Аппаратура для контроля температуры.

Классификация термодатчиков по принципу работы

По принципу измерения все датчики измерения температуры подразделяются на:

  • Термоэлектрические (термопары);
  • Терморезистивные;
  • Полупроводниковые;
  • Акустические;
  • Пирометры;
  • Пьезоэлектрические.

датчики измерения температуры 2

Область применения

Термометр сопротивления — это устройство, предназначенное для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред. Также его используют и при измерении температуры сыпучих веществ.

Свое место термометр сопротивления нашел в газо- и нефтедобыче, металлургии, энергетике, сфере ЖКХ и многих других отраслях.

ВАЖНО! Термометры сопротивления можно использовать как в нейтральных средах, так и в агрессивных. Это способствует распространению прибора в химической промышленности.

Обратите внимание! Для измерения температур в промышленности также используют термопары, про них подробнее узнаете из нашей статьи про термопары.

Термометр сопротивления - датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Виды устройств для снятия температуры

Термоприборы могут классифицироваться по ряду важных критериев, среди которых способ передачи информации, место и условия монтажа, а также алгоритм снятия показаний.

По способу передачи информации

Согласно используемому методу трансляции сведений датчики разделяются на две большие категории:

  • проводные приборы;
  • беспроводные датчики.

Первоначально все подобные приспособления оснащались проводами, через которые термодатчики связывались с блоком управления, передавая на него информацию. Хотя сейчас такие устройства потеснили беспроводные аналоги, они все же часто используются при простых схемах.

Кроме того, проводные датчики отличаются большей точностью показаний и надежностью в работе.

Совместимость датчика с другой аппаратурой

Для обеспечения согласованной работы проводного датчика, используемого в составном устройстве, желательно совмещать его с оборудованием, которое выполнено тем же изготовителем

В настоящее время распространение получили беспроводные устройства, которые чаще всего передают сведения при помощи передатчика и приемника радиоволн. Подобные приборы можно монтировать практически всюду, включая отдельное помещение или открытый воздух.

Важными характеристиками подобных термодатчиков являются:

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

Беспроводные/проводные устройства могут полностью заменить друг друга, однако в их функционировании есть некоторые особенности.

По месту и способу размещения

По месту крепления подобные приборы делятся на следующие разновидности:

  • накладные, крепящиеся к отопительному контуру;
  • погружные, контактирующие с теплоносителем;
  • комнатные, находящиеся внутри жилого либо служебного помещения;
  • внешние, которые располагаются снаружи.

В некоторых агрегатах могут применяться одновременно несколько видов датчиков для контроля температуры.

По механизму снятия показаний

По способу демонстрации сведений приборы могут быть:

  • биметаллическими;
  • спиртовыми.

В первом варианте предполагается использование двух пластин, сделанных из различных металлов, а также стрелочного индикатора. При повышении температуры один из элементов деформируется, создавая давление на стрелку. Показания подобных приборов отличаются хорошей точностью, однако их большим минусом является инертность.

Термодатчики для отопительных котлов

Биметаллические и спиртовые термостаты часто устанавливаются на отопительной аппаратуре, например, котлах. Они позволяют отслеживать нагрев, превышение которого может привести к фатальным последствиям

Этого недостатка почти полностью лишены датчики, работа которых основана на использовании спирта. В этом случае в герметично запаянную колбу заливается спиртосодержащий раствор, расширяющийся при нагреве. Конструкция достаточно элементарна, надежна, но не очень удобна для наблюдений.

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.

Проверка датчика температуры

Проверить эти датчики несложно. Для этого вам понадобятся батарейки или источник питания.

Подключите источник питания 2.7 – 5.5 В (отлично подходят также 2-4 батарейки АА) таким образом, что земля подключена к 3 пину (справа), а напряжение питания – к 1 пину (слева).

После этого выставьте на своем мультиметре режим DC (постоянный ток). Подключите его его к земле и свободному среднему (2) коннектору. Если у вас датчик температуры TMP36 и вокруг комнатная температура (около 25 °C), напряжение дожно быть около 0.75 В. Обратите внимание, что если вы используете LM35, напряжение составит 0.25 В.

Проверка датчика температуры

Датчик показывает температуру 26.3 °C, что равно 79.3 F

Напряжение на выходе можно легко изменить, зажав пластиковый корпус датчика пальцами. В результате вы увидите как напряжение/температура растут.

С пальцами на датчике температура поднялась до 29.7°C / 85.5°F:

Термодатчик нагретый пальцами

Или вы можете коснуться датчика кусочком льда (желательно так, чтобы влага с него не попала на ваше электрическую цепь). В результате температура уменьшится.

С кусочком льда на сенсоре температура опустилась до 18.6°C / 65.5°F.

Термодатчик с кусочком льда

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Градуировочные таблицы термометров сопротивления

Градуировочные таблицы — это сводная сетка, по которой можно легко определить при какой температуре термометр будет иметь определенное сопротивление. Такие таблицы помогают работникам КИПиА оценить значение измеряемой температуры по определённому значению сопротивления.

