Sensori di temperatura per riscaldamento: scopo, tipi, istruzioni di installazione

Quando si utilizzano i dispositivi di riscaldamento, è necessario controllare il grado di riscaldamento del liquido di raffreddamento, nonché l'aria nella stanza. I sensori di temperatura per il riscaldamento aiutano a rimuovere e trasmettere informazioni, le cui informazioni possono essere lette visivamente o inviate immediatamente al controller.

Offriamo di capire come funzionano i sensori di temperatura, quali tipi di dispositivi di controllo esistono e quali parametri devono essere considerati nella scelta di un dispositivo. Inoltre, abbiamo preparato istruzioni dettagliate che ti aiuteranno a installare autonomamente il sensore di temperatura sul radiatore di riscaldamento.

Il principio di funzionamento del sensore termico

Puoi controllare il sistema di riscaldamento con una varietà di metodi, tra cui:

• dispositivi automatici per l'alimentazione tempestiva;
• unità di monitoraggio della sicurezza;
• unità di miscelazione.

Per il corretto funzionamento di tutti questi gruppi, sono necessari sensori di temperatura che forniscono segnali sul funzionamento dei dispositivi. Il monitoraggio delle letture di questi dispositivi consente di identificare i malfunzionamenti nel sistema in tempo e adottare misure correttive.

Esistono molti tipi di strumenti utilizzati per misurare la temperatura. Possono essere immersi in liquidi refrigeranti, utilizzati all'interno o all'esterno

Il sensore di temperatura può essere utilizzato come dispositivo separato, ad esempio, per controllare la temperatura ambiente o essere una parte inestricabile di un dispositivo complesso, ad esempio una caldaia di riscaldamento.

La base di tali dispositivi utilizzati nel controllo automatizzato è il principio di conversione degli indicatori di temperatura in un segnale elettrico. Per questo motivo, i risultati della misurazione possono essere rapidamente trasmessi sulla rete sotto forma di un codice digitale, che garantisce alta velocità, sensibilità e accuratezza della misurazione.

Allo stesso tempo, vari dispositivi per misurare lo stadio di riscaldamento possono avere caratteristiche di progettazione che influenzano una serie di parametri: lavorare in un determinato ambiente, metodo di trasmissione, metodo di visualizzazione e altri.

Tipi di dispositivi di misurazione della temperatura

I dispositivi termici possono essere classificati in base a una serie di criteri importanti, tra cui il metodo di trasmissione delle informazioni, la posizione e le condizioni di installazione, nonché l'algoritmo di lettura.

Con il metodo di trasferimento delle informazioni

Secondo il metodo utilizzato per trasmettere informazioni, i sensori sono divisi in due grandi categorie:

• dispositivi a filo;
• sensori wireless.

Inizialmente, tutti questi dispositivi erano dotati di fili attraverso i quali i sensori di temperatura erano collegati all'unità di controllo, trasmettendo informazioni ad essa. Sebbene questi dispositivi siano ora soppiantati dalle controparti wireless, sono ancora spesso utilizzati in circuiti semplici.

Inoltre, i sensori cablati sono più precisi e affidabili.

Per garantire il funzionamento coordinato del sensore cablato utilizzato nel dispositivo composito, è auspicabile combinarlo con apparecchiature fabbricate dallo stesso produttore

Oggi, i dispositivi wireless, che molto spesso trasmettono informazioni utilizzando un trasmettitore e un ricevitore di onde radio, hanno guadagnato distribuzione. Tali dispositivi possono essere montati quasi ovunque, inclusa una stanza separata o all'aperto.

Caratteristiche importanti di tali sensori di temperatura sono:

• la presenza di una batteria;
• errore di misura;
• gamma di trasmissione del segnale.

I dispositivi wireless / cablati possono sostituirsi completamente a vicenda, tuttavia, ci sono alcune funzionalità nel loro funzionamento.

Per posizione e metodo di posizionamento

Nel luogo di attacco, tali dispositivi sono suddivisi nelle seguenti varietà:

• fatture collegate al circuito di riscaldamento;
• sommergibile a contatto con il liquido di raffreddamento;
• al coperto situato in uno spazio residenziale o ufficio;
• esterno, che si trova all'esterno.

