Датчик температура – типы, принцип работы, диапазон температур

Принцип работы датчиков температуры

Опубликовано 22.05.2016

Принцип работы

Термометры сопротивления (терморезисторы, термосопротивления)

Термометр сопротивления (Resistance Thermometer) — датчик для измерения температуры, принцип действия которого основан на зависимости электрического сопротивления от температуры.

Термосопротивления могут быть металлические (платина, никель, медь) или полупроводниковые.

Для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления положителен — их сопротивление растёт с ростом температуры. Для полупроводников без примесей он отрицателен — их сопротивление с ростом температуры падает.

Термисторы

Термисторы – это полупроводниковые термосопротивления с большим температурным коэффициентом.

• PTC-термисторы (Positive Temperature Coefficient), обладают свойством резко увеличивать свое сопротивление, когда достигнута заданная температура – широко используются для защиты двигателей
• NTC -термисторы (Negative Temperature Coefficient), обладают свойством резко уменьшать свое сопротивление при достижении заданной температуры

PT100, PT1000

Платиновые термометры сопротивления (Platinum Resistance Thermometers) обладают высокой стойкостью к окислению и большой точностью измерения.

KTY

Кремниевые терморезисторы с положительным коэффициентом сопротивления, отличаются высокой линейностью характеристики, высоким быстродействием, надёжной твёрдотельной конструкцией и небольшой стоимостью.

Схемы включения термосопротивления в измерительную цепь

• 2-х проводная схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление присоединительных проводов суммируется с измеренным сопротивлением, что приводит к появлению дополнительной погрешности
• 3-х проводная
  схема обеспечивает значительно более точные измерения, т.к. появляется возможность измерить сопротивление подводящих проводов и вычесть его из суммарного измеренного сопротивления
• 4-х проводная схема — наиболее точная схема, обеспечивает полное исключение влияния подводящих проводов

Сравнение термометров сопротивления с термопарами

Преимущества:

• выше точность и стабильность
• можно исключить влияние сопротивления присоединительных проводов на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений
• практически линейная характеристика
• не требуется компенсация холодного спая

Недостатки:

• малый диапазон измерений
• не могут измерять высокую температуру.

Термопары

Термопара (Thermocouple) — это два проводника из разных металлов, спаянные в одной точке. Эта точка измерения температуры называется — рабочий спай

. Свободные концы называются холодным спаем. Если рабочий спай нагреть относительно холодного спая, то между свободными концами возникает напряжение (термо-ЭДС), пропорциональное разности температур.

Так как с помощью термопары всегда измеряется разность температур, то, чтобы определить температуру точки измерения, свободные концы у холодного спая должны содержаться при известной неизменной температуре.

Подключение к ПЛК

Холодные концы подключаются (непосредственно или с помощью компенсационных проводов, которые должны быть выполнены из тех же металлов, что и термопара) к клеммам соответствующего аналогового входа (с соблюдением полярности!) промышленного контроллера, который программно выполняет компенсацию температуры холодного спая и рассчитывает температуру в точке измерения.

При внутренней компенсации контроллер использует температуру модуля, к которому подключена термопара. При более точной внешней компенсации эталонная температура холодного спая измеряется с помощью дополнительного термометра сопротивления, который подключается к специальному входу контроллера.

Типы термопар

• K: хромель-алюмель
• J: железо-константан
• S, R: платина-платина/родий и др.

Термопары отличаются диапазоном измеряемых температур и погрешностью измерений.

Преимущества термопар

• Большой температурный диапазон измерения
• Измерение высоких температур.

Недостатки

• Невысокая точность
• Необходимость вносить поправку на температуру холодного конца.

Термостаты

Термостат (Thermostat) – это регулятор, который поддерживает постоянную температуру воздуха или жидкости в системах отопления, кондиционирования и охлаждения.

www.maxplant.ru

Датчики температуры охлаждающей жидкости, наружного воздуха, влажности

Для контроля климата в жилом помещении и температуры во время производственных процессов используются специальные устройства. Предлагаем рассмотреть, как работают датчики температуры, всасываемого воздуха на впуске, воды, газов, топлива и влажности, их принцип работы и виды.

Общие сведения про датчики

Датчики температуры представляют собой устройства, используемые для измерения температуры среды. Типы температурных датчиков:

1. накладные контактные датчики. Фото — Накладные контактные датчики
2. бесконтактные датчики. Фото — Бесконтактные датчики температуры

Тем не менее, известны еще 3 дополнительных типа информаторов: термометры, резистивные датчики температуры и термопара (терморегулятор). Все эти контроллеры работают при помощи измерения физических свойств (т.е. объема жидкости, текущей через провод), который изменяется в зависимости от температуры.

Видео: обзор датчиков температуры

Контактные датчики

Датчики контакта температуры могут измерять температуру объекта, в контакте с которым находится датчик, но если предположить, что датчик и объект находятся в тепловом равновесии, то между ними нет теплового потока.

Данный подвид информаторов представлен следующими устройствами:

• Термопары
• Датчики сопротивления температуры (работают при помощи указателя, у них наиболее оптимальное соотношение цена/качество)
• Заполненные термометры
• Полупроводниковые биметаллические термометры
• Промышленные бесконтактные и беспроводные датчики температуры.

Фото — Датчики сопротивления температуры

Большинство коммерческих и научных бесконтактных датчиков температуры и измерения внешней тепловой мощностью излучения инфракрасного или оптического излучения, работают от известной или расчетной области на поверхности или объеме измеряемой жидкости.

Примером бесконтактного датчика температуры является пирометр.

Термометры являются наиболее распространенными датчиками температуры, эксплуатируемые в простых, повседневных измерениях температуры, их используются для котлов, в сигнализациях. Самые популярные биметаллические термометры.

Комнатный термометр с жидкостью

До сих пор одними из самых доступных датчиков измерения температуры считаются заполненные термометры. В тубу добавляется жидкость, которая чувствительна к изменению температуры, чаще всего это окрашенный спирт или ртуть. Под изменением температурного уровня снаружи тубы, жидкость расширяется и поднимается, по таблице-циферблату можно определить, какой уровень температуры сейчас в помещении. Этот способ хорош, если не требуется высокая точность, ведь при использовании такого измерителя возможна погрешность почти в градус, к тому же, спиртовые модели очень быстро теряют показатели при резком изменении температур, их сложно зафиксировать.

Фото — Комнатный термометр с жидкостью

Жидкость должна иметь относительно большой коэффициент теплового расширения, так что небольшие изменения в температуре приведет к обнаруживаемым изменениям в объеме. Материал трубки – стекло, иногда закаленное, но обязательно прозрачное, чтобы можно было видеть маркированную таблицу. Раньше ртуть была более распространена, но её уровень токсичности слишком высок, что может привести к непоправимому ущербу при бытовом использовании.

Хотя заполненные регуляторы являются самыми простыми и дешевыми вариантами для измерения температуры, они также отличаются недолговечностью в виду своей хрупкости. Также их редко применяют при осуществлении даже небольших производственных процессов, т.к. нет возможности регулировать их работу в автоматическом режиме.

В биметаллическом термометре используется два металла (обычно сталь и медь) с различными коэффициентами теплового расширения, они крепятся друг к другу с помощью заклепок или сварки. По мере повышения температуры, увеличивается расстояние между полосами, металл с высшим коэффициентом теплового расширения расширяется в большей степени, в результате чего появляется напряжение в материалах и отклонение в полосе. Величина этого отклонения является разницей температуры.

Фото — Биметаллический термометр

Температурные разности, для которых эти термометры могут быть использованы, ограничивается диапазоном, в котором металлы имеют существенно различные коэффициенты теплового расширения. Биметаллические полосы часто свернутые в трубах и помещены в термостаты. Перемещаемый конец полосы представляет собой электрический контакт, который передает температуру термостата. Поэтому они могут контролироваться специальными автоматическими устройствами.

Датчики сопротивления температуры

На производственных работах обычно используется механический или электронный погружной резистивный датчик температуры наружного воздуха (также известный как термометр сопротивления). В отличие от заполненных термометров, индикатор сопротивления выдает электрический сигнал измерения температуры, тем самым делая его более удобным для использования с компьютеризированной системой.

Фото — Датчики сопротивления температуры

Устройство сопротивления использует зависимость между электрическим сопротивлением и температурой, которая может быть линейной или нелинейной. Главным отличием этих приборов является их высокая точность, у них допустимая погрешность около 0,01 градуса по Цельсию. Однако при высоких температурах (выше 700 градусов С), они становятся очень неточными из-за деградации наружной оболочки, которая содержит термометр. Таким образом, использование датчиков сопротивления является предпочтительным при более низких температурных диапазонах, где они могут быть наиболее точными, к тому же их проверка осуществляется гораздо проще, чем у биметаллических.

Бывает несколько видов датчиков: с терморезистором и традиционные. Традиционные термометры сопротивления использую чувствительные металлические элементы, которые приводят к линейной зависимости между температурой и сопротивлением. Так как температура металла увеличивается, увеличение случайного молекулярного движения препятствует потоку электронов. Повышенное сопротивление давления измеряется через металл как снижение тока, образуется фиксированное напряжение. Выносной электронный термистор использует полупроводниковый датчик, что дает функцию зависимости мощности между температурой окружающей среды, отопления и сопротивлением.