В рамках этой таблицы существуют специальные обозначения ТС. Их вы можете увидеть в верхней строчке. Цифра означает значение сопротивления датчика при 0°С, а буква металл, из которого оно создано.

Для обозначения металла используют:

  • П или Pt — платина;
  • М — медь;
  • N — никель.

Например, 50М — это медный ТС, с сопротивлением 50 Ом при 0 °С.

Ниже представлен фрагмент градуировочной таблицы термометров.

Термометры и пирометры.

Всем известно, что термометр предназначен для измерения температуры какой-либо среды. Этой средой может быть воздух в комнате, теплоноситель внутри котла или температура тела человека. Существуют специальные термометры для измерения температуры блюд в ресторанах. В общем, везде, где нужно знать температуру используются термометры. Они бывают следующих видов:

Если говорить про системы отопления, то в них сейчас чаще всего применяются или биметаллические или полупроводниковые термометры. Жидкостный термометр будет точнее, но с ним больше проблем. Его легко разбить, а если он ртутный то это создаст угрозу отравления людей. Теперь давайте поговорим о том, что такое пирометр.

Что такое пирометр?

пирометр

Пирометр — прибор для бесконтактного определения температуры объектов. Современные пирометры определяю температуру объектов по их инфракрасному излучению, а раньше температуру определяли по цвету свечения объекта, сравнивая его с некоторым эталоном. Точность была, конечно, гораздо ниже чем сейчас.

С помощью пирометра удобно измерять температуру сильно разогретых объектов, к которым нет возможности подойти близко. Также при помощи пирометров люди ищут трубы отопления замурованные внутри стен. Хотя это лучше делать при помощи специального тепловизора.

Температуру маленьких объектов с помощью пирометра нужно измерять с небольшого расстояния, иначе из-за оптического разрешения прибора вы получите не температуру объекта, а некоторую «среднюю температуру по больнице», которая может серьезно отличаться от температуры исследуемого объекта. Разрешение пирометра всегда указывается в его технических характеристиках. Для удобства пирометры оборудуют лазерной указкой, которая упрощает наведение на объект.

Подведем итоги.

Температура — важный параметр для многих систем. Например, в системах отопления отсутствие контроля температуры может привести к закипанию и котла и даже его взрыву. Контроль температуры помогает экономить электроэнергию, которую затрачивает электрический котел. Термостат котла может держать систему отопления в режиме максимальной экономии энергии (режим защиты от размораживания). В общем, знать и контролировать температуру важно и полезно. Советую этим не пренебрегать, на этом пока что все. Жду ваших вопросов по теме статьи.

Выбор температурных датчиков

При выборе подобных приборов следует учитывать такие как факторы как:

  • температурный диапазон, в котором проводятся измерения;
  • необходимость и возможность погружения датчика в объект либо среду;
  • условия проведения замера: для снятия показателей в агрессивной среде лучше предпочесть бесконтактный вариант или модель, помещенную в антикоррозийный корпус;
  • срок эксплуатации прибора до калибровки или замены – некоторые типы приборов (например, термисторы) достаточно быстро выходят из строя;
  • технические данные: разрешение, напряжение, скорость подачи сигнала, погрешность;
  • величина сигнала выхода.

В некоторых случаях также важен материал корпуса прибора, а при использовании в помещениях – размеры и дизайн.

Использованная литература

  1. Виглеб Г  «Датчики», 1989
  2. Фрайден Дж «Современные датчики. Справочник» 2005
  3. Ананьева Н.Г., Ананьева М.С., Самойлов В.Н «Измерение температуры» 2015
  4. Дж. Вебстер «Справочник по измерениям, сенсорам и приборам» 2006

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.

Схема подключений

Для того, чтобы узнать значение сопротивления его надо измерить. Сделать это можно с помощью включения его в измерительную цепь. Для этого используют 3 типа схем, которые отличаются между собой количеством проводов и достигаемой точностью измерений:

