Датчики температуры: классификация и особенности
Наиболее важной характеристикой термодатчиков является диапазон измеряемых температур. Другие значимые параметры: класс точности и допуска прибора, быстродействие, помехоустойчивость, наработка на отказ, наличие защиты и т.д
Измерители температуры могут отличаться по принципу работы: термометры сопротивления, биметаллические, основанные на термопаре. Вне зависимости от типа устройства, поступающий от чувствительного элемента сигнал преобразуется в электрический ток, по величине которого прибором и определяется температура.
Датчики сопротивления (терморезистивные датчики)
Действие таких устройств основано на том, что электрическое сопротивление материалов (проводников или полупроводников) зависит от температуры. Чувствительным элементом в датчиках сопротивления является терморезистор, сопротивление которого и контролируется. К основным преимуществам терморезистивных датчиков относится высокая чувствительность (включая класс допуска АА), длительная стабильность результатов и простота устройства. Они подходят для использования в системах безопасности 2Н — 4.
Чаще всего в качестве материала для резистивных детекторов температуры применяется платина, отличающаяся длительной стабильностью и высокой прочностью. Для температур выше 600 °С обычно применяется вольфрам, однако датчикам на его основе свойственна нелинейность характеристик и дороговизна. Кроме этого для изготовления датчиков используются кремний и металл-оксиды.
Специальные полупроводниковые датчики
В полупроводниковых датчиках используется принцип изменения характеристик p-n перехода под влиянием температуры. Такие свойства характерны практически любому транзистору или диоду. Полупроводниковые детекторы дёшевы и просты в устройстве, отличаются линейностью характеристик. Они легко интегрируются в электрические схемы, поскольку их можно создавать непосредственно на кремниевой подложке.
Термопары (термоэлектрические датчики)
Принцип работы термопар заключается в способности двух соединённых между собой разных электрических проводников генерировать ЭДС на своих свободных концах. Разность потенциалов зависит от разности температур между местом соединения металлов и свободными концами. Область измеряемых температур зависит от типа используемых металлов и колеблется от -200 до 2200 °С. Неблагородные металлы дают возможность измерить температуру среды до 1100 °С, а благородные — до 1600 °С.
Термометры биметаллические
Для измерения температуры в биметаллических термометрах используется двухслойная пластина или пружина из свальцованных двух разных металлов. Коэффициент температурного расширения у материалов отличается, благодаря чему под действием температуры биметалл изгибается. К биметаллической винтовой пружине прикрепляется стрелка, которая под действием деформации пружины показывает текущую температуру на градуированной шкале. Биметаллические термометры являются самыми простыми приборами для измерения температуры.
Цены
Самые простые максимальные противопожарные тепловые приборы отечественные, их цена от 40 рублей до 150.
- Дополнительные опции, например, память на сработавший прибор, световой и/или выносной индикатор, увеличение их количества влечет за собой удорожание вдвойне, разброс от 270 р. и до 600.
- Максимально-дифференциальные датчики можно приобрести за цену от 500 р. до 900.
- Одна из наиболее продаваемых моделей Аврора ТН (ИП 101-78-А1)
, ее цена в среднем 700 р. - Наиболее популярная из-за своей ценовой доступности модель взрывозащищенного извещателя ИП 101-3А-А3R
обойдется в 200 рублей в среднем, хотя в большинстве своем магазины предлагают взрывозащищенные устройства от 800 до 1 000 р.
Зарубежные адресные максимально-дифференциальные устройства
- стоят от 1000 рублей за штуку
и выше. - Среди адресно-аналоговых максимально-дифференциальных — хит продаж модель С2000 ИП-03
, она стоит от 500 до 800 рублей
, а вообще разбег адресных извещателей доходит до 2 000 и даже выше. - тепловые датчики – термокабели – в зависимости от характеристик (сопротивления кабеля, максимально допустимой длины, напряжения тока и т.д.) реализуются в среднем от 300 до 700 р.
