Šildymo temperatūros jutikliai: paskirtis, rūšys, montavimo instrukcijos

Dirbant šildymo prietaisams, reikia kontroliuoti šilumnešio įkaitimo laipsnį, taip pat patalpos oro temperatūrą. Informaciją paimti ir perduoti padeda šildymo temperatūros jutikliai, kurių duomenys gali būti nuskaitomi vizualiai arba iš karto siunčiami į valdiklį.

Siūlome išsiaiškinti, kaip veikia temperatūros jutikliai, kokios yra kontrolinių prietaisų rūšys ir į kokius parametrus verta atsižvelgti renkantis prietaisą. Be to, parengėme nuoseklią instrukciją, kuri padės savarankiškai sumontuoti termojutiklį ant šildymo radiatoriaus.

Šiluminio jutiklio veikimo principas

Šildymo sistemą galima kontroliuoti įvairiais metodais, tarp kurių:

• automatiniai įrenginiai savalaikiam energijos tiekimui;
• saugą stebintys blokai;
• maišymo mazgai.

Kad visos šios grupės veiktų tinkamai, būtini temperatūros jutikliai, siunčiantys signalus apie prietaisų veikimą. Šių prietaisų rodmenų stebėjimas leidžia laiku nustatyti sistemos gedimus ir imtis taisomųjų veiksmų.

Yra daugybė prietaisų, naudojamų temperatūrai matuoti, atmainų. Jie gali būti panardinami į šilumnešius, naudojami patalpose arba išdėstomi lauke.

Termojutiklis gali būti naudojamas kaip atskiras prietaisas, pavyzdžiui, kambario temperatūrai kontroliuoti, arba būti neatsiejama sudėtingo įrenginio, pavyzdžiui, šildymo katilo, dalis.

Tokių prietaisų, naudojamų automatizuotame valdyme, pagrindas yra temperatūros rodiklių pavertimo elektriniu signalu principas. Dėl to matavimo rezultatus galima greitai perduoti tinklu skaitmeninio kodo pavidalu, o tai užtikrina didelį greitį, jautrumą ir matavimo tikslumą.

Tuo pačiu metu įvairūs šildymo stadijos matavimo prietaisai gali turėti konstrukcinių ypatybių, turinčių įtakos daugeliui parametrų: darbui tam tikroje aplinkoje, perdavimo būdui, vizualizavimo metodui ir kt.

Temperatūros matavimo prietaisų rūšys

Termoprietaisai gali būti klasifikuojami pagal keletą svarbių kriterijų, tarp kurių informacijos perdavimo būdas, montavimo vieta ir sąlygos, taip pat rodmenų nuskaitymo algoritmas.

Pagal informacijos perdavimo būdą

Pagal naudojamą informacijos perdavimo metodą jutikliai skirstomi į dvi dideles kategorijas:

• laidiniai prietaisai;
• belaidžiai davikliai.

Iš pradžių visi tokie įtaisai buvo aprūpinti laidais, per kuriuos termodavikliai susisiekdavo su valdymo bloku, perduodami jam informaciją. Nors dabar šiuos prietaisus išstūmė belaidžiai analogai, jie vis dar dažnai naudojami paprastose schemose.

Be to, laidiniai davikliai pasižymi didesniu rodmenų tikslumu ir patikimumu darbe.

Siekiant užtikrinti suderintą laidinio daviklio, naudojamo sudėtiniame įrenginyje, darbą, pageidautina jį derinti su įranga, pagaminta to paties gamintojo.

Šiuo metu paplito belaidžiai įrenginiai, kurie dažniausiai perduoda duomenis radijo bangų siųstuvu ir imtuvu. Tokius prietaisus galima montuoti beveik visur, įskaitant atskirą patalpą ar atvirą orą.

Svarbios tokių termodaviklių charakteristikos yra:

• akumuliatoriaus buvimas;
• atliktų matavimų paklaida;
• signalo perdavimo nuotolis.

Belaidžiai / laidiniai įrenginiai gali visiškai pakeisti vienas kitą, tačiau jų veikime yra tam tikrų ypatumų.

Pagal vietą ir išdėstymo būdą

Pagal tvirtinimo vietą tokie prietaisai skirstomi į šias rūšis:

• antdėtiniai, tvirtinami prie šildymo kontūro;
• panardinamieji, besiliečiantys su šilumnešiu;
• kambariniai, esantys gyvenamojoje ar tarnybinėje patalpoje;
• išoriniai, kurie yra įrengti lauke.

Kai kuriuose agregatuose gali būti vienu metu naudojami kelių rūšių davikliai temperatūrai kontroliuoti.

Pagal rodmenų nuskaitymo mechanizmą

Pagal informacijos rodymo būdą prietaisai gali būti:

• bimetaliniai;
• alkoholiniai.

Pirmajame variante numatytas dviejų plokštelių, pagamintų iš skirtingų metalų, naudojimas, taip pat rodyklės indikatorius. Kylant temperatūrai, vienas iš elementų deformuojasi, sukurdamas spaudimą rodyklei. Tokių prietaisų rodmenys pasižymi geru tikslumu, tačiau didelis jų trūkumas yra inertiškumas.

Bimetaliniai ir alkoholiniai termostatai dažnai montuojami ant šildymo aparatūros, pavyzdžiui, katilų. Jie leidžia stebėti kaitinimą, kurio viršijimas gali sukelti mirtinas pasekmes.

Šio trūkumo beveik visiškai neturi davikliai, kurių darbas pagrįstas alkoholio naudojimu. Šiuo atveju į hermetiškai užlituotą kolbą įpilamas alkoholio turintis tirpalas, kuris kaitinant plečiasi. Konstrukcija yra gana elementari, patikima, bet ne itin patogi stebėjimams.

Įvairūs termojutiklių tipai

Temperatūros rodmenims nuskaityti naudojami įrenginiai, turintys skirtingą veikimo principą. Prie paklausiausių priskiriami toliau išvardyti prietaisai.

Termoporos: tikslus nuskaitymas – sudėtingumas interpretuojant

Panašus prietaisas susideda iš dviejų skirtingų metalų vielų, sulituotų viena su kita. Temperatūros skirtumas tarp karšto ir šalto galo sukuria elektros srovės šaltinį, kurio dydis yra 40-60 μV (rodiklis priklauso nuo termoporos medžiagos).

Dažniausiai termoporoms gaminti naudojami šie metalų ir lydinių deriniai: chromas-aliuminis, geležis-konstantanas, geležis-nikelis, nikelis-chromas ir kiti.

Termopora laikoma aukštos precizijos temperatūros jutikliu, tačiau iš jos gauti tikslius rodmenis yra gana sudėtinga. Tam reikia sužinoti elektrovarą (EV), naudojant prietaiso temperatūrų skirtumą.

Kad rezultatas būtų teisingas, svarbu kompensuoti šaltojo sujungimo temperatūrą, naudojant, pavyzdžiui, techninį metodą, kai antra termopora dedama į iš anksto žinomos temperatūros terpę.

Programinis kompensavimo metodas apima kito termojutiklio patalpinimą į izokamerą kartu su šaltaisiais sujungimais, tai leidžia kontroliuoti temperatūrą nustatytu tikslumu.

Kai kuriuos sunkumus sukelia duomenų rinkimo iš termoporos procesas dėl jų netiesiškumo. Siekiant rodmenų tikslumo, GOST R 8.585-2001 standarte įvesti polinomo koeficientai, leidžiantys versti EV į temperatūrą, taip pat atlikti atvirkštines operacijas.

Dar viena problema ta, kad rodmenys imami mikrovoltais, kuriems konvertuoti neįmanoma naudoti plačiai prieinamų skaitmeninių prietaisų. Norint naudoti termoporą konstrukcijose, būtina numatyti tikslius, daugiaženklius keitiklius, turinčius minimalų triukšmo lygį.

Termorezistoriai: lengva ir paprasta

Žymiai paprasčiau matuoti temperatūrą termorezistoriais, kurių pagrindas yra medžiagų varžos priklausomybės nuo aplinkos temperatūros principas. Panašūs prietaisai, pavyzdžiui, pagaminti iš platinos, turi tokias svarbias privalumus kaip aukštas tikslumas ir tiesiškumas.

Pagrindine tokių termojutiklių problema galima laikyti itin žemą temperatūrinį varžos koeficientą, tačiau jį tiksliai išmatuoti vis tiek lengviau nei aptikti mažas termoporų įtampos vertes.

Svarbi rezistoriaus charakteristika yra bazinė varža tam tikroje temperatūroje. Pagal GOST 21342.7-76, šis rodiklis matuojamas 0°C temperatūroje. Taip pat rekomenduojama naudoti varžos verčių eilę (omais), taip pat T_ks – temperatūrinį koeficientą.

Rodiklis T_ks apskaičiuojamas pagal formulę:

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

Kur:

• R_e – varža esant esamai temperatūrai;
• R_0c – varža esant 0°C;
• T_e – esama temperatūra;
• T_0c – 0°C.

GOST'e taip pat pateikti temperatūros koeficientai, numatyti įvairiems matavimo prietaisams, pagamintiems iš vario, nikelio, platinos, taip pat nurodomi polinomo koeficientai, naudojami temperatūrai apskaičiuoti pagal esamus varžos rodmenis.

Termorezistoriniai davikliai yra plačiai paplitę elektronikos ir mašinų gamybos pramonėje dėl rodmenų tikslumo, jautrumo ir nereiklumo eksploatacijoje.

Atsparumą galima išmatuoti įjungus prietaisą į srovės šaltinio grandinę ir išmatavus diferencialinę įtampą. Rodmenis galima kontroliuoti naudojant integrines mikroschemas, kurių analoginis išėjimas yra lygus maitinimo įtampai.

Termodaviklius su panašiais įrenginiais galima drąsiai prijungti prie analoginio-skaitmeninio keitiklio, digitalizuojant jį aštuonių ar dešimties bitų ADC.

Skaitmeninis daviklis vienalaikiams matavimams

Plačiai taikomi ir skaitmeniniai termodavikliai, pavyzdžiui, modelis DS18B20, kurio veikimas vykdomas naudojant trijų išėjimų mikroschemą. Dėl šio įrenginio galima vienu metu gauti temperatūros rodmenis iš kelių lygiagrečiai veikiančių daviklių, o paklaida siekia tik 0,5°С.

Populiarus modelis yra kombinuotas temperatūros/drėgmės daviklis SHT1, kuris leidžia atlikti šilumos matavimus +2° tikslumu, o drėgmės – su +5 paklaida. Tačiau pats gamintojas teigia, kad yra tikslesnių ir ekonomiškesnių prietaisų.

Tarp kitų šio prietaiso privalumų galima paminėti platų darbinių temperatūrų diapazoną (-55+125°C). Tačiau pagrindinis trūkumas – lėtas darbas: maksimaliai tiksliems skaičiavimams prietaisui reikia ne mažiau kaip 750 ms.

Bekontakiai pirometrai (termovizoriai)

Šių bekontakčių daviklių veikimas pagrįstas šiluminės spinduliuotės, sklindančios iš kūnų, fiksavimu. Šiam reiškiniui apibūdinti naudojamas energijos kiekis, išskiriamas per laiko vienetą iš paviršiaus vieneto, tenkantis bangos ilgio diapazono vienetui.

Toks kriterijus, atspindintis monochromatinės spinduliuotės intensyvumą, vadinamas spektriniu šviesumu.

Egzistuoja šios pirometrų rūšys:

• radiaciniai;
• ryškumo (optiniai);
• spalviniai.

Radiaciniai pirometrai leidžia atlikti matavimus nuo 20 iki 25000°C, tačiau temperatūrai nustatyti svarbu atsižvelgti į spinduliuotės nevisiškumo koeficientą, kurio faktinė vertė priklauso nuo kūno fizinės būklės, jo cheminės sudėties ir kitų veiksnių.

Pagrindinis spindulinio jutiklio veikimo elementas yra teleskopas, kurio viduje yra baterija, sudaryta iš nuoseklios termoporų grandinės. Šių įrenginių darbiniai galai yra ant platina dengto lapelio (+)

Ryškumo (optiniai) pirometrai yra skirti temperatūrai nuo 500 iki 4000 °C matuoti. Jie užtikrina aukštą matavimo tikslumą, tačiau gali iškraipyti rodmenis dėl galimo spindulių sugerties nuo kūnų tarpinėje terpėje, per kurią atliekami stebėjimai.

Spalviniai pirometrai, kurių veikimas pagrįstas spinduliuotės intensyvumo nustatymu dviem bangų ilgiais – pageidautina raudonoje arba mėlynoje spektro dalyje, naudojami matavimams nuo 800 iki 0 °C.

Pagrindinis jų privalumas yra tai, kad spinduliavimo nevisiškumas neturi įtakos matavimo paklaidoms. Be to, rodikliai nepriklauso nuo atstumo iki objekto.

Kvarco (pjezoelektriniai) temperatūros keitikliai

Temperatūros rodmenims gauti intervale nuo -80 iki +250 °C galima naudoti kvarco keitiklius (pjezoelementus), kurių veikimo principas pagrįstas kvarco dažnio priklausomybe nuo kaitinimo. Be to, keitiklio funkcijai įtakos turi pjūvio padėtis kristalografinių ašių atžvilgiu.

Pjezoelektriniai (kvarco) įtaisai dažniausiai naudojami moksliniuose tyrimuose, nes tokie prietaisai pasižymi išplėstu matavimo diapazonu, patikimumu, dideliu tikslumu.

Pjezoelektriniai davikliai pasižymi subtiliu jautrumu, didele skyra, jie gali patikimai veikti ilgą laiką. Tokie prietaisai plačiai naudojami gaminant skaitmeninius termometrus ir laikomi vienais perspektyviausių ateities technologijų prietaisų.

Triukšminiai (akustiniai) temperatūros davikliai

Tokių įrenginių veikimą užtikrina akustinio potencialų skirtumo matavimas priklausomai nuo rezistoriaus temperatūros.

Akustiniai metodai leidžia gauti temperatūros rodmenis uždaruose tūriuose ir terpėse, kur neįmanoma tiesiogiai matuoti. Tokie prietaisai naudojami medicinoje, povandeniniuose tyrimuose, taip pat pramonėje.

Matavimo būdas tokiais davikliais yra gana paprastas: reikia palyginti triukšmus, kuriuos skleidžia du analogiški elementai, vienas iš kurių yra iš anksto žinomoje temperatūroje, o kitas – nustatomoje temperatūroje.

Akustiniai termodavikliai tinka matuoti intervalą nuo -270 iki +1100°C. Tačiau proceso sudėtingumas yra per mažas triukšmo lygis: stiprintuvo skleidžiami garsai kartais jį nustelbia.

JaKR temperatūros davikliai

Branduolinio kvadrupolinio rezonanso termometrų veikimo esmė – lauko gradiento, kurį sudaro kristalo gardelės ir branduolio momentas – rodiklio, atsirandančio dėl krūvio nuokrypio nuo sferos simetrijos, poveikis.

Dėl tokio reiškinio atsiranda branduolių precesija: jos dažnis priklauso nuo gardelės lauko gradiento. Šio rodiklio dydžiui įtakos turi ir temperatūra: jos pakilimas sukelia branduolinio kvadrupolinio rezonanso dažnio kritimą.

Pagrindinis tokių jutiklių elementas – ampulė su medžiaga, kuri dedama į induktyvumo apviją, sujungtą su generatoriaus kontūru.

Prietaisų privalumas – neribota matavimų trukmė, patikimumas ir stabilus veikimas. Trūkumas – matavimų netiesiškumas, dėl kurio reikia naudoti transformavimo funkciją.

Puslaidininkiniai įrenginiai

Įrenginių kategorija, veikianti remiantis temperatūrų poveikio sukeltais p-n sandūros charakteristikų pokyčiais. Tranzistoriaus įtampa visada proporcinga temperatūros poveikiui, todėl šį veiksnį lengva apskaičiuoti.

Tokių įrenginių privalumai – aukštas duomenų tikslumas, maža kaina, charakteristikų tiesiškumas visame matavimų diapazone. Tokius įrenginius patogu montuoti tiesiai ant puslaidininkinio pagrindo, todėl jie puikiai tinka mikroelektronikai.

Tūriniai keitikliai temperatūrai matuoti

Tokių įrenginių pagrindas yra gerai žinomas medžiagų plėtimosi ir susitraukimo principas, stebimas kaitinant arba aušinant. Tokie jutikliai yra pakankamai praktiški. Jie gali būti naudojami temperatūrai nustatyti diapazone nuo -60 – +400°C.

Siekiant vizualiai kontroliuoti temperatūrą, dauguma patalpose esančių termojutiklių yra su ekranais, kuriuose rodomos dabartinės vertės.

Svarbu atsiminti, kad skysčių matavimai tokiais prietaisais yra ribojami virimo ir užšalimo temperatūros, o dujų – jų perėjimo į skystą būseną. Aplinkos įtakos sukelta matavimo paklaida šiems prietaisams yra pakankamai maža: ji svyruoja 1–5% ribose.

Temperatūros jutiklių pasirinkimas

Renkantis tokius prietaisus, reikėtų atsižvelgti į tokius veiksnius kaip:

• temperatūros diapazonas, kuriame atliekami matavimai;
• jutiklio panardinimo į objektą ar terpę būtinumas ir galimybė;
• matavimo atlikimo sąlygos: norint nuskaityti rodiklius agresyvioje aplinkoje, geriau rinktis bekontaktį variantą arba modelį, patalpintą antikoroziniame korpuse;
• prietaiso eksploatavimo laikas iki kalibravimo ar pakeitimo – kai kurie prietaisų tipai (pvz., termistoriai) gana greitai sugenda;
• techniniai duomenys: skiriamoji geba, įtampa, signalo perdavimo greitis, paklaida;
• išėjimo signalo dydis.

Kai kuriais atvejais taip pat svarbi prietaiso korpuso medžiaga, o naudojant patalpose – matmenys ir dizainas.

Rekomendacijos montuojant savo jėgomis

Tokie prietaisai plačiai naudojami įvairiems tikslams: jais aprūpinami radiatoriai, šildymo katilai ir kiti buitiniai prietaisai.

Prieš pradedant montavimą reikia atidžiai perskaityti instrukciją: joje nurodomos ne tik montavimo ypatybės (pavyzdžiui, matmenys, skirti prijungti prie vamzdžio), bet ir naudojimo taisyklės, taip pat temperatūros ribos, kurioms tinka matavimo prietaisas.

Taip pat būtina atsižvelgti į įvorės dydį, kuris gali svyruoti nuo 120 iki 160 mm.

Apsvarstykime du dažniausiai pasitaikančius termodaviklio montavimo atvejus.

Prietaiso prijungimas prie radiatoriaus

Neverta termostatu aprūpinti visų šildymo prietaisų. Pagal reglamentą, jutikliai montuojami ant radiatoriaus, jei jo bendra galia viršija 50% panašių sistemų šilumos gamybos. Jei patalpoje yra du šildytuvai, termostatas montuojamas tik ant vieno, turinčio didesnį galios rodiklį.

Termodaviklis yra privaloma temperatūros reguliatorių sudedamoji dalis, leidžianti sumažinti arba padidinti radiatorių, šiltų grindų ir kitų šildymo prietaisų įkaitimą.

Prietaiso vožtuvas montuojamas ant tiekimo vamzdyno toje vietoje, kur radiatorius jungiamas prie šildymo tinklo. Jei jo įpjauti į esamą grandinę neįmanoma, reikia išmontuoti tiekimo laidą, o tai gali sukelti tam tikrų sunkumų.

Šiai manipuliacijai atlikti reikia naudoti vamzdžių pjovimo įrankį, o termogalvutę montuoti lengva atlikti be specialios įrangos. Kai tik jutiklis bus sumontuotas, pakanka sulyginti padarytas žymes ant korpuso ir prietaiso, tada galvutė fiksuojama švelniai paspaudžiant ranka.

Oro termojutiklio montavimas

Toks prietaisas montuojamas šalčiausioje gyvenamojoje patalpoje be skersvėjų (prieškambaryje, virtuvėje ar katilinėje jo montuoti nepageidautina, nes gali sukelti sistemos darbo sutrikimų).

Renkantis vietą reikia pasirūpinti, kad ant įrenginio nekristų saulės spinduliai, šalia neturėtų būti šildymo prietaisų (šildytuvų, radiatorių, vamzdžių).

Įprastai šildymo sistemai pakanka vieno termostato, o taikant kolektorinę schemą pageidautina naudoti kelis daviklius, kurių skaičius sutampa su kambarių skaičiumi. Tai leis individualiai reguliuoti temperatūrą atskirose erdvėse.

Prietaiso prijungimas atliekamas pagal instrukcijas, kurios pateiktos techniniame pase, naudojant komplekte esančius gnybtus ar kabelį.

Esant poreikiui stebėti temperatūrą, termodaviklis “šiltose grindyse” gali būti įrengtas betoninio lygintuvo storyje. Tokiu atveju apsaugai galima naudoti gofruotą vamzdį, turintį vieną uždarytą galą ir nuožulnų lenkimą.

Pastaroji ypatybė leidžia prireikus išimti sugedusį prietaisą ir pakeisti jį nauju.

Įrenginio montavimas atliekamas taip:

1. Sienoje įrengiama įduba pakabinamo prietaiso tvirtinimui.
2. Nuo termosensoriaus nuimama priekinė detalė, po to prietaisas sumontuojamas paruoštoje vietoje.
3. Toliau prie kontaktų prijungiamas šildymo kabelis, o prie jutiklių – gnybtai.

Paskutinis etapas – maitinimo kabelio prijungimas ir priekinės plokštės įstatymas į savo vietą.

Šildymo katilo termostato prijungimo schema išsamiai aprašyta šiame straipsnyje.

Jei prietaisas, kurio funkcionalumui reikalingas vidinis jutiklių prijungimas, turi sudėtingą konstrukciją, geriau kreiptis į specialistus.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Žemiau pateiktame vaizdo įraše išsamiai pasakojama, kaip atlikti termoprietaisų montavimą ant šildymo katilo:

Ar skiriasi jutiklių montavimas ant tiekimo ir grįžtamojo vamzdžio:

Temperatūros jutikliai plačiai naudojami tiek įvairiose pramonės srityse, tiek buities reikmėms. Didelis tokių prietaisų asortimentas, pagrįstas skirtingais veikimo principais, leidžia pasirinkti optimalų variantą tam tikrai užduočiai spręsti.

Namuose ir butuose tokie prietaisai dažniausiai naudojami patogiai temperatūrai patalpose palaikyti, taip pat šildymo sistemų – radiatorių, šiltų grindų – reguliavimui.

Ar turite ką pridurti, arba kilo klausimų dėl temperatūros jutiklio pasirinkimo ir montavimo? Galite palikti komentarus prie publikacijos, dalyvauti diskusijose ir pasidalinti savo patirtimi naudojant tokius prietaisus. Kontaktinė forma yra apatiniame bloke.