  • 2-проводная цепь. Содержит минимальное количество проводов, а значит, самый дешевый вариант. Однако, при выборе данной схемы достичь оптимальной точности измерений не получится — к сопротивлению термометра будет прибавляться сопротивление используемых проводов, которые и будут вносить погрешность, зависимую от длины проводов. В промышленности такая схема применяется редко. Используется лишь для измерений, где не важна особая точность, а датчик находится в непосредственной близости от вторичного преобразователя. 2-проводная схема изображена на левом рисунке.
  • 3-проводная цепь. В отличии от предыдущего варианта здесь добавляется дополнительный провод, накоротко соединённый с одним из двух других измерительных. Его основная цель — возможность получить сопротивление подключенных проводов и вычесть это значение (компенсировать) из измеренного значения от датчика. Вторичный прибор, кроме основного измерения, дополнительно измеряет сопротивление между замкнутыми проводами, получая тем самым значение сопротивления проводов подключения от датчика до барьера или вторичника. Так как провода замкнуты, то это значение должно быть равно нулю, но по факту из-за большой длины проводов, это значение может достигать нескольких Ом. Далее эта погрешность вычитается из измеренного значения, получая более точные показания, за счёт компенсации сопротивления проводов. Такое подключение применяется в большинстве случаев, поскольку является компромиссом между необходимой точностью и приемлемой ценой. 3-х проводная схема изображена на центральном рисунке.
  • 4-проводная цепь. Цель такая же, что и при использовании трехпроводной схемы, но компенсация погрешности идёт обоих измерительных проводов. В трехпроводной схеме значение сопротивления обоих измерительных проводов принимается за одинаковое значение, но по факту оно может незначительно отличаться. За счет добавления ещё одного четвёртого провода в четырехпроводной схеме (закороченного со вторым измерительным проводом), удается получить отдельно его значение сопротивления и почти полностью компенсировать всё сопротивление от проводов. Однако, данная цепь является более дорогой, так как требуется четвёртый проводник и поэтому реализуется или на предприятиях с достаточным финансированием, или при измерении параметров, где нужна большая точность. 4-х проводную схему подключений вы можете увидеть на правом рисунке.

Термометр сопротивления - датчик для измерения температуры: что это такое, описание и виды

Обратите внимание! У датчика Pt1000 уже при нуле градусов сопротивление равно 1000 Ом. Увидеть их можно, например, на паровой трубе, где измеряемая температура равна 100-160 °С, что соответствует примерно 1400-1600 Ом. Сопротивление же проводов в зависимости от длины равно примерно 3-4 Ом, т.е. на погрешность они практически не влияют и смысла в использовании трёх или четырёх проводной схемы подключения особо нет.

Акустические датчики температуры

Принцип работы этих устройств – разная скорость звука в среде при разной температуре. Зная изначальные данные, можно рассчитать изменения температуры по скорости прохождения звуковой волны в веществе. Это бесконтактный метод, позволяющий измерять температуру в закрытых полостях, а также в среде, недоступной для прямого измерения. Используются такие датчики в медицине и промышленности – там, где проникновение к измеряемому веществу невозможно.

датчики измерения температуры 6

Преимущества и недостатки термометров сопротивления

Как и любой прибор, использование термометров сопротивления имеет ряд преимуществ и недостатков. Рассмотрим их.

Преимущества:

  • практически линейная характеристика;
  • измерения достаточно точны (погрешность не более 1°С);
  • некоторые модели дешёвые и просты в использовании;
  • взаимозаменяемость приборов;
  • стабильность работы.

Недостатки:

  • малый диапазон измерений;
  • довольно низкая предельная температура измерений;
  • необходимость использования специальных схем подключения для повышенной точности, что увеличивает стоимость внедрения.

Термометр сопротивления — распространенное устройство практически во всех отраслях промышленности. Этим прибором удобно измерять невысокие температуры, не опасаясь за точность полученных данных. Термометр не отличается особой долговечностью, однако, приемлемая цена и простота замены датчика перекрывают этот небольшой недостаток.

Сравнение типов температурных датчиков

В приведенной ниже таблице показано сравнение разных типов температурных датчиков, описанных в данной статье. Однако имейте в виду, что эту информацию следует воспринимать как обобщение. Таблица предназначена в первую очередь для тех, у кого нет большого опыта и/или знаний о датчиках температуры.

Таблица 1. Краткое сравнение температурных датчиков
Тип датчика Типовой диапазон температур (°C) Точность (+/- °C) Достоинства Недостатки Применение
Термистор
  • В пределах 50°C от заданной центральной температуры
  • Общий диапазон: от -40° до 125°
1
  • Низкая стоимость
  • Надежность
  • Небольшие размеры
  • Нелинейный выход
  • Медленный отклик
Измерение температуры окружающей среды
Термопара от -200° до 1450° 2
  • Высокое разрешение
  • Небольшие размеры
  • Широкий температурный диапазон
  • Строго рекомендуется калибровка
  • Требуется два показания температуры: горячее соединение и холодное соединение
Промышленное использование
RTD от -260° до 850° 1
  • Линейный выход
  • Точность
  • Высокая стоимость
  • Хрупкость: часто помещаются в защищенные пробники
Промышленное использование
Аналоговая микросхема от -40° до 125° (TMP36) 2
  • Простое взаимодействие
  • Простота использования
  • Линейный выход
  • Значительно дороже термисторов
  • Ограниченный температурный диапазон
  • Внутренний термостат
  • Цифровой термометр
Цифровая микросхема от -55° до 125° (DS18B20) 0,5
  • Просто использовать с микроконтроллерами
  • Точность
  • Линейный выход
  • Требуется микроконтроллер или что-то подобное
  • Значительно дороже термисторов
  • Ограниченный температурный диапазон
  • Внутренний термостат
  • Цифровой термометр
  • Бытовая электроника

Теги

PTCRTD (резистивный датчик температуры)Аналоговый термометрДатчикДатчик температурыИзмерениеИзмерение температурыТемператураТермисторТермометрТермопараЦифровой термометр

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом