Схема подключения термодатчика

Содержание

Схемы подключения терморегулятора теплого пола — полезные советы и правила выбора

Схема подключения термодатчика

Терморегуляторы, предназначенные для управления отоплением электрическими теплыми полами, имеют специальное обозначение.

Не путайте их с другими популярными моделями, которые выпускаются для работы с газовыми котлами или водяным отоплением через коллектор.

На обратной стороне устройства между двух клемм, ищите изображение в виде змейки (контакты L1 и N1).

Именно сюда подключается кабель теплого пола или электрического мата.

К концу L1 — центральная жила кабеля, к N1 – оплетка.

Выносной температурный датчик, предотвращающий перегрев теплых полов и контролирующий нагрев, заводится на колодки с изображением сенсора (NTC).

Полярность подключения проводов датчика не важна. Подсоединяйте их в любой последовательности.

Обратите внимание, что температура непосредственно на выносном датчике всегда будет выше, чем температура в комнате, которую на своем табло показывает регулятор.

Это связано с глубиной залегания датчика в стяжку.

На дисплеях электронных приборов можно увидеть оба параметра, а вот в механических устройствах с колесиком, зачастую по окружности даже не прописывают градусы, а указывают только цифры 1-2-3 и т.д.

При пяти цифрах одно деление соответствует примерно 8 градусам.

Градусы не указываются с определенной целью, дабы не запутать пользователя. Выставишь на корпусе термостата +25С, а комнатный градусник в квартире будет показывать всего +20С.

У большинства сразу же возникнет вопрос, почему регулятор работает с такой погрешностью? Не поломался ли он?
Нет, с ним все в порядке. В данном случае до +25С прогревается датчик в полу, а не воздух в помещении. Именно поэтому производители в механике и указывают просто цифры, дабы вы, ориентируясь только на свои ощущения, могли подобрать наиболее комфортный для себя режим.

Если же на вашем механическом термостате указаны именно градусы, это означает, что он главным образом работает и ориентируется на собственный датчик температуры воздуха, встроенный в корпус.

Тот, что подключается к нему извне и прячется в стяжку, играет только роль защиты кабеля от перегрева.

Питание 220В заводите на клеммы L и N через УЗО с током утечки не более 30мА.

Схема подключения теплого пола напрямую через терморегулятор разных производителей однотипна и выглядит следующим образом.

При подключении обязательно проверяйте мощность, которую способен пропустить через себя термостат. Обычно он рассчитан на нагрузку не более 16А (3,7кВт при напряжении 230В).

В этом случае девайс прослужит долго и исправно. Релюшка, которая коммутирует контакт, при перегреве быстро выходит из строя. А вместе с ней придется менять и весь прибор.

При нагрузке более 3,7кВт потребуется модульный контактор.

Схема подключения в этом случае изменится на следующую.

Здесь вместо нагрузки, провода с регулятора идут на контакты включающей катушки (А1-А2), а сам кабель обогрева подключается к силовым клеммам пускателя (1-2 или 3-4).

Частый вопрос – есть ли разница, куда на терморегуляторе подключать фазу, а куда ноль?

Если перепутаете фазу и ноль, то при отключении термостата разрываться будет не фазный проводник, а нулевой. Таким образом, фаза будет постоянно присутствовать на кабеле теплого пола, что естественно не безопасно.

В тех устройствах, которые на корпусе имеют отдельный выключатель, при его нажатии происходит разрыв сразу двух проводников, и фазы, и ноля. Но это в ручном режиме отключения, и то не во всех моделях.

Зачастую ноль через свою дорожку подается напрямую. Зашел на клемму и тут же ушел на теплый пол.

При этом сам переключатель отвечает лишь за разрыв подачи питания на плату управления. При автоматическом срабатывании от датчика, всегда разрывается только один провод.

Еще обратите внимание на то, что защитное заземление непосредственно на сам терморегулятор на заводится!

Это может быть отдельная, обособленная клемма, через которую к защитному проводнику подсоединяется экран нагревательного кабеля.

На самих терморегуляторах даже стоит значок “квадрат в квадрате”, что означает – прибор с двойной изоляцией.

Такие знаки обычно наносят на переносные инструменты, не требующие наличия заземляющего контакта на вилке шнура питания.

Какие сверхзадачи решают умные терморегуляторы, начиненные электроникой и дисплеем? Казалось бы, зачем покупать дорогое изделие, если можно приобрести регулятор с механическим колесиком и точно также выставлять для себя нужную температуру?

А дело здесь в одной из принципиальных проблем комфортной работы систем отопления – инерционности.

Дело в том, что выставив на теплых полах приемлемую для себя температуру в районе 23-25С, после ее достижения, даже с отключенным отопительным прибором, система до определенного момента по инерции все равно будет продолжать набирать градусы.

Ни о каком поддержании комфортных условий с такими разбросами речи не идет. В умных электронных термостатах все это решается ШИМ регулированием.

Термин этот пришел из радиоэлектроники. Там ШИМ – это широтно-импульсная модуляция. В отоплении данный принцип заключается в изменении времени включения и работы греющих элементов.

Пока температура в комнате находится далеко от желаемых параметров (задано +25С, в комнате +18С), теплые полы все время включены (греют, греют и греют).

Однако по мере достижения заданной точки (+25С), тепло начинает подаваться как бы небольшими, короткими импульсами (вкл-выкл). За счет этого происходит точное поддержание температуры в районе комфортной.

Про инерционные процессы, связанные с перегревом или наоборот с чрезмерным охлаждением, в этом случае можете забыть. Ничего подобного от термостата с колесиком вы не добьетесь.

В то же самое время не ждите каких-то глобальных изменений при замене термостата одной модели на другую. Бытует мнение, что если теплый пол не догревает, то стоит поменять терморегулятор на более дорогой, все само собой изменится.

Тут же поднимется температура воздуха в комнате, и там, где ранее было холодно, наступит жарища. Грубо говоря, термостат – это своего рода спидометр в вашем автомобиле.

Можете на спидометре нарисовать 300-350км/ч, но если движок не способен выдать такой мощи, то и данной скорости вам не видать. Если что-то и виновато в плохой работе теплых полов, то в первую очередь смотрите на температурный датчик.

Проверить работоспособность термостата очень просто. Подаете на него питание 220В и подключаете выносной датчик.

Далее, вместо теплого пола подсоединяете к термостату обычную лампочку накаливания. Начинаете выкручивать ручку, изменяя температуру.

В определенный момент лампочка должна загореться.

Далее зажимаете в руке температурный датчик и ждете. При нагреве от вашего тела исправный термостат сработает, и лампочка потухнет.

Если датчик запрятан глубоко в стяжку, то можете прогреть это место феном и дождаться такого же эффекта. Когда лампа никак не реагирует, это говорит о неисправности устройства.

Самый быстрый способ ремонта в этом случае – перевод работы с датчика пола, на встроенный в корпус датчик воздуха.

Концы кабеля на девайсе от напольного источника температуры придется откинуть, а настройки самого прибора перезагрузить.

Работать все это будет корректно при условии установки терморегулятора непосредственно в обогреваемом помещении.

Если у вас электронный термостат с ШИМ управлением, то при вышеприведенном способе проверки, не рекомендуется слишком быстро нагревать датчик посторонним источником тепла. Чем это чревато?

Во-первых, термостат тут же зафиксирует не нормальный рост тепла и сработает раньше времени. Во-вторых, “умные мозги” девайса принудительно отключат обогрев на ближайшие 20 минут.

При этом температура уже через 5 минут на дисплее устройства будет достаточной для включения, а запуска и замыкания контактов не произойдет. Вследствие чего у вас возникнут сомнения в корректности работы терморегулятора.

Поэтому проверка с быстрым нагревом идеально подходит для механических устройств, а с электронными будьте осторожны.

Еще одна ошибка возникает при замене или подключении датчика разных производителей к одному и тому же регулятору. Дело в том, что все они имеют определенное сопротивление, соответствующее той или иной температуре.

И если без изменения настроек взять и поменять температурный датчик на другой, это может привести к некорректной работе отопления. Разница по температуре между определяемой и фактической может достигать 10 градусов!

Из-за другого сопротивления, меньше чем заводское, регулятор поймет это как завышенную температуру и даст команду на раннее отключение, хотя теплые полы будут еще не достаточно прогретыми.

Для теплого пола применяются, так называемые NTC – датчики с отрицательным температурным коэффициентом. Данный термин означает, что с повышением окружающей температуры, их сопротивление уменьшается.

Еще бывает PTC – положительный t коэфф. сопротивления. С ними происходит обратный процесс.

У продвинутых девайсов (Devireg Touch) изначально в программу настроек занесено несколько разновидностей датчиков. На этапе установки просто выбирайте требуемый.

Если вы не знаете марку, придется вручную сделать замеры сопротивления мультиметром.

Полученные данные сравниваются и проверяются, соответствуют ли они выставленным заводским настройкам или нет.

Наиболее правильной системой отопления считается та, которая имеет в каждой комнате свою собственную зону регулирования. Что это означает?

При наличии в доме всего одного терморегулятора, разброс температур в разных частях здания будет достигать 5-6 градусов.

Поэтому придется покупать и устанавливать не один, а несколько термостатов.

Можно настроить отдельные регуляторы одновременно на две зоны, при этом меняя приоритет температур. То есть, установить в термостат в одной комнате, а выносной датчик от него завести в соседнее помещение.

При этом в настройках нужно будет сделать выбор на какой элемент должен реагировать терморегулятор – на встроенный в корпус или на выносной. Добиться одинаковой температуры от одного прибора у вас не получится.

Размещать терморегуляторы в мокрых зонах запрещено. Они должны иметь соответствующий уровень влагозащиты IP и монтироваться в зоне 3.

Что это за зона, читайте в отдельной статье.

Настройка и управление электронных разновидностей термостатов происходит по заводским инструкциям. В качестве примера давайте рассмотрим популярную (тысячи заказов со всего света + положительные отзывы) и недорогую модель терморегулятора от наших китайских товарищей.

Для начала работы с прибором, первым делом подаете на него напряжение 220В.

Через какое-то время подсветка гаснет и девайс переходит в режим энергосбережения. При этом даже в случае полного исчезновения напряжения, термостат запоминает и сохраняет в памяти все ранее заданные настройки.

Поэтому один раз внесли все параметры, и далее ничего перепрограммировать не придется.

В ручном режиме, когда на экране высвечивается иконка руки, можно установить требуемую температуру в комнате.

Данный параметр выставляется путем нажатия кнопок со стрелочками (вверх – вниз).

В состоянии покоя экран показывает действующую температуру в помещении.

Чтобы перевести устройство в автоматический режим, нажимаете на кнопку с квадратиками и на дисплее тут же отображается значок часов или будильника.

В автоматике изменить ранее заданный порог температуры при помощи стрелочных кнопок не получится. Данные намертво привязаны к конкретному дню недели.

Этот день также высвечивается на экране (1-понедельник, 2-вторник и т.д).

Временной отрезок суток показывается в виде маленького домика с цифрой (чуть выше дня недели).

Через него можно запрограммировать работу отопления так, чтобы ночью полы работали на полную или наоборот с минимальной нагрузкой. Все зависит от ваших условий проживания.

Всего можно установить шесть временных периодов.

Если вы выбрали модель с WiFi, то время и день недели отображаются автоматически.

При рабочем состоянии отопления, над домиком появляется дымок.

Как только обогрев отключается, дымок исчезает.

Гораздо удобнее управление термостатом осуществлять на смартфоне. Для этого потребуется скачать и установить программку Smart Life.

Более подробно со всеми нюансами настроек данного термостата можете ознакомиться из видеоролика ниже.

Как подключить терморегулятор

Схема подключения термодатчика

Терморегулятор (ТР), или термостат, играет важную роль в обогревательном оборудовании. Это универсальный прибор, который управляет нагревательными системами.

Его конструкция может быть различной, функция одна: ТР стабилизирует температуру заданной среды в течение определённого промежутка времени.

Надо знать, как подключить терморегулятор, чтобы он правильно выполнял своё предназначение.

Механический терморегулятор

Что собой представляет терморегулятор

Термостат в своей основе содержит чувствительный элемент, который под воздействием колебаний температуры окружающей среды меняет свои свойства. В составе присутствуют геометрическая форма (биметаллическая пластина), электрическое сопротивление (термопара) и фоточувствительность (инфракрасные датчики).

Назначение

Терморегулятор своими руками

Подключение терморегулятора направлено на то, чтобы сохранять нужный уровень температуры в конкретном объёме определённого содержания. Приборы используют в воздушных, жидких средах и твёрдых телах.

Принцип действия

Как подключить два телевизора к одной антенне: можно ли к активной

Все терморегуляторы включают нагревательные системы при падении заданного уровня температуры и отключают питание ТЭНов при превышении уровня прогрева среды.

Важно! цель терморегуляторов – это своевременное включение/отключение термо энергетических элементов. Это приносит существенную экономию энергоресурсов.

Виды терморегуляторов

В основном терморегуляторы бывают 3-х видов:

  1. Биметаллическая пластина;
  2. Термопара;
  3. Инфракрасный датчик.

Биметаллическая пластина

Под воздействием нагрева или охлаждения пластинка изгибается в ту или иную сторону. Тем самым замыкая или размыкая контакты, питающие электричеством нагревательные элементы. Пластина представляет собой двухслойную полоску, сваренную из двух металлов с разным коэффициентом теплового расширения. Из-за этого при нагреве силы расширения «заставляют» пластинку изгибаться.

Термопара

Элемент представляет собой V-образную скобу из термочувствительного металлического сплава. По проволоке проходит слабый ток. При изменении температуры сопротивление проводника меняется, что сказывается на характеристике тока. Этот фактор воздействует через управляющую схему на реле питания обогревателей.

Инфракрасный датчик

Светочувствительная плёнка датчика воспринимает степень нагрева окружающего пространства в инфракрасном диапазоне. Проходящие токи в приборе меняют свои характеристики, что отражается на работе релейной системы питания нагревательных элементов.

Сферы применения терморегуляторов

В быту примером применения терморегулятора может быть стиральная машина. Термодатчик, соединённый с ТЭНом в баке, «следит» за уровнем нагрева воды. В автомобиле термопара системы охлаждения «руководит» режимом включения вентилятора радиатора.

В различные комнатные обогревательные приборы достаточного уровня сложности обязательно встроен регулятор температуры. Ни одна система тёплых полов не обходится без твердотельных ТР. В холодильнике термостат является неотъемлемой частью.

Во всех ПК и ноутбуках датчики температуры включают вентиляторы, сохраняя аппаратуру от перегрева. Кондиционеры, микроволновки, электропечи – все они в своём составе имеют термостаты.

Различные водонагреватели, электрокотлы, газовые котлы, включённые в систему отопления зданий и сооружений, работают только вместе терморегуляционными блоками управления.

Электронный терморегулятор

Подключение и установка термостата

Известны два варианта подключения терморегулятора. Это способы подсоединения двужильных и одножильных проводов.

Подсоединение двужильного кабеля к термостату

Двужильный провод используют в том случае, когда ТР требует полноценного питания от электросети для функционирования замкнутой системы управления режимом обогрева определённого объёма. Это интегральные схемы, построенные на микропроцессорах.

Полученные данные от датчика в виде изменения силы тока, величины сопротивления анализируются прибором. В результате подаются команды на пускатель нагревательных элементов с заданным промежутком времени и граничным порогом прогрева конкретного пространства.

Обратите внимание! Примером подсоединения двужильного провода может служить схема, как нужно подключить термостат к циркуляционному насосу водонагревательного котла.

Схема подключения к циркуляционному насосу

Подсоединение к термостату одножильного кабеля

Кабель из одной жилы применяется в схеме подключения терморегуляторов в том случае, когда сам прибор установлен в разрыв фазового провода, ведущего к плюсовой клемме ТЭНа. То есть кабель служит разрывом фазы сетевого тока, питающего нагревательные элементы.

Варианты подключения

  1. К системе тёплого пола;
  2. К ТЭНу;
  3. К обогревателю.

Подключение термостата к системе тёплого пола

Стандартный терморегулятор тёплого пола идёт в комплекте поставки с подробной инструкцией подключения прибора к системе тёплых полов. Можно подключать ТР самостоятельно, пользуясь обозначениями под клеммниками.

Нагревательный мат тёплого пола

На тыльной стороне регулятора расположены три пары клеммных гнёзд для проводов. Первая пара предназначена для подсоединения двужильного сетевого кабеля. Гнездо «L» – фаза, «N» – ноль.

Вторая пара гнёзд предназначена для соединения с выводами тёплого пола – L1 и N1. Пятую и шестую клемму используют для того, чтобы подключаться к датчику температуры.

Подключение терморегулятора

Регуляторы температуры полов могут быть вставленными в подрозетник или закреплёнными на стене. Термодатчик бывает, как встроенным в корпус прибора, так и установленным на конце выносного кабеля.

В первом случае происходит замер температуры воздуха внутри помещения. Во втором варианте датчик измеряет степень нагрева финишного покрытия пола.

Подключение термостата к ТЭНу

Подключение термостата к электрическому нагревателю приходится осуществлять через магнитный пускатель. Это связано с тем, что мощность регулятора далеко несопоставима с мощностью ТЭНов.

Магнитный пускатель (МП) нужен при управлении термостатом сразу несколькими приборами обогрева. МП врезают в фазовый провод параллельно с терморегулятором. Регулировка режимами работы тенов осуществляется термостатом, ток питания проходит через МП. Это даёт возможность использовать трёхфазную электросеть, что позволяет эксплуатировать нагревательные элементы большой мощности.

Многие ТР оснащены электронными микропроцессорами, которые выдают дополнительно показатели уровня влажности, давления и времени, необходимого для достижения величин заданных параметров.

Подсоединение терморегулятора к обогревателю

Термостаты бывают механического и электронного действия. Последнее время вторые модели активно вытесняют своих механических аналогов. Применение современной электроники позволяет более эффективно управлять температурным режимом в заданной среде.

ТР для обогревателей помещений встраивают в корпуса калориферов или выносят на удаление от приборов отопления. Регулятор, прежде всего, подключается к электрической сети, затем через схему управления соединяется непосредственно с термодатчиком.

Дополнительная информация. Инфракрасные обогреватели соединяются с термостатом в большинстве вариантов через магнитный пускатель. Чтобы выполнить правильное подключение прибора, нужно строго следовать пунктам прилагаемой инструкции.

Особенности, как подсоединяют устройства регуляции температурного режима, зависят от вида отопительных приборов. Это может быть одножильное или двужильное подключение ТР тёплых полов.

Подключение двухфазного термостата к нагревательным элементам трёхфазного тока осуществляется только через магнитный пускатель. Для водяного отопления терморегулятор врезают прямо в радиатор.

В каждом конкретном случае существует своя схема подключения терморегулятора.

Советы по установке

Несколько советов:

  1. Перед покупкой ТР надо убедиться в совместимости характеристик регулятора и нагревательных элементов.
  2. Выбирать установку прибора нужно в наиболее доступном месте.
  3. Решая вопрос о приобретении прибора, следует оценить экономическую целесообразность применения конкретной модели терморегулятора.
  4. Если не хватает опыта в установке таких устройств, то лучше обратиться за помощью к специалистам.

Человек порой не догадывается о количестве окружающих его терморегулирующих устройств. Они плотно вошли в быт. Их работа приносит существенную экономию затрат на электроэнергию.

Датчики температуры: типы, устройство, принцип работы, схемы подключения

Схема подключения термодатчика

Контроль температуры повсеместно задействуется в технологических процессах, позволяя выбирать подходящий режим работы или отслеживать изменения состояния материала.

Температурный режим одинаково важен как при включении духовки на кухне, так и в доменных печах при плавлении стали, а отклонение от нормальной работы может привести к аварии и травмированию людей.

Чтобы избежать неприятных последствий и обеспечить возможность регулирования степени нагрева используется датчик температуры.

Разновидности, устройство и принцип работы

В ходе развития и совершенствования технологий датчик температуры, как измерительное приспособление, претерпел множественные изменения и модернизации. Благодаря чему сегодня они представлены в большом разнообразии, которые можно разделить по нескольким критериям.

Так, в зависимости от способа передачи и отображения данных об измерениях температуры они подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровые устройства являются более современным решением, так как информация в них отображается на дисплее и передается по электронным каналам коммуникации, аналоговые имеют циферблатное отображение данных, электрический или механический способ передачи измерений.

В зависимости от принципа действия все датчики можно подразделить на:

  • термоэлектрические;
  • полупроводниковые;
  • пирометрические;
  • терморезистивные;
  • акустические;
  • пьезоэлектрические.

Термоэлектрические

В основе работы термоэлектрического датчика лежит принцип термопары (см. рисунок 1) – у всех металлов существует определенная валентность (количество свободных электронов на внешних атомарных орбитах, не задействованных в жестких связях).

При воздействии внешних факторов, сообщающих свободным электронам дополнительную энергию, они могут покинуть атом, создавая движение заряженных частиц.

В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов, получившая название эффекта Зеебека.
Рис. 1. Устройство термопары

На практике применяется несколько разновидностей термоэлектрических датчиков температуры, так, согласно п.1.1  ГОСТ Р 50342-92 они подразделяются на:

  • вольфрамрений-вольфрамрениевые (ТВР) – применяется в средах с большой рабочей температурой порядка 2000°С;
  • платинородий-платинородиевые (ТПР) – отличаются высокой себестоимостью и высокой точностью измерений, применяются я в лабораторных измерениях;
  • платинородий-платиновые (ТПП) – оснащаются защитной трубкой из металла и керамической изоляцией, обладают высоким температурным пределом;
  • хромель-алюмелевые (ТХА)  — широко применяются в промышленности, способны охватывать диапазон температуры до  1200°С, используются в кислых средах;
  • хромель-копелевые (ТХК) –  характеризуются средним температурным показателем, монтируются только в неагрессивных средах;
  • хромель-константановые (ТХК) — актуальны для газовых смесей и разжиженных аэрозолей нейтрального или слабокислого состава;
  • никросил-нисиловые (ТНН) – применяются для устройств среднего температурного диапазона, но обладают длительным сроком эксплуатации;
  • медь-константановые (ТМК) – характеризуется наименьшим пределом измерений до 400°С, но отличается устойчивостью к влаге и некоторым категориям агрессивных сред;
  • железо-константановые (ТЖК) – применяются в среде с разжиженной атмосферой или вакуумного пространства.

Такое разнообразие температурных датчиков на основе термопары позволяет охватывать любые сферы человеческой деятельности.

Полупроводниковые

Изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой.

Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу.

При повышении температуры полупроводниковый датчик  начнет выдавать большее значение тока. Как правило, самостоятельно полупроводник не используется для измерения нагрева, а подключается через цепь усилителя (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подключение полупроводникового датчика через усилитель

Отличаются широким диапазоном производимых измерений и возможностью подстройки датчика в соответствии с рабочими параметрами оборудования. Являются высокоточным типом, мало зависящим от продолжительности эксплуатации. Обладают небольшими габаритами, за счет чего легко устанавливаются в схемах, радиоэлементах и т.д.

Пирометрические

Работают за счет специальных датчиков – пирометров, которые позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета.

Непосредственно сам чувствительный элемент представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона. Этот принцип положен в основу измерений бесконтактным термометром, который получил широкое распространение в период борьбы с коронавирусом.

Помимо этого их применение активно используется для тепловизионного контроля конструктивных элементов, оборудования, зданий и сооружений.

Рис. 3. Принцип действия пирометрического датчика

Терморезистивные

Такие датчики температуры выполняются на основе терморезисторов – устройств с определенной зависимостью сопротивления от степени нагрева основного материала. С повышением температуры, изменяется и проводимость резистора, благодаря чему вы можете следить за состоянием нужного объекта.

Основным недостатком терморезистивного датчика  является малый диапазон измеряемой температуры, но он способен обеспечивать хороший шаг измерений и высокую точность в десятых и сотых долях градусов Цельсия. Из-за чего их нередко включают в цепь с применением усилителя, расширяющего рабочие пределы.