Беремся за сигнализацию
Датчик срабатывает при нагреве до 68 градусов, а разрыв цепи обеспечивают взведенные пружины.
В основном это приспособления, в которых есть функции не только дымового, но и теплового датчика, благодаря чему можно конкретно выявить признаки возгорания, а затем оповестить людей.
Тип, марка Стоимость, рублей Еще в древние времена люди использовали передачу информации о начале возникновения каких-то событий на расстояние в виде световых сигналов или хорошо слышимых звуков, когда на возвышенностях разжигали костры либо звонили в колокола. Что такое пожарная сигнализация Первичные регистрирующие устройства — датчики — предназначены для своевременного и быстрого обнаружения первых признаков возгорания и дыма.
С помощью нее эксплуатация системы будет эффективной и безопасной. Для шлейфов выбирают провода с медными жилами и прокладывают их с возможностью обеспечения контроля технического состояния. Во-вторых, при балках на потолке датчики нужно размещать на их нижних поверхностях, а не на боковых или в межбалочном пространстве, по той же причине.
Особенности проектирования и расчёта
Система контроля и управления доступом отключена Включение системы автоматического пожаротушения. При стабилизированном напряжении ток тоже не меняется. Жизнь современного человека связана с эксплуатацией большого количества разнообразной техники, работу которой часто отслеживают дистанционно с помощью различных видов сигнализации. Почти полное отсутствие ложных тревог.
Датчики — фиксируют задымление и подают соответствующий сигнал. Полупрофессиональные устройства работают с цифровыми сигналами.
Кроме того, различные типы приемно контрольных приборов допускают подключение различного максимального количества дымовых пожарных извещателей в один шлейф сигнализации- эта величина обуславливается суммарным током потребления датчиков. В промышленном и жилом секторе наибольшее распространение получили четыре вида датчиков, работающих на различных принципах: 1.
Каждый адресный извещатель рассматривается как дополнительный виртуальный вход БПК. Для пожарных входов можно также настроить дополнительные параметры: Автоматическое перевзятие — предписывает прибору автоматически брать на охрану невзятый ШС как только его сопротивление будет в норме в течении 1 с. И, наконец, датчик обозревает не всю полусферу, а его чувствительность зависит от расстояния до источника опасности. При потолочных балках, устройства устанавливаются не на межбалочном или боковом пространстве, а на нижних поверхностях. Обеспечить это можно, если установить ОПС в сочетании с другими приспособлениями.
Датчики дыма (пожарные извещатели). Эксперимент с подключением к промышленному контроллеру.
Подключение температурного датчика для котла
Все датчики температуры должны подключаться к термостату или специальному управляющему контроллеру, отвечающего за рабочие режимы котла. При этом необходимо тщательно изучить инструкцию по подключению, чтобы совпали требования к подсоединению с техническими характеристиками датчиков.
Обычно рекомендуется приобретать датчики, которые рекомендует производитель котла. Связано это с их высокой совместимостью и гарантией правильной работы
Если в продаже таковые отсутствуют, то нужно обращать внимание на сертифицированные аналоги
Подключение наружного датчика
Датчик наружной температуры для котла монтируется на внешней стороне стены дома с обязательным выполнением следующих требований:
- необходимо исключить попадание прямых солнечных лучей на его поверхность;
- поверхность контакта стены должна быть неметаллической;
- прокладка кабеля в местах с повышенной влажностью, при наличии химических или биологических факторов, которые могут повредить изоляцию, запрещена;
- высота расположения датчика на стене должна быть на уровне 2/3 высоты дома, если количество этажей до трёх, либо между вторым и третьим этажом, если здание многоэтажное;
- необходимо исключить негативные факторы, снижающие чувствительность или точность измерения датчика.
Наружные датчик температуры для котла Подключение термодатчика осуществляется при выключенном электропитании котла. Для соединения применяется цельный кабель с сечением жил 0,5 мм2 и длиной до 30 м. Места подключения проводов к котлу и датчику должны быть загерметизированы и изолированы.
При подсоединении важно соблюдать полярность, в зависимости от типа термодатчика. Если участок кабеля проходит по улице, то его следует защитить специальной гофрированной трубкой. После выполнения всех монтажных работ, необходимо проверить их качество, а затем настроить термостат
Если были допущены ошибки, то их следует исправить, иначе велика вероятность поломок котла или недостаточного обогрева помещений
После выполнения всех монтажных работ, необходимо проверить их качество, а затем настроить термостат. Если были допущены ошибки, то их следует исправить, иначе велика вероятность поломок котла или недостаточного обогрева помещений.
Подключение комнатного датчика
Датчик комнатной температуры для котла монтируется на внешней стене здания с внутренней стороны помещения. Требования по выбору места следующие:
отсутствие поблизости источников тепла или холода; постоянный доступ к пространству помещения (отсутствие предметов декора, интерьера, которые могут заслонять датчик и влиять на достоверность измерений); высота от пола должна составлять 1,2-1,5 м; при монтаже электрических датчиков важно, чтобы поблизости не было источников электромагнитного излучения: проложенной электропроводки, установленных мощных электроприборов и т. п.
Комнатный датчик температуры для котла
Комнатный датчик температуры для котла
Способ подключения аналогичный методу для внешнего термодатчика, выполняется в соответствии с требованиями производителя котла. Может монтироваться в специально подготовленное углубление в стене или на поверхность, главное, чтобы чувствительный элемент не был закрыт снаружи.
Советуем изучить — Расшифровка обозначений пускателей ПМЛ
Подключение датчика для газового котла
Беспроводной датчик температуры для газового котла монтируется непосредственно на контроллер или на газовый клапан. Проводные термодатчики присоединяются способом, который предусмотрен производителем и описан в инструкции.
Подключение водяного термодатчика
Датчик температуры воды для котла в многоконтурной системе устанавливается на поверхность возвратной трубы отопления либо внутрь неё, а также допустима установка на циркуляционный насос. Такое положение обусловлено необходимостью исключения попадания обратно в котёл теплоносителя с высокой температурой.
В одноконтурной или однотрубной системе вариант установки датчика на возвратную трубу с теплоносителем запрещён. В случае повышения нагрева циркуляция перекроется и возникнет значительный градиент температур между дальними и ближними комнатами.
ДАТЧИКИ ДВИЖЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ GSM СИСТЕМ
Самыми популярными для GSM сигнализации являются два типа датчиков:
- движения;
- температуры.
Второе объясняется просто. Поскольку такое оборудование используется большей частью на даче или в частном доме, то опция контроля отопления актуальна практически для любого собственника.
Датчики температуры могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговый на выходе имеет непрерывно, в зависимости от температуры, изменяющееся напряжение. Цифровой выдает двоичный код.
Таким образом, приобретая температурный датчик для GSM сигнализации отдельно, следует знать:
- какой тип поддерживает ваш прибор;
- соответствуют характеристики выходного сигнала входным параметрам модуля.
В противном случае система корректно работать не будет. Если вы чувствуете в себе силы решить эту проблему и подобрать совместимое оборудование, то хорошо. Если нет, то существует два варианта:
1. Посмотреть в документации на GSM модуль какие модели датчиков температуры он поддерживает.
2. Приобрести прибор, в комплект поставки которого входит их нужное количество. Надо заметить, это проще всего и надежней.
Датчики движения в охранных системах, устанавливаемых на дачах, зачастую, являются единственно используемым средством обнаружения.
Определяется это, в первую очередь тем, что один извещатель способен контролировать помещение площадью порядка 50-80 м2.
Конечно, существуют ограничения, определяемые наличием предметов интерьера, создающих “слепые” зоны. Диаграмма зону обнаружения датчика движения далека от прямоугольной. Но, даже при этом, можно добиться высокой вероятности обнаружения нарушителя.
Поскольку для дачи время реагирования с точностью до минут не регламентируется, то ранним обнаружением, которое реализуется за счет блокировки окон и дверей, часто пренебрегают.
Для небольших объектов выпускаются приборы – сигнализаторы, например Express GSM, совмещающие в одном корпусе извещатель и приемо- передатчик. Стоит заметить, что приобретение такого устройства целесообразно если требуется охранять одно помещение. Покупать несколько таких приборов для одного объекта не выгодно.
Датчики движения как и другие извещатели для GSM сигнализации могут быть проводными и беспроводными.
Каким проводом можно подключать комнатные термостаты?
Еще одним немаловажным моментом в подключении термостата является выбор провода. Обычно, сечение и количество жил указываются в инструкции на конкретное изделие. Кроме этого надо помнить о расстоянии от термостата до котла или хаба, которому подключается термостат — если выход на термостате потенциальный, то длина провода может оказать существенное влияние на работу автоматики. Связано это с падением напряжения на проводе. Чтобы его уменьшить, стоит взять провод максимально большого сечения.
Чаще всего для подключения механических термостатов используют двухжильный провод с сечением 0,5 или 0,75 «квадратов»
Для электронных, как я описывал выше, важно учитывать длину провода. Чем длиннее провод, тем больше должно быть сечение (обычна сечение не превышает 1,5 «квадрата»)
Но превышать длину провода в 100 метров, производители не советуют, хоть это и не оговаривается в паспортах и инструкциях на изделия.
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.
Полупроводниковые термочувствительные элементы
Хотя и терморезисторы изготавливаю из полупроводниковых материалов, но здесь речь идёт о эффекте изменения температуры на p-n переходе транзисторов и диодов. Эти приборы характеризуются температурным коэффициентом напряжения — ТКН. Это изменение приложенного напряжения при изменении температуры. У всех полупроводников он отрицательный равен примерно 2мВ/0С.
На основе полупроводниковых датчиков температуры выпускают специализированные микросхемы, в которых на одном кристале помещается сразу и термочувствительный элемент усилители сигнала и схемы стабилизации. В настоящее время такие микросхемы широко распространены и выпускаются миллионами штук многими производителями. А потребитель получает готовое откалиброванное изделие с выходным сигналом нужной величины и нужной ему погрешностью (точностью). Используют такие микросхемы как датчики температуры в самых разнообразных устройствах.
Ещё одно применение полупроводниковых термодатчиков — в качестве элементов стабилизации и компенсации в электронных схемах. К примеру при протекании тока через мощные силовые элементы он нагреваются, изменяется х сопротивление и ,соответственно, параметры, чтобы компенсировать этот эффект, на его корпус крепят термотранзистор и включают в схему термокомпенсации.
Термореле — это устройства для включения или выключения нагрузки при достижении определённой температуры, они преобразуют тепловую энергию в механическую, которая идёт на замыкание/размыкание электрических контактов.
Область применения данных изделий -автоматизация и защита устройств в быту, на производстве, в автомобилях. Например их используют в утюгах, тепловых завесах, электрокаминах. Главное их достоинство это невысокая цена и простота.
Выпускают регулируемые термореле и настроенные на определённую температуру срабатывания. С замыкающими и размыкающими контактами, а также с группами контактов на замыкание/размыкание одновременно.
Технические параметры термореле:
-температура срабатывания — температура при достижении которой происходит замыкание/размыкание контактов реле
-температура возврата, соответственно при ней происходит возврат в исходное состояние
-гистерезис (дифференциал) -разница между температурой срабатывания и возврата
-коммутируемый ток и напряжение, от этого параметра зависит долговечность прибора, стоит подбирать прибор с запасом по току
-сопротивление контактов
-время срабатывания
-погрешность прибора, например +/- 10%
Датчики измерения температуры: типы, принцип работы
Классификация термодатчиков по принципу работы
По принципу измерения все датчики измерения температуры подразделяются на:
- Термоэлектрические (термопары);
- Терморезистивные;
- Полупроводниковые;
- Акустические;
- Пирометры;
- Пьезоэлектрические.
Термоэлектрические датчики температуры (термопары)
Принцип работы этой группы датчиков основан на том, что в замкнутых контурах проводников или полупроводников возникает электрический ток, если места спайки различаются по температуре.
Для измерения температуры, один конец термопары помещают в среду измерения, а другой служит для снятия значений.
Единственным, но существенным недостатком этого вида измерителей является их довольно большая погрешность, что недопустимо для многих технологических процессов.
Он применяется в металлообработке, и служит для контроля температуры подшипников. Диапазон измерения от -50 до +120 градусов по Цельсию, выходной сигнал для считывания – аналоговый.
Видео о датчиках температуры смотрите ниже:
Терморезистивные датчики
Как следует из названия, этот тип датчиков работает по принципу изменения сопротивления проводника при изменении его температуры. Благодаря простой и надежной конструкции, датчики этого типа широко применяются в электронике и машиностроении. Неоспоримым плюсом этих измерителей является высокая точность, чувствительность и простые устройства считывания.
Примером терморезистивного датчика может служить модель 700-101BAA-B00, которая имеет начальное сопротивление в 100 Ом, и диапазон измерений от -70 С° до +500 С°.
Выполнен он с применением платиновой пластинки и никелевых контактов. Широко используется в электронике и промышленных автоматах.
Полупроводниковые термодатчики
Этот тип датчиков работает на принципе изменения характеристик p-n перехода под воздействием температуры. Так как зависимость напряжения на транзисторе от температуры всегда пропорциональна, можно сделать датчик с высокой точностью измерения.
Несомненными плюсами такого решения является дешевизна, высокая точность данных, и линейность характеристик на всем диапазоне измерения.
Примером такого устройства может стать датчик LM75A. Температурный диапазон — от -55 С° до +150 С°, погрешность измерений – ±2 С°. Шаг измерения – всего 0,125 С°. напряжение питания – от 2.5 до 5.5 В, а время преобразования сигнала – до 0.1 секунды.
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.
Пирометры (тепловизоры)
Бесконтактный тип термодатчиков, считывающих излучение, которое исходит от нагретых тел. Этот тип устройств позволяет измерять температуру дистанционно, без приближения к среде, в которой производятся замеры. Это позволяет работать с большими температурами и сильно разогретыми объектами без опасного сближения.
Все пирометры по принципу работы подразделяют на интерферометрические, флуоресцентные и датчики на основе растворов, меняющих цвет в зависимости от температуры.
Пьезоэлектрические датчики температуры
Все датчики этого типа работают при помощи кварцевого пьезорезонатора. Вся суть работы – прямой пьезоэффект, то есть изменение линейных размеров пьезоэлемента под воздействием электрического тока.
При попеременной подаче разнофазного тока с определенной частотой, пьезорезонатор колеблется, при этом частота его колебаний зависит от температуры.
Зная эту зависимость, можно легко преобразовать данные о частоте колебаний резонатора в температуру.
Благодаря широкому диапазону измерений и высокой точности, такие датчики применяют в основном при проведении исследований и опытов, где нужна высокая надежность и долговечность.
Подключение DS18B20 к Arduino
DS18B20 является цифровым датчиком. Цифровые датчики передают значение измеряемой температуры в виде определенного двоичного кода, который поступает на цифровые или аналоговые пины ардуино и затем декодируется. Коды могут быть самыми разными, ds18b20 работает по протоколу данных 1-Wire. Мы не будем вдаваться в подробности этого цифрового протокола, укажем лишь необходимый минимум для понимания принципов взаимодействия.
Обмен информацией в 1-Wire происходит благодаря следующим операциям:
- Инициализация – определение последовательности сигналов, с которых начинается измерение и другие операции. Ведущее устройство подает импульс сброса, после этого датчик должен подать импульс присутствия, сообщающий о готовности к выполнению операции.
- Запись данных – происходит передача байта данных в датчик.
- Чтение данных – происходит прием байта из датчика.
Для работы с датчиком нам понадобится программное обеспечение:
- Arduino IDE;
- Библиотека OneWire, если используется несколько датчиков на шине, можно использовать библиотеку DallasTemperature. Она будет работать поверх OneWire.
Из оборудования понадобятся:
- Один или несколько датчиков DS18B20;
- Микроконтроллер Ардуино;
- Коннекторы;
- Резистор на 4,7 кОм (в случае подключения одного датчика пойдет резистор номиналом от 4 до 10K);
- Монтажная плата;
- USB-кабель для подключения к компьютеру.
К плате Ардуино UNO датчик подключается просто: GND с термодатчика присоединяется к GND Ардуино, Vdd подключается к 5V, Data – к любому цифровому пину.
Простейшая схема подключения цифрового датчика DS18B20 представлена на рисунке.
В режиме паразитного питания контакт Vdd с датчика подключается к GND на Ардуино – в этом случае пригодятся только два провода. Работу в паразитном режиме лучше не использовать без необходимости, так как могут ухудшиться быстродействие и стабильность.
Преимущества продукции ЭЛЕМЕР-УФА
Компания предлагает большой выбор термопреобразователей (модели ТСМУ, ТСПУ, ТХАУ, ТХКУ, ТПУ), датчиков сопротивления, термопар, биметаллических термометров, отдельные чувствительные элементы для датчиков (платиновые и медные), а также кабели и провода для КИП. Доступны как высокоточные модели (класс точности АА), так и устройства с большим диапазоном рабочих температур, например, термопары с контролируемыми температурами -40. +1800 °С. По индивидуальным заказам возможно изготовление специфических моделей, например, с нижней температурной границей -200 °С.
Компания выпускает измерители РОСА-10 и ИПТВ, предназначенные для контроля температуры и влажности. Все приборы хорошо интегрируются в системы автоматического учёта и контроля благодаря поддержке интерфейса RS-232. Все датчики и преобразователи температуры изготавливаются в пыле- и влагозащищённом исполнении (классы: IP54, IP65 и IP5Х).
Квалифицированные инженеры компании предоставят полную информацию по продуктам КИПиА и помогут выбрать наиболее подходящее для целевых условий устройство. По вопросам подбора, комплектации и приобретения контрольно-измерительного оборудования можно обратиться по телефонам:
- в г. Уфа,
- в г. Казань, (843) 292-14-62
Виды термопар
- Хромель-алюминиевые . В основном применяются в промышленности. Характерные особенности: широкий температурный интервал измерений -200…+13000°C, доступная стоимость. Не допускаются к применению в цехах с высоким содержанием серы.
- Хромель-копелевые . Применение сходно с предыдущим типом, особенность – сохранение работоспособности только в неагрессивных жидких и газообразных средах. Часто используются для измерения температуры в мартеновских печах.
- Железо-константовые . Эффективны в разреженной атмосфере.
- Платинородий-платиновые . Наиболее дорогие. Для них характерны стабильные и точные показания. Используются для измерения высоких температур.
- Вольфрам-рениевые . Обычно в их конструкции присутствуют защитные кожухи. Основная область применения – измерение сред со сверхвысокими температурами.
Заключение
Современные средства коммуникации позволяют моментально извещать владельцев частных домов и квартир о признаках пожара. Сам по себе датчик обнаружения огня выполняет ответственную функцию, но ее недостаточно для решения более сложной задачи – удаленного оповещения. Например, традиционные бюджетные модели сенсоров, которые в обязательном порядке должны устанавливаться на кухне, распространяют сигнал лишь в небольшом радиусе. Поэтому возникает вопрос – какие датчики пожарной сигнализации могут оповещать владельца, который находится в нескольких километрах от дома? Лучше всего на подобные цели ориентируются беспроводные датчики с радиомодулями и Wi-Fi. Их можно связать с телематической охранной системой и не беспокоиться о том, что тревожный сигнал будет вовремя получен. Также и проводные устройства можно интегрировать в комплекс системы безопасности. Главное – организовать корректное подключение, не забывая о введении контактных данных служб, которые смогут быстро отреагировать на сигнал и принять соответствующие меры.