In alcune unità, è possibile utilizzare contemporaneamente diversi tipi di sensori per il controllo della temperatura.

Secondo il meccanismo di lettura

Con il metodo di dimostrazione delle informazioni, i dispositivi possono essere:

• bimetallico;
• alcool.

Nella prima forma di realizzazione, si presume che utilizzi due piastre di metalli diversi, nonché un comparatore. All'aumentare della temperatura, uno degli elementi si deforma, creando pressione sulla freccia. Le letture di tali dispositivi sono di buona precisione, ma la loro inerzia è un grande svantaggio.

I termostati bimetallici e alcolici sono spesso installati su apparecchiature di riscaldamento, come le caldaie. Consentono di monitorare il riscaldamento, che può portare a conseguenze fatali.

I sensori il cui funzionamento si basa sull'uso di alcol sono quasi completamente privi di questo inconveniente. In questo caso, una soluzione contenente alcol viene espansa in un pallone ermeticamente sigillato, che si espande quando riscaldato. Il design è abbastanza elementare, affidabile, ma non molto conveniente per l'osservazione.

Diversi tipi di sensori di temperatura

Per misurare la temperatura, vengono utilizzati dispositivi con un diverso principio di funzionamento. Tra i più popolari ci sono i dispositivi elencati di seguito.

Termocoppie: rimozione accurata - difficoltà di interpretazione

Tale dispositivo è costituito da due fili saldati insieme, fatti di vari metalli. La differenza di temperatura che si pone tra le estremità calde e fredde funge da fonte di corrente elettrica di 40-60 μV (l'indicatore dipende dal materiale della termocoppia).

Le combinazioni più utilizzate di metalli e leghe per la fabbricazione di termocoppie sono: cromo-alluminio, ferro-costantan, ferro-nichel, nichel-cromo e altri

Una termocoppia è considerata un sensore di temperatura ad alta precisione, tuttavia è abbastanza difficile ricavarne letture accurate.Per fare ciò, è necessario conoscere la forza elettromotrice (EMF) utilizzando la differenza di temperatura del dispositivo.

Affinché il risultato sia corretto, è importante compensare la temperatura della giunzione fredda, utilizzando, ad esempio, un metodo hardware in cui una seconda termocoppia viene posizionata in un mezzo di una temperatura precedentemente nota.

Il metodo di compensazione del software prevede l'inserimento di un altro sensore di temperatura nell'isocamera insieme a giunzioni fredde, che consente di controllare la temperatura con una determinata precisione.

Alcune difficoltà sono causate dal processo di acquisizione dei dati da una termocoppia a causa della sua non linearità. Per l'accuratezza delle indicazioni, GOST R 8.585-2001 ha introdotto coefficienti polinomiali, che consentono di tradurre l'EMF in temperatura, nonché di eseguire operazioni inverse.

Un altro problema è che le letture sono prese in microvolt, per la cui conversione è impossibile usare dispositivi digitali ampiamente disponibili. Per utilizzare una termocoppia in strutture, è necessario fornire trasduttori multi-bit precisi con un livello di rumore minimo.

Termistori: facile e semplice

È molto più facile misurare la temperatura usando i termistori, che si basano sul principio di dipendenza della resistenza dei materiali dalla temperatura ambiente. Tali dispositivi, ad esempio, realizzati in platino, presentano vantaggi importanti quali elevata precisione e linearità.

Il problema principale di tali sensori di temperatura può essere considerato un coefficiente di resistenza di temperatura estremamente basso, tuttavia è ancora più facile misurarlo accuratamente piuttosto che catturare piccoli valori della tensione della termocoppia

Una caratteristica importante di una resistenza è la resistenza di base a una certa temperatura. Secondo GOST 21342.7-76, questo indicatore è misurato a 0 ° C. Si consiglia un numero di valori di resistenza (Ohm) e T_ks - coefficiente di temperatura.

Indicatore T._ks calcolato dalla formula:

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

dove:

• R_e - resistenza alla temperatura corrente;
• R_0c - resistenza a 0 ° C;
• T_e - temperatura attuale;
• T_0c - 0 ° C.

Il GOST mostra anche i coefficienti di temperatura forniti per vari dispositivi di misurazione in rame, nichel, platino e indica anche i coefficienti polinomiali utilizzati per calcolare la temperatura in base agli attuali indicatori di resistenza.

I sensori a termistore sono molto diffusi nei settori dell'elettronica e dell'ingegneria, a causa dell'accuratezza delle letture, della sensibilità e del funzionamento poco impegnativo

La resistenza può essere misurata collegando il dispositivo al circuito sorgente corrente e misurando la tensione differenziale. Gli indicatori possono essere controllati mediante circuiti integrati, la cui uscita analogica è uguale alla tensione fornita.

I sensori termici con dispositivi simili possono essere collegati in modo sicuro a un convertitore analogico-digitale, digitalizzandolo con un ADC a otto o dieci bit.

Sensore digitale per misurazioni simultanee

Anche i sensori di temperatura digitali sono stati ampiamente utilizzati, ad esempio il modello DS18B20, il cui funzionamento viene eseguito utilizzando un chip con tre uscite. Grazie a questo dispositivo, è possibile effettuare contemporaneamente letture della temperatura da diversi sensori che funzionano in parallelo, mentre l'errore è solo 0,5° C.

Un modello popolare è il sensore combinato di temperatura / umidità SHT1, che consente di misurare il calore con una precisione di + 2 ° e l'umidità con un errore di +5. Tuttavia, il produttore stesso afferma che esistono dispositivi più precisi ed economici

Tra gli altri vantaggi di questo dispositivo si può anche notare una vasta gamma di temperature di funzionamento (-55 + 125 ° C). Lo svantaggio principale è l'operazione lenta: per i calcoli più accurati, il dispositivo richiede almeno 750 ms.

Irometri senza contatto (termocamere)

L'azione di questi sensori di prossimità si basa sulla fissazione della radiazione termica dai corpi. Per caratterizzare questo fenomeno, viene utilizzata la quantità di energia rilasciata per unità di tempo da una superficie unitaria, che è per unità della gamma di lunghezze d'onda.

Un criterio simile che riflette l'intensità della radiazione monocromatica si chiama luminosità spettrale.

Sono disponibili i seguenti tipi di pirometri:

• radiazioni;
• luminanza (ottica);
• colore.

radiazione pirometri consentire misurazioni entro 20-25000 ° C, tuttavia, per determinare la temperatura, è importante tenere conto del coefficiente di incompletezza delle radiazioni, il cui valore effettivo dipende dalle condizioni fisiche del corpo, dalla sua composizione chimica e da altri fattori.

Il principale elemento attivo del sensore di radiazione è un telescopio, all'interno del quale è presente una batteria costituita da un circuito in serie di termocoppie. Le estremità di lavoro di questi dispositivi si trovano su un lobo rivestito in platino (+)

Pirometri di luminosità (ottica) Progettato per misurare temperature di 500-4000 ° C. Forniscono un'elevata accuratezza delle misurazioni, tuttavia, possono distorcere le letture a causa del possibile assorbimento delle radiazioni dai corpi da parte di un mezzo intermedio attraverso il quale vengono fatte le osservazioni.

Pirometri a colorile cui azioni si basano sulla determinazione dell'intensità della radiazione a due lunghezze d'onda - preferibilmente nella sezione rossa o blu dello spettro, vengono utilizzate per misurazioni nell'intervallo tra 800 e 0 ° C.

Il loro principale vantaggio è che l'incompletezza della radiazione non influisce sugli errori di misurazione. Inoltre, gli indicatori sono indipendenti dalla distanza dall'oggetto.

Trasduttori di temperatura al quarzo (piezoelettrici)

Per ottenere letture della temperatura entro -80 + 250 ° C, è possibile utilizzare trasduttori al quarzo (elementi piezoelettrici), il cui principio si basa sulla dipendenza in frequenza del quarzo dal riscaldamento. In questo caso, la posizione del taglio lungo gli assi cristallini influisce sulla funzione del convertitore.

I dispositivi piezoelettrici (quarzo) sono più spesso utilizzati nella ricerca, poiché tali dispositivi sono caratterizzati da un ampio intervallo di misurazione, affidabilità, alta precisione

I sensori piezoelettrici si distinguono per la sensibilità fine, l'alta risoluzione, sono in grado di funzionare in modo affidabile per lungo tempo. Tali dispositivi sono ampiamente utilizzati nella produzione di termometri digitali e sono considerati uno dei dispositivi più promettenti per le tecnologie future.

Sensori di temperatura del rumore (acustico)

Il funzionamento di tali dispositivi viene fornito rimuovendo la differenza di potenziale acustico a seconda della temperatura del resistore.

I metodi acustici consentono di effettuare letture della temperatura in spazi ristretti e ambienti in cui la misurazione diretta non è possibile. Dispositivi simili sono utilizzati in medicina, nella ricerca subacquea e nell'industria

Il metodo di misurazione di tali sensori è abbastanza semplice: è necessario confrontare il rumore prodotto da due elementi simili, uno dei quali è a una temperatura nota e il secondo a una temperatura determinata.

I sensori acustici di temperatura sono adatti per misurare l'intervallo -270 - +1100°C. Inoltre, la complessità del processo risiede nel livello di rumore troppo basso: i suoni emessi dall'amplificatore a volte lo annegano.

Sensori di temperatura NQR

L'essenza del funzionamento dei termometri a risonanza quadrupolare nucleare è l'azione del gradiente di campo, che forma il reticolo cristallino e il momento del nucleo - un indicatore causato dalla deviazione della carica dalla simmetria della sfera.

Come risultato di questo fenomeno, sorge una processione di nuclei: la sua frequenza dipende dal gradiente del campo reticolare. La temperatura influenza anche la grandezza di questo indicatore: il suo aumento provoca un calo della frequenza NQR.

L'elemento principale di tali sensori è un'ampolla con una sostanza che viene inserita in un avvolgimento di induttanza collegato al circuito del generatore.

Il vantaggio dei dispositivi è la durata della misurazione illimitata, l'affidabilità e il funzionamento stabile. Lo svantaggio è la non linearità delle misurazioni, che rende necessario l'uso della funzione di conversione.

Dispositivi a semiconduttore

Una categoria di dispositivi che funziona sulla base dei cambiamenti nelle caratteristiche della giunzione pn causati dalla temperatura. La tensione sul transistor è sempre proporzionale all'effetto della temperatura, il che rende facile calcolare questo fattore.

I vantaggi di tali dispositivi sono l'elevata precisione dei dati, il basso costo e la linearità delle caratteristiche nell'intero intervallo di misurazione. L'installazione di tali dispositivi viene convenientemente eseguita direttamente su un substrato semiconduttore, rendendoli eccellenti per la microelettronica.

Sensori di temperatura volumetrici

Tali dispositivi si basano sul noto principio di espansione e contrazione delle sostanze osservate durante il riscaldamento o il raffreddamento. Tali sensori sono abbastanza pratici. Possono essere utilizzati per determinare temperature tra -60 - + 400 ° С.

Per la possibilità di controllo visivo della temperatura, la maggior parte dei sensori di temperatura situati nelle stanze sono dotati di display su cui vengono visualizzati i valori correnti.

È importante ricordare che le misurazioni dei liquidi con tali dispositivi sono limitate dalle temperature di ebollizione e di congelamento e dei gas dalla loro transizione verso uno stato liquido. L'errore di misurazione causato dall'influenza dell'ambiente per questi dispositivi è piuttosto piccolo: varia tra 1-5%.

Selezione di sensori di temperatura

Quando si scelgono tali dispositivi, fattori come:

• intervallo di temperatura in cui vengono eseguite le misurazioni;
• la necessità e la capacità di immergere il sensore in un oggetto o ambiente;
• condizioni di misurazione: per prendere gli indicatori in un ambiente aggressivo, è meglio preferire un'opzione senza contatto o un modello inserito in una custodia anticorrosiva;
• la durata del dispositivo prima della calibrazione o della sostituzione - alcuni tipi di dispositivi (ad esempio termistori) si guastano abbastanza rapidamente;
• dati tecnici: risoluzione, tensione, velocità di avanzamento del segnale, errore;
• grandezza del segnale di uscita.

In alcuni casi, anche il materiale della custodia del dispositivo è importante e, se utilizzato in ambienti chiusi, è la dimensione e il design.

Linee guida per l'installazione fai-da-te

Tali apparecchi sono ampiamente utilizzati per vari scopi: sono dotati di radiatori, caldaie per riscaldamento e altri elettrodomestici.