Акустические

Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности .

Непосредственно сам сенсор производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева (см. рисунок 4).

Такой тип является бесконтактным и позволяет производить замеры в труднодоступных местах или на объектах повышенной опасности.

Рис. 4. Звуковой датчик температуры

Пьезоэлектрические

Работа датчика основана на эффекте распространения колебаний кварцевого кристалла при прохождении электрического тока. Но, в зависимости от температуры окружающей среды, будет меняться и частота колебаний кристалла. Принцип фиксации температурных изменений заключается в измерении частоты колебаний и последующем сравнении с установленной градуировкой номиналов для разных температур.

Схемы подключения

Основные отличия в подключении датчика температур обуславливаются сферой его применения и конструктивными особенностями. Так, в рамках статьи, мы рассмотрим несколько наиболее распространенных и интересных вариантов. Таковыми является подключение с помощью двухпроводной и трехпроводной схемы.

Рис. 5. Двухпроводная схема подключения

На рисунке 5 приведен вариант двухпроводного присоединения измерительного устройства. Этот принцип рекомендуется для всех датчиков  температуры с небольшим расстоянием до контролируемого объекта. Так как сопротивление самого чувствительного элемента  Rt мало измениться от сопротивления соединительных проводников R1 и R2, соответственно, поправка на измерения будет минимальной.

Рис. 6. Трехпроводная схема подключения

При больших расстояниях, от 150 м и более, подключение датчика следует выполнять по трехпроводной схеме, в которой существенно снижается погрешность на сопротивление в проводах R1, R2, R3.

Рис. 7. Схема подключения датчика температуры двигателя

Практически в каждом современном авто осуществляется постоянный контроль температурных параметров мотора. Поэтому использование датчика является обязательным требованием безопасности.

Согласно двухпроводной схемы (рисунок 7) датчик подключается одним выводом на отдельно стоящий концевик капота, который не имеет каких-либо подключений к цепи.

А второй вывод, подсоединяется к блоку сигнализации установленным порядком, в соответствии с моделью.

Рис. 8. Схема подключения цифрового датчика температуры

На рисунке 8 приведен пример включения цифрового датчика Dallas. Это модель с тремя выводами, первый из которых, согласно распиновки GND подключается к заземляющему выводу микроконтроллера, второй DATA к выводу PIN 2, а третий к клемме питания +5 В. Между третей и второй ножкой включается резистор на 4,7кОм.

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.

Как подобрать?

При выборе датчика температуры необходимо руководствоваться такими критериями:

  • если датчик будет соприкасаться или располагаться внутри измеряемой среды, то берется контактная модель, если находиться вне объекта, то бесконтактная;
  • условия и состояние среды, в которой он будет функционировать (влажность, агрессивные вещества и т.д.) должны соответствовать возможностям датчика;
  • шаг и градуировка измерений должны обеспечивать удобную эксплуатацию и датчика, и оборудования;
  • если датчик подлежит замене в ходе эксплуатации, то устанавливаются сменные варианты;
  • при выборе датчика температуры для замены неисправного, лучше воспользоваться его VIN кодом;
  • предел рабочих температур должен охватывать все возможные значения нагрева, некоторые из них приведены в таблице ниже.

Таблица: температурные пределы датчиков термоэлектрического типа

ТипСоставДиапазон температур
Tмедь / константанот -250 °C до 400 °C
Jжелезо / константанот -180 °C до 750 °C
Eхромель / константанот -40 °C до 900 °C
Kхромель / алюмельот -180 °C до 1 200 °C
Sплатина-родий (10 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Rплатина-родий (13 %) / платинаот 0 °C до 1 700 °C
Bплатина-родий (30 %) / платина-родий (6 %)от 0 °C до 1 800 °C
Nнихросил / нисилот -270 °C до 1 280 °C
Gвольфрам / рений (26 %)от 0 °C до 2 600 °C
Cвольфрам-рений (5 %) / вольфрам-рений (26 %)от 20 °C до 2 300 °C
Dвольфрам-рений (3 %) / вольфрам-рений (25 %)от 0 °C до 2 600 °C

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

Датчики температуры

Схема подключения термодатчика

Датчики температуры применяются во многих производственных и не только процессах и на сегодняшний день они являются одними из самых востребованных измерительных приборов. В этой статье я бы хотел рассказать о классификации температурных датчиков, особенностях различных типов, схемах подключения.

Как понятно из названия, главная задача датчиков данного типа — контроль температуры самых различных объектов.

Это и температура воздуха, температура различных жидкостей, газов, твердых тел и еще многое другое.

Благодаря востребованности температурных измерений они находят самое широкое применение в самых разных областях — от систем управления автоматизации техпроцессов до применения в бытовом секторе.

Несмотря на все различия и особенности применения, в основе работы всех датчиков температуры лежит принцип преобразования измеряемой температуры в некий электрический сигнал. А вот что это будет за сигнал, зависит уже непосредственно от вида датчика.

Виды датчиков температуры

Термосопротивления (ТС, RTD, Термометры сопротивления) — работа данного типа датчиков основана на изменении электрического сопротивления материалов в зависимости от внешней температуры. Такая зависимость называется номинальной статической характеристикой НСХ.

Основными материалами, из которых изготавливаются датчики являются платина, либо медь, иногда никель. Данные материалы обладают высоким температурным коэффициентом сопротивления и близкой к линейной зависимостью сопротивления от температуры.

Наиболее часто встречаются датчики типа Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 50М, 100М .

Буквы, указанные в характеристике обозначают материал, который лежит в основе датчика (Pt, П — платина, М — Медь), цифры обозначают сопротивление датчика при 0 градусов Цельсия.

Основными техническими характеристиками, на которые стоит обращать внимание при выборе термосопротивлений, являются точность измерений (класс допуска), диапазон измерений температур, номинальная статическая характеристика.

Полупроводниковые термосопротивления (Терморезисторы, Термисторы) –  принцип работы данного вида термосопротивлений также основан на изменении сопротивления в зависимости от температуры, но в отличии от предыдущего вида он может иметь как прямую, так и обратную характеристику в зависимости от типа:

PTC (Positive Temperature Coefficient ) — термисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для данного типа характерно свойство резко увеличивать свое сопротивление при достижении заданной температуры

NTC (Negative Temperature Coefficient) — термисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) . Являются противоположностью PTC, при достижении заданной температуры их сопротивление резко уменьшается

Датчики на основе данных типов термисторов обладают большим температурным коэффициентом, но при этом имеют нелинейную характеристику.

Термопары ( Термоэлектрические преобразователи) — в основе работы данного типа лежит термоэлектрический эффект или эффект Зеебека.

Он основан на возникновении при нагреве термо-ЭДС между концами двух разнородных по составу проводников, соединенных между собой.

Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, пропорциональный разности температур.

Цепь, состоящая из двух различных проводников, или как их называют термоэлектродов, и будет называться термопарой. Спаянные концы проводников носят название горячий или рабочий спай, свободные концы проводников холодным спаем.

Термо-ЭДС будет зависеть от разности температур между горячим и холодным спаями, а также от материала проводников. Подключив измерительный прибор к свободным концам, можно измерить разность потенциалов между двумя проводниками.

При этом для компенсации погрешности нам необходимо знать температуру холодного спая.

В качестве материалов для проводников термопар широко используются хромель, платина, родий, константан, медь, железо, копель, алюмель. У любого соединения двух определённых сплавов есть своя зависимость между измеряемой температурой и напряжением на выходе термопары.

Обязательно надо отметить, что подключение термопар должно производиться компенсационными проводами, выполненными из тех же материалов, что и термопара, при этом соблюдая полярность подключения.

Обычный медный провод в данном случае не подходит, так как создает дополнительную термо-ЭДС и тем самым вносит значительную погрешность в измерения.

Обычно изоляция жил и оболочка провода в зависимости от материала маркируется разными цветами.

Цвет оболочки компенсационных проводов

ХА — Хромель-АлюмельБелый, Зеленый
ХК — Хромель-КопельФиолетовый
НН — Нихросил-НисилСиний
МКн — Медь-КонстантанКоричневый
ЖК — Железо-КонстантанЧерный

Цвет изоляции жил компенсационных проводов

ХромельФиолетовый, Черный
АлюмельБелый
КопельЖелтый, Оранжевый
МедьКрасный, Розовый
КонстантанКоричневый
ЖелезоЧерный
НихросилСиний

Ниже приведена таблица соответствия буквенных и цветовых обозначений согласно международному стандарту IEC 584-3.

Некоторые сплавы, такие как копель, которые широко распространены у нас, в международном стандарте не указаны, так как не применяются при изготовлении термопар.

Термопары, наряду с термосопротивлениями, наиболее широко используются в различных промышленных технологических процессах. Во многом это объясняется их широким температурным диапазоном, кроме того, по сравнению с другими типами контактных датчиков, они способны выдерживать самые высокие температуры, что делает их порой просто незаменимыми.

Бесконтактные (Инфракрасные пирометры) — работа датчиков данного типа основана на способности тел излучать электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне.

Хотя бесконтактные датчики применяются реже чем те же термопары или термосопротивления в следствии ряда причин, а именно их стоимости, чувствительности к состоянию измеряемой поверхности и т.д.

, тем не менее на сегодняшний день они все чаще используются в различных областях промышленности благодаря своим несомненным преимуществам — малое время отклика, соответственно высокое быстродействие, измерение температур в труднодоступных и опасных местах, измерение высоких температур вплоть до +3000°C.

Все вышеперечисленные виды датчиков, в той или иной степени, широко используются в различных технологических процессах. Помимо них существуют и другие виды температурных датчиков, например акустические или пьезоэлектрические, но их я рассматривать не буду, так как сталкиваться с ними приходилось очень редко.