Термопара

Другой цифровой датчик температуры двигателя и выхлопных газов, который часто используются в промышленности – это термопара. Среди различных датчиков температуры, доступных, термопара широко используется датчик температуры масла и впускного воздуха. Как и аналоговые устройства сопротивления, данные приборы работают при помощи электронной схемы.

Фото — Термопара

Конструкция термопары

Термопара представляет собой тубу, продолговатой, стержнеобразной формы, что позволяет размещать устройство в труднодоступных местах. К примеру, в котлах, двигателях, узких вентиляционных проходов.

Любой (уличный и бытовой) датчик температуры воздуха содержит внешнюю оболочку или гильзу. Гильза защищает содержимое термопары от механического и химического повреждения.

В гильзе находится металлическая проволока, иногда две, каждая состоит из различных металлов. Возможны различные комбинации материалов для этих металлических проволок. Монтаж осуществляется при помощи специальных креплений и планок для жесткой фиксации термометрических систем.

Все счетчики имеют индивидуальные технические характеристики. Рассмотрим, какие показатели имеет электронный канальный датчик температуры охлаждающей жидкости и контроля окружающей среды:

• Размер: три провода в TO-92 корпусе (0,2″х 0,2″х 0,2″)
• Температурный диапазон: начальный в -40 градусов Цельсия и составляет до 150 градусов (в зависимости от типа температура может быть более высокой). Если превысить эти показатели, то возникнет неисправность.
• Диапазон температур перед выходом: после 125 градусов С, точность падает. 2,0 В при 150 градусов С и 0,1 В при температуре -40 градусов С.
• Требуемая мощность: максимум 5,5 В питания, 0.05 А тока.

Подключение всех аналоговых приборов не имеет никаких сложностей. В большинстве случаев достаточно просто включить устройство в сеть питания, проверить разъем и напряжение. Единственное замечание – это продумать его расположение, чтобы датчик максимально точно определил колебания температуры.

Как подобрать датчик температуры

Датчики температуры на снегоход, в шинах для автомобиля или прочих движущихся устройств выбираются сугубо индивидуально (в большинстве случаев можно воспользоваться продукцией фирмы-изготовителя техники, это PT100, Гольф 2, ВАЗ 2110, PT1000, Калина, NTC, Приора).

Фото — Датчик для компьютера

Для компьютера информаторы подбираются строго исходя от параметров оргтехники, в этом случае температурные датчики (реле) служат для предотвращения перегревания процессора, и представлены марками DS18B20, G62, GSM. Таким же образом выбираются устройства для измерения выделяемого теплого воздуха для холодильников, их изготавливает компания Siemens, ТСМ и УМЗ. Иногда для более точного контроля температуры необходимы инфракрасные контроллеры (на химических, биологических и сталелитейных заводах).

Фото — Датчик воздуха в салоне

Для измерения температуры на борту и за бортом автомобиля, снегоходов и т.д. Вам также понадобится купить специальные датчики, они представлены марками Лада, Ланос, Дэу Нексия, Метран, Рено Логан, Шевроле, Ауди, Фокус Форд, Грант, Фольсваген Пассат, ВАЗ Нива, Мерседес, Хонда, Газель. При выборе модели для салона учитывайте, чтобы она была размещена как можно дальше от печи, и на 20 см выше пола. При необходимости замена прибора легко осуществляется своими руками, схема к каждому датчику идет вместе с инструкцией.

www.asutpp.ru

Датчики температуры охлаждающей жидкости. — DRIVE2

Датчик температуры деталь электрической системы автомобиля, которая может изменять свои электрические характеристики в зависимости от температуры.
По функции температурные датчики делятся на:
Датчики температуры для блока управления двигателем.
Датчики температуры для указателя (стрелки) приборной панели.
Датчики с несколькими функциями.
Датчики температуры на сигнальную лампу приборной панели (термовыключатели).
Датчики включения вентилятора (термовыключатели).

Датчики температуры для блока управления двигателем, датчики для указателя на приборной панели, датчики с несколькими функциями изменяют свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. В основе их работы лежит эффект изменения сопротивления различных электропроводящих веществ в зависимости от температуры. У большинства металлов с ростом температуры электрическое сопротивление возрастает то есть они обладают позитивным электрическим коэффициентом (PTC — positive temperature coefficient). Для полупроводников характерен отрицательный температурный коэффициент (NTC — negative temperature coefficient) — то есть уменьшение электрического сопротивления с ростом температуры.
В зависимости от конструкции датчика он может иметь один, либо несколько контактов. Если контакт один, то сопротивление измеряется между контактом и корпусом датчика (Рис.1). Если контактов 2, то сопротивление измеряется между ними (Рис.2, Рис.3). Если контактов много, то возможны самые различные варианты (Рис.4, Рис.5).

Полный размер

Подавляющее большинство температурных датчиков имеет резьбовое крепление (Рис.6-Рис.9), хотя, бывают исключения (Рис.10), соответственно датчики имеют шестигранный участок корпуса под ключ различных размеров. По форме резьба может быть цилиндрической или конической, отличаться диаметром и шагом, так же датчики могут иметь уплотняющую прокладку или же не иметь таковую. Форма электрических разъемов может быть самой разнообразной.

Полный размер

Датчики температуры на сигнальную лампу приборной панели работает по принципу замыкания либо размыкания цепи при достижении определенной температуры. Если датчик с одним контактом, то размыкание/замыкание происходит между контактом и корпусом. В этом случае датчики бывают разомкнутые в холодном положении (Рис.11) и замкнутые в холодном положении (Рис.12). Если у датчика два контакта, то размыкание/замыкание происходит между этими контактами. В этом случае датчики, так же бывают разомкнутые в холодном положении (Рис.13) и замкнутые в холодном положении (Рис.14). Так же встречаются двухконтурные датчики (Рис.15).

www.drive2.ru

2.1. Классификация датчиков температуры

Датчик температуры — это устройство, непосредственно принимающее, преобразующее измеряемую величину в сигнал для последующей передачи его на приборы или управляющее воздействие. Датчик предназначен для измерения температуры в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

К датчикам температуры относят:

• термопары;

• интегральные датчики;

• биметаллические;

• диодные датчики;

• термисторы;

• пирометры;

• кремниевые;

• интегральные термостаты.

Термопара

Термопара нашла свое широкое применение для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температуры с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции, которое имеет датчик температуры этого вида, возможность работать в широком диапазоне и дешевизны. К числу достоинств относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур в агрессивных средах.

Термопары относятся к классу термоэлектрические преобразователи, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

Соединенные между собой концы термопары, погружаемые в среду, температура которой измеряется, называют рабочим концом термопары. Концы, которые находятся в окружающей среде, и которые обычно присоединяют проводами к измерительной схеме, называют свободными концами. Температуру этих концов необходимо поддерживать постоянной. При этом условии термо-ЭДС Е_т будет зависеть только от температуры T₁ рабочего конца.

                                   U_вых = E_т = С(Т₁ – Т₀),         

где С – коэффициент, зависящий от материала проводников термопары.

 

Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 ⁰С и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ. Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 ⁰С.

 Наибольшее распространение для изготовления термоэлектрических преобразователей получили платина, платинородий, хромель, алюмель.

 Термопары имеют следующие преимущества: простота изготовления и надёжность в эксплуатации, дешевизна, отсутствие источников питания и возможность измерений в большом диапазоне температур.

 Наряду с этим термопарам свойственны и некоторые недостатки — меньшая, чем у терморезисторов, точность измерения, наличие значительной тепловой инерционности, необходимость введения поправки на температуру свободных концов и необхо­димость в применении специальных соединительных проводов.

Термопара типа ТХА, ТХК, ТПП и пр. состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. Спаянный конец, называемый «рабочим спаем», погружается в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») подключаются ко входу измерителей, регуляторов. Если температуры «рабочего» и «холодного спаев» различны, то вырабатывается термоЭДС, которая и подается на прибор. Поскольку термоЭДС зависит от разности температуры двух спаев датчика, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая», чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях.

В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами ТХА, ТХК (термопреобразователями сопротивления ДТС типа ТСП и ТСМ, термоэлектрическими преобразователями, датчиками температуры, термосопротивлениями) предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.

Подключение термопар ТХА, ТХК (термопреобразователей сопротивления ДТС типа ТСП и ТСМ, термоэлектрических преобразователей) к датчику температуры (термопреобразователю) должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов. Допускается использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, аналогичными характеристикам материалов электродов термопары в диапазоне температур 0..100 °С. При соединении компенсационных проводов с термопарами (термоэлектрическими преобразователями, термопреобразователями сопротивления) и прибором необходимо соблюдать полярность.

Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора рекомендуется экранировать линию связи прибора с датчиком. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.

studfile.net

виды, устройство, принцип работы термодатчиков

 О чем эта статья

Что такое и какие бывают датчики температуры. Рассмотрена классификация термодатчиков по принципу действия, когда какие типы датчиков лучше применять. На какие характеристики необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры. Обзор производителей и продавцов.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Датчики измерения влажности(гигрометры)» или «Виды давления».