Prima di iniziare l'installazione, leggere attentamente le istruzioni: indica non solo le caratteristiche di installazione (ad esempio le dimensioni per il collegamento all'ugello), ma anche le regole operative, nonché i limiti di temperatura per i quali il dispositivo di misurazione è adatto.

È inoltre necessario tenere conto delle dimensioni della manica, che può variare tra 120-160 mm.

Considera i due casi più comuni di montaggio di un sensore di temperatura.

Collegamento del dispositivo al radiatore

Non è necessario dotare tutti gli apparecchi di riscaldamento di un termostato. Secondo le normative, sensori montati sulla batteriase la sua capacità totale supera il 50% della produzione di calore con sistemi simili. Se ci sono due riscaldatori nella stanza, il termostato viene installato solo su uno con un indicatore di potenza superiore.

Il sensore di temperatura è una parte obbligatoria dei termoregolatori, che consente di ridurre o aumentare il riscaldamento di radiatori, riscaldamento a pavimento e altri apparecchi di riscaldamento

La valvola del dispositivo è installata sul tubo di alimentazione nel punto di collegamento del radiatore alla rete di riscaldamento. Se è impossibile inserirlo in un circuito esistente, è necessario smontare il cavo di alimentazione, che può causare alcune difficoltà.

Per eseguire questa manipolazione, è necessario utilizzare uno strumento per tagliare i tubi, mentre l'installazione di una testa termica viene facilmente eseguita senza attrezzature speciali. Non appena il sensore è montato, è sufficiente combinare i segni fatti sulla custodia e sul dispositivo, dopo di che la testa viene fissata premendo delicatamente la mano.

Montaggio di un sensore della temperatura dell'aria

Tale dispositivo viene installato nel soggiorno più freddo senza correnti d'aria (in sala, cucina o locale caldaia, la sua installazione è indesiderabile, in quanto può causare disturbi nel sistema).

Quando si sceglie un luogo, è necessario assicurarsi che la luce del sole non cada sul dispositivo, non ci dovrebbero essere apparecchi di riscaldamento (riscaldatori, radiatori, tubi) nelle vicinanze.

Per un sistema di riscaldamento convenzionale, è sufficiente un termostato, mentre con un circuito collettore è preferibile utilizzare diversi sensori, il cui numero coincide con il numero di stanze. Ciò ti consentirà di regolare individualmente la temperatura in spazi separati.

Il collegamento del dispositivo viene eseguito secondo le istruzioni che si trovano nel passaporto tecnico, utilizzando i terminali o il cavo inclusi nel kit.

È richiesto il monitoraggio della temperatura sensore termico nel "pavimento caldo" può trovarsi in profondità nel massetto di cemento. In questo caso, è possibile utilizzare come protezione un tubo corrugato con un'estremità chiusa e una curva inclinata.

Quest'ultima funzione consente di rimuovere un dispositivo rotto e sostituirlo con uno nuovo, se necessario.

L'installazione del dispositivo è la seguente:

1. Un incavo è disposto nella parete per il montaggio dell'attacco.
2. La parte anteriore viene rimossa dal sensore di temperatura, dopo di che il dispositivo viene installato sul sito preparato.
3. Successivamente, il cavo di riscaldamento è collegato ai contatti, mentre i sensori sono collegati ai terminali.

Il passaggio finale consiste nel collegare il cavo di alimentazione e installare il pannello anteriore al suo posto.

Lo schema di collegamento del termostato per la caldaia di riscaldamento è descritto in dettaglio in questo articolo.

Se il dispositivo, per la funzionalità di cui è necessaria la connessione interna dei sensori, ha un design complesso, è meglio contattare gli specialisti.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video seguente mostra come installare gli apparecchi termici su una caldaia:

L'installazione dei sensori sui tubi di alimentazione e di ritorno differisce:

I sensori di temperatura sono ampiamente utilizzati sia in vari settori che per scopi domestici. Una vasta gamma di tali dispositivi, basati su diversi principi operativi, consente di scegliere l'opzione migliore per risolvere un determinato problema.

Nelle case e negli appartamenti, tali dispositivi vengono spesso utilizzati per mantenere una temperatura confortevole nei locali e per regolare i sistemi di riscaldamento: batterie, riscaldamento a pavimento.

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