Конструктивные особенности датчиков температуры

По типу исполнения температурные датчики представлены сегодня в различном исполнении. В первую очередь это зависит от вида датчика и его применения в той или иной области, но чаще всего встречаются двух типов: с кабельным выводом и с коммутационной головкой.

Датчик с кабельным выводом представляет собой чувствительный элемент, выполненный из меди или платины, заключенный в корпус из латуни либо нержавеющей стали и имеющий кабельный вывод определенной длины с ПВХ либо силиконовой изоляцией. Могут быть как погружного, так и накладного типа.

В зависимости от модели сама монтажная часть имеет разную длину, также могут иметь резьбовое крепление.

Датчики с коммутационной головкой конструктивно выполнены в виде гильзы с накидной гайкой, в которую вставлен чувствительный элемент и коммутационной головки с клеммными выводами.

Головки могут быть как пластиковыми, так и металлического исполнения. Кроме того головки могут быть стандартного или увеличенного исполнения. Увеличенные головки применяются для встраиваемых нормирующих преобразователей, преобразующих значение измеренной температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, как правило 4-20мА.

По типу защиты они могут быть обычного исполнения и взрывозащищенного, в этом случае в маркировке  присутствует обозначение Ex — знак соответствия стандартам взрывозащиты.

Также как и термосопротивления, термопары могут быть представлены в виде исполнения с коммутационной головкой и с кабельным выводом.

По исполнению рабочего спая относительно защитного корпуса бывают с изолированным рабочим спаем и неизолированным.

Для удобства монтажа в трубопроводы и быстрой замены датчика в случае необходимости, выпускается специальная арматура в виде бобышек и защитных гильз.

Бобышки ввариваются в трубопровод и в них вставляется защитная гильза, в которую уже в свою очередь вставляется датчик. Вместе с бобышкой в комплекте идет уплотнительная прокладка для обеспечения герметичности.

Схемы подключения датчиков температуры

У разных видов датчиков температуры различны и схемы подключения.

Так термосопротивления могут иметь 2-х проводную, 3-х проводную либо 4-х проводную схемы подключения. Такое разнообразие объясняется тем, что при измерении сопротивления датчика присоединенные провода имеют собственное сопротивление, которое вносит погрешность в измерения, особенно это актуально при измерении на больших расстояниях.

В случае двухпроводной схемы влияние этого дополнительного сопротивления не компенсируется, поэтому такую схему можно использовать там, где не требуется высокая точность измерений, либо на небольших расстояниях кабельных трасс.

Для уменьшения погрешности измерения применяют трехпроводную схему.

При такой схеме измеряется общее сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов и затем вычисляется разность этих значений, тем самым получается точное измеренное сопротивление датчика.

Данная схема позволяет получить довольно высокую точность измерения даже при значительном влиянии сопротивления проводов.

Но и в данной схеме может возникать погрешность измерения, связанная с разностью сопротивлений проводников из-за окисления контакта, неоднородности материалов, разного сечения проводов.

Четырехпроводная схема позволяет получить наиболее точные результаты измерений.

По такой схеме два провода подключаются к одному выводу датчика и два провода к другому выводу. На клеммы r1 и r4 подается измерительный ток от источника.

Падение напряжения измеряется на клеммах r2 и r3, при этом если входное сопротивление измерительного прибора значительно больше сопротивления проводов (ток по этим измерительным проводам почти не течет) то значение этих сопротивлений практически не влияет на результат измерений.

Термопары подключаются к измерительным приборам по двухпроводной схеме компенсационными проводами, с соблюдением полярности подключения. Возможно также вместо компенсационных использовать провода, состоящих из материалов, сходных по своим термоэлектрическим характеристикам к материалам, из которых изготовлена термопара.

Датчики на основе PTC и NTC термисторов подключаются по стандартной двухпроводной схеме экранированным кабелем.

Также помимо перечисленных схем измерения часто применяют нормирующие преобразователи, которые преобразуют измеренное значение с датчика в унифицированный токовый сигнал 0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА, реже в сигнал напряжения 0…5 В, 0…10 В.

Такой способ передачи позволяет добиться высокой помехоустойчивости сигнала, усиления слабого сигнала с первичных датчиков, работать с сигналами с разным потенциалом за счет гальванической изоляции, передавать сигнал без потерь на значительные расстояния, обеспечить унификацию всех сигналов. Также в случае с термопарами, не требуется использование дорогостоящих компенсационных проводов, достаточно обычной медной пары.

Преобразователи могут быть выполнены в виде таблетки, встраиваемой в головку датчика, так и в виде отдельно устанавливаемого прибора.

Так как статья получилась довольно объемной и больше теоретической, примеры работы температурных датчиков с реальными устройствами, такими как ПЛК, терморегуляторы, Arduino, я оставлю на следующий раз.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.