprīkot ar termostatu visas apkures ierīces. Saskaņā ar noteikumiem, sensorus uzstāda uz baterijas, ja tās kopējā jauda pārsniedz 50% no siltuma ražošanas līdzīgās sistēmās. Ja telpā ir divi sildītāji, tad termostatu uzstāda tikai uz viena, kuram ir lielāka jauda.

Termo sensors ir obligāta temperatūras regulatoru sastāvdaļa, kas ļauj samazināt vai palielināt radiatoru, siltās grīdas un citu apkures ierīču sildīšanu.

Ierīces vārsts tiek uzstādīts uz padeves cauruļvadu vietā, kur radiators pieslēgts apkures tīklam. Ja to nav iespējams iegriezt esošajā ķēdē, jādemontē padeves pievads, kas var radīt zināmas grūtības.

Lai veiktu šo manipulāciju, jāizmanto cauruļu griešanas instruments, savukārt termo galviņas montāža viegli veicama bez īpaša aprīkojuma. Tiklīdz sensors ir uzstādīts, pietiek ar izdarīto atzīmju saskaņošanu uz korpusa un ierīces, pēc tam galviņa tiek fiksēta ar vieglu rokas spiedienu.

Gaisa termosensora montāža

Šāda ierīce tiek uzstādīta visaukstākajā dzīvojamā telpā bez caurvēja (priekštelpā, virtuvē vai katlu telpā tās uzstādīšana nav vēlama, jo var izraisīt sistēmas darbības traucējumus).

Izvēloties vietu, jāuzrauga, lai uz ierīci nekrīt saules stari, tuvumā nedrīkst būt apkures ierīču (sildītāju, radiatoru, cauruļu).

Parastai apkures sistēmai pietiek ar vienu termostatu, savukārt kolektoru shēmā vēlams izmantot vairākus sensorus, kuru skaits atbilst telpu skaitam. Tas ļaus individuāli regulēt temperatūru atsevišķās telpās.

Ierīces pieslēgšana tiek veikta saskaņā ar instrukcijām, kas atrodas tehniskajā pasē, turklāt tiek izmantoti komplektā ietilpstošie spailes vai kabelis.

Ja nepieciešams sekot temperatūrai, termo sensors “siltajā grīdā” var atrasties betona klona dziļumā. Šajā gadījumā aizsardzībai var izmantot gofrēto cauruli, kurai ir viens slēgts gals un slīps līkums.

Pēdējā īpatnība ļauj nepieciešamības gadījumā izņemt bojāto ierīci un nomainīt to pret jaunu.

Ierīces montāžu veic šādi:

1. Sienā tiek izveidots padziļinājums piekaramās ierīces stiprināšanai.
2. No temperatūras sensora tiek noņemta priekšējā daļa, pēc tam ierīce tiek uzstādīta sagatavotajā vietā.
3. Tālāk pie kontaktiem tiek pievienots sildīšanas kabelis, bet pie sensoriem – spailes.

Noslēdzošais posms – barošanas kabeļa pievienošana un priekšējā paneļa uzstādīšana savā vietā.

Termostata pieslēguma shēma apkures katlam ir detalizēti aprakstīta šajā rakstā.

Ja ierīcei, kuras funkcionalitātei ir nepieciešams iekšējs sensoru pieslēgums, ir sarežģīta konstrukcija, labāk vērsties pie speciālistiem.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Zemāk redzamajā video ir detalizēti stāstīts, kā veikt termoierīču uzstādīšanu uz apkures katla:

Vai sensoru montāža uz padeves un atgaitas caurulēm atšķiras:

Temperatūras sensori tiek plaši izmantoti gan dažādās rūpniecības jomās, gan ikdienas vajadzībām. Plašs šādu ierīču klāsts, kuru pamatā ir dažādi darbības principi, ļauj izvēlēties optimālo variantu konkrētā uzdevuma risināšanai.

Mājās un dzīvokļos šādas ierīces visbiežāk tiek izmantotas komfortablas temperatūras uzturēšanai telpās, kā arī apkures sistēmu – radiatoru, siltās grīdas – regulēšanai.

Vai ir ko piebilst, vai radušies jautājumi par temperatūras sensora izvēli un uzstādīšanu? Varat atstāt komentārus pie publikācijas, piedalīties diskusijās un dalīties ar savu pieredzi šādu ierīču lietošanā. Saziņas forma atrodas apakšējā blokā.