Перейти к выбору и покупке датчиков температуры

Большинство технологических процессов идет сейчас по пути автоматизации. Кроме того, управление многочисленными механизмами и агрегатами, а зачастую и машинами просто немыслимо без точных измерений всевозможных физических величин. Не маловажными являются измерение давления, измерение угловой скорости, а также линейной и многие-многие другие. Но самыми распространенными (около 50%) являются температурные измерения. К примеру, средняя по величине атомная станция располагает приблизительно 1500-ю контрольных (измерительных) точек, а крупное химпроизводство, насчитывает таких уже около 20 тыс.

Так как диапазон измерений и их условия могут сильно отличатся друг от друга, разработаны разные по точности, помехоустойчивости и быстродействию типы датчиков (и первичных преобразователей). Какого бы типа не был температурный датчик, общим для всех является принцип преобразования. А именно: измеряемая температура преобразуется в электрическую величину (как раз за это и отвечает первичный преобразователь). Это обусловлено тем, что электрический сигнал просто передавать на большие расстояния (высокая скорость приема-передачи), легко обрабатывать (высокая точность измерений) и, наконец, быстродействие.

Дальше, предлагаем вам ознакомиться с различными видами датчиков температуры, а в конце статьи со список вопросов которые необходимо решить перед покупкой датчика температуры. Если же вы хотите сразу перейти к выбору и покупке термодатчика, можете воспользоваться нашим каталогом.

Виды датчиков температуры, по типу действия

Терморезистивные термодатчики

Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Разработаны они были впервые для океанографических исследований. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

На изображении приведен датчик 702-101BBB-A00, диапазон измерения которого от -50 до +130 °С. Этот датчик относиться к группе кремневых резистивных датчиках(что это такое читайте двумя абзацами ниже). Обратите внимание, на его размеры. Производит этот датчик фирма Honeywell International

В зависимости от материалов используемых для производства терморезистивных датчиков различают:

1. Резистивные детекторы температуры(РДТ). Эти датчики состоят из металла, чаще всего платины. В принципе, любой мета изменяет свое сопротивление при воздействии температуры, но используют платину так как она обладает долговременной стабильностью, прочностью и воспроизводимостью характеристик. Для измерений температур более 600 °С может использоваться также вольфрам. Минусом этих датчиков является высокая стоимость и нелинейность характеристик.
2. Кремневые резистивные датчики. Преимущества этих датчиков —хорошая линейность и высокая долговременная стабильностью. Также эти датчики могут встраиваться прямо в микроструктуры.
3. Термисторы. Эти датчики изготавливаются из металл-оксидных соединений. Датчики измеряет только абсолютную температуру. Существенным недостатком термисторов является необходимость их калибровки и большой нелинейностью, а также старение, однако при проведении всех необходимых настроек могут использоваться для прецизионных измерений.

Полупроводниковые

В качестве примера изображен полупроводниковый датчик температуры LM75A, выпускаемый фирмой NXP Semiconductors. Диапазон измерений этого датчика от -55 до +150.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность. Кроме того, эти датчики можно формировать прямо на кремневой подложке. Все это делает полупроводниковые датчики очень востребованными.

Термоэлектрические(термопары)

Термоэлектрические преобразователи — иначе, термопары. Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Выглядеть термопара может так, как показано на рисунке. Это термопара ДТПКХХ4, она измеряет температуры в пределах от -40 до +400. Производит его российская компания Овен.

Диапазон измеряемых с их помощью температур, от -200 до 2200 градусов, и напрямую зависит от используемых в них материалов. Например, термопары из неблагородных металлов – до 1100 °С. Термопары из благородных металлов (платиновая группа) – от 1100 до 1600 градусов. Если необходимо произвести замеры температур свыше этого, используются жаростойкие сплавы (основой служит вольфрам). Как правило используется в комплекте с милливольтметром, а свободный конец (конструктивно выведенный на головку) удален от измеряемой среды с помощью удлиняющего провода. Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

Пирометры

Пирометры – бесконтактные датчики, регистрирующие излучение исходящее от нагретых тел. Основным достоинством пирометров (в отличие от предыдущих температурных датчиков) является отсутствие необходимости помещать датчик непосредственно в контролируемую среду. В результате такого погружения часто происходит искажение исследуемого температурного поля, не говоря уже о снижении стабильности характеристик самого датчика.

Различают три вида пирометров:

1. Флуоресцентные. При измерении температуры посредством флуоресцентных датчиков на поверхность объекта, температуру которого необходимо измерить, наносят фосфорные компоненты. Затем объект подвергают воздействию ультрафиолетового импульсного излучения, в результате которого возникает послеизлучение флуоресцентного слоя, свойства которого зависят от температуры. Это излучение детектируется и анализируется.
2. Интерферометрические. Интерферометрические датчики температуры основаны на сравнении свойств двух лучей – контрольного и пропущенного через среду, параметры которой меняются в зависимости от температуры. Чувствительным элементом этого типа датчиков чаще всего выступает тонкий кремниевый слой, на коэффициент преломления которого, а, соответственно, и на длину пути луча, влияет температура.
3. Датчики на основе растворов, меняющих цвет при температурном воздействии. В этом типе датчиков-пирометров применяется хлорид кобальта, раствор которого имеет тепловую связь с объектом, температуру которого необходимо измерить. Коэффициент поглощения видимого спектра у раствора хлорида кобальта зависит от температуры. При изменении температуры меняется величина прошедшего через раствор света.

Акустические

Акустические термодатчики – используются преимущественно для измерения средних и высоких температур. Акустический датчик построен на принципе того, что в зависимости от изменения температуры, меняется скорость распространения звука в газах. Состоит из излучателя и приемника акустических волн (пространственно разнесенных). Излучатель испускает сигнал, который проходит через исследуемую среду, в зависимости от температуры скорость сигнала меняется и приемник после получения сигнала считает эту скорость.

Используются для определения температур, которые нельзя измерить контактными методами. Также применяются в медицине для неинвазивных (без операционного проникновения внутрь тела больного) измерения глубинной температуры, например, в онкологии. Недостатками таких измерений является то, что при прикосновении они могут вызывать ответные физиологические реакции, что в свою очередь влечет искажение измерения глубинной температуры. Кроме того, могут возникать отражения на границе «датчик-тело», что также способно вызывать погрешности.

Пьезоэлектрические

В датчиках этого типа главным элементов является кварцевый пьезорезонатор.

Как известно пьезоматериал изменяет свои размеры при воздействии тока(прямой пьезоэффект). На этот пьезоматериал попеременно передается напряжение разного знака, от чего он начинает колебаться. Это и есть пьезорезонатор. Выяснено, что частота колебаний этого резонатора зависит от температуры, это явление и положено в основу пьезоэлектрического датчика температуры.

На что необходимо обратить внимание при выборе датчиков температуры

1. Температурный диапазон.
2. Можно ли погружать датчик в измеряемую среду или объект? Если расположение внутри среды недопустимо, то стоит выбирать акустические термометры и пирометры.
3. Каковы условия измерений!? Если используется агрессивная среда, то необходимо использовать либо датчики в корозийнозащитных корпусах, либо использовать бесконтактные датчики. Кроме того, необходимо предусмотреть другие условия: влажность, давление и тд.
4. Как долго датчик должен будет работать без замены и калибровки. Некоторые типы датчиков обладают относительно низкой долговременной стабильностью, например термисторы.
5. Какой выходной сигнал необходим. Некоторые датчики выдают выходной сигнал в величине тока, а некоторые автоматически пересчитывают его в градусы.
6. Другие технические параметры, такие как: время срабатывания, напряжение питания, разрешение датчиков и погрешность. Для полупроводниковых датчиков, важным также являет тип корпуса.

Производители и продавцы датчиков температуры

В нашем каталоге,  есть достаточно много различных датчиков температур, которые вы можете купить. Эти датчики продают следующие фирмы: NXP Semiconductors, ОВЕН, Texas Instruments, National Semiconductor, Analog Devices, ST Microelectronics, Компэл, Honeywell International.

Опубликована 06-11-11.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

www.devicesearch.ru.com

Терморегуляторы с датчиками температуры воздуха: разновидности

Регулятор с датчиком температуры воздуха – незаменимый прибор для системы отопления. Именно он помогает регулировать температуру в доме в промозглый осенний вечер или тёплым днём. Каковы особенности прибора, где его устанавливают чаще всего, как сделать такой датчик своими руками, – будем разбираться вместе с экспертами интернет-портала для мастеровитых людей housechief.ru.

Температура воздуха может контролироваться в широком диапазоне

Читайте в статье

Что такое терморегуляторы с датчиком температуры воздуха

Терморегулятор – специальный контроллер, обеспечивающий управление обогревательным устройством. Гарантирует поддержание температуры теплоносителя в заданном диапазоне. Режим работы терморегулятора задаётся вручную, после чего он начинает автоматически регулировать работу отопительного оборудования.

Режим работы выставляется вручную

Основные функции термореле с регулировкой температуры

Функциональные возможности устройства позволяют:

1. Сократить эксплуатационные расходы за счёт экономии используемого топлива. Термореле с регулировкой температуры отключает оборудование после достижения максимального значения температуры и подключает после снижения до минимального.
2. Обезопасить потребителя. При перегреве котла или возникновении неисправности раздастся характерный звуковой сигнал.
3. Создать комфортные условия внутри дома, так как датчик температуры воздуха будет автоматически менять режим работы оборудования.

Термореле имеет широкие функциональные возможности

Принцип действия терморегулятора и датчика температуры

Регулировка температуры воздуха осуществляется следующим образом:

• на терморегулятор поступают данные о степени нагрева теплоносителя;
• датчики, находящиеся непосредственно в помещении, предоставляют данные о температуре воздуха;
• собранная информация поступает на блок управления;
• регулятор температуры воздуха в помещении сравнивает поступившие значения, а затем изменяет температуру теплоносителя в нужном направлении.

Температура теплоносителя зависит от поступившей на блок управления информации

Виды датчиков для измерения температуры

Датчик температуры воздуха в помещении может иметь различное конструктивное исполнение, определяющее порядок его работы, срок службы и стоимость. Прежде чем отдать предпочтение определённому варианту, стоит ознакомиться с существующими.

Датчики бывают разного вида

Выносные датчики температуры

Большинство терморегуляторов оснащается встроенными датчиками, позволяющими определить температуру воздуха непосредственно в той комнате, где установлено отопительное оборудование. Используя терморегуляторы с выносным датчиком температуры воздуха, можно определить температуру за пределами помещения, в котором находится блок управления. При этом прибор выполняет ту же функцию – принимает данные, чтобы отрегулировать степень нагрева воздуха.

Чаще всего терморегуляторы с выносными датчиками устанавливают непосредственно около котла, а для чувствительного элемента выбирают место в отапливаемой комнате. Возможна также установка за пределами дома, чтобы адаптировать системы отопления под внешние условия. В этом случае они выступают в качестве дополнительных индикаторов, а основными являются устройства, располагающиеся внутри.

Приборы с выносными датчиками позволяют измерить температуру воздуха на расстоянии

Электронные датчики температуры

Электронные приборы комплектуются полупроводниковыми деталями, с помощью которых измеряется изменение температуры. Позволяют автоматизировать процесс. Электронные датчики температуры устанавливаются на котлы и другое отопительное оборудование. Отличаются широкими функциональными возможностями.

Бывают с открытой и закрытой системой управления. Первый тип имеет большой набор функций. Такие устройства можно программировать, выполняя тонкую настройку. Однако сложное конструктивное исполнение предъявляет определённые требования к знаниям потребителя.

Датчики с закрытой системой работают по строго заданному алгоритму. Возможно изменение ограниченного числа программ и настроек. Благодаря простоте обслуживания их чаще всего приобретают для оснащения бытовых систем. Для питания датчиков необходим электрический ток. Их подключают к розетке, устанавливают на дин-рейку либо используют батарейки.

Внимание! Для работы большинства электронных датчиков необходимо напряжение в 24 Вольта.

Управление электронными моделями осуществляется за счёт использования специальных кнопок либо сенсорной панели. С их помощью пользователь может изменить температурные настройки. На мониторах дополнительно отражается дата и время.

Современные устройства способны работать в режиме дня/ночи, выходных дней/будней. Возможно наличие других функций, увеличивающих стоимость терморегулятора. Перед покупкой стоит сопоставить потребность в перечисленных возможностях с затратами на приобретение конкретной модели.

Электронные модели способны работать в различных режимах

Прочие

Термореле с выносным датчиком температуры принято делить на различные виды в зависимости от используемого при изготовлении материала, функционалу, особенностям монтажа. Способ контроля температуры позволяет разделить прибор на устройства:

• с контролем по датчику воздуха;
• с контролем по датчику пола;
• комбинированные. Учитывают данные от различных источников.

Первый тип получил наибольшее распространение, если требуется автоматизировать работу отопительного котла или батареи отопления. Второй актуален при устройстве системы «тёплый пол», что значительно сокращает возможную область использования.

В зависимости от используемого материала датчики могут быть:

• биметаллическими, при изготовлении которых используется упрочнённая пластмасса;
• электронными термисторами;
• электронными термопарами.

В качестве терморегулятора для отопительного оборудования используются два последних вида. Могут быть механическими и электронными. В основу работы механических приборов положен принцип изменения объёма биметаллических пластин с последующей передачей данных блоку управления.

Механические приборы обладают некоторой инертностью

Преимущества и недостатки использования терморегуляторов с выносным датчиком температуры воздуха

Прибор со встроенным датчиком может показывать некорректные данные. Особенно располагаясь около отопительного оборудования. Отдав предпочтение электронному термостату с выносным датчиком, можно значительно уменьшить ошибку измерения.

Терморегулятор демонстрирует высокую точность измерения

К преимуществам устройств данного типа стоит отнести:

• высокую точность измерения;
• возможность установки в любых комнатах, а также за пределами дома;
• контроль температурного режима под любой поверхностью.

Комментарий

Сергей Харитонов

Ведущий инженер по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха ООО «ГК «Спецстрой»

Задать вопрос«Если терморегулятор подключается к инфракрасному обогревателю, выносной датчик следует расположить в месте, на которое не направлен тепловой поток.»

Основным недостатком является ограниченная длина провода. Исключение составляют беспроводные модели, у которых расстояние между приёмником и передатчиком может достигать 300 м.

Беспроводные модели способны принимать сигнал на большом расстоянии

Область применения терморегуляторов с датчиком

Терморегуляторы с датчиком температуры являются универсальными приборами. Их можно использовать при монтаже системы отопления в любом помещении с возможностью установки на различных поверхностях. Предлагаем ознакомиться с областью использования термостатов.

Терморегуляторы имеют широкую область использования

Статья по теме:

Терморегулятор для радиатора отопления. В статье подробно рассмотрим конструкцию, современные модификации, особенности применения, параметры устройств для радиатора, обзор современных моделей и секреты правильной установки регулятора самостоятельно без ошибок.

Датчик температуры воздуха для котла отопления

Система отопления нуждается в постоянном контроле. Используя специальный датчик температуры воздуха для котла отопления, можно отслеживать увеличение объёмов воды и текущую информацию. При отклонении от нормативных требований можно будет принять меры по восстановлению работоспособности системы.

Такие устройства позволяют отслеживать степень нагрева теплоносителя на определённых участках. С их помощью можно автоматизировать работу системы отопления. Для этого на этапе проектирования подбирается правильная модель теплового датчика с учётом конструктивных особенностей и характеристик отопительного оборудования.

Могут устанавливаться в различных местах, подключаясь непосредственно к элементам отопительной системы, или располагаться на некотором расстоянии. Последний тип монтируется совместно с комнатными термостатами. Достаточно популярны беспроводные датчики, позволяющие собирать информацию с использованием вспомогательной электроники. Обладая большой погрешностью, они допускают установку в любом месте, до которого может доходить сигнал. Проводные для передачи сигнала используют провода. Это значительно повышает точность измерения.

Для каждого котла выбирается своя модель

Статья по теме:

Терморегулятор для котла отопления. В публикации мы рассмотрим для чего нужен терморегулятор, разновидности техники и критерии выбора, обзор популярных моделей и производителей, средние цены, как правильно подключить устройство к котлу.

Терморегулятор в розетку для бытовых обогревателей

Мобильный термостат, допускающий установку на любую розетку. Благодаря конструктивным особенностям является переходником между розеткой и обогревателем. Терморегулятор в розетку для бытовых обогревателей актуален для оборудования любого вида. Он подходит для масляных, спиральных и кварцевых приборов.

Внимание! При выборе терморегулятора следует ориентироваться на мощность прибора.

Установка терморегулятора должна быть выполнена по определённым правилам:

• блок должен располагаться на расстоянии минимум 0,4 м от поверхности пола. Лучше − 1,5 м, если в помещении есть такая розетка;
• расстояние между обогревателем и термостатом выбирается таким образом, чтобы исключить перегрев блока;
• следует исключить прямое попадание солнечных лучей;
• стоит предусмотреть защиту от внешнего воздействия. Особенно если в семье есть маленькие дети.

Внимание! Если планируется для обогрева дома использовать электрическую систему, ещё на этапе проектирования следует определиться с месторасположением розеток для терморегуляторов.

Терморегулятор предотвратит чрезмерный нагрев обогревателя

Терморегуляторы для «тёплого пола»

Существует стандартная схема для монтажа терморегуляторов для «тёплого пола». Для установки выбирается легкодоступное место. Подключение прибора производится по схеме, рекомендованной производителем и указанной на обратной стороне.

Датчик монтируют вблизи термостата, но вдали от мебели и каких-либо других предметов. При монтаже плёночного пола с инфракрасным излучением для датчика предусматривается место на обратной стороне плёнки. После установки измерительный прибор подключают с помощью проводов к терморегулятору. При устройстве кабельного пола, предполагающего заливку цементно-песчаной стяжки, датчик помещают в гофрированную трубу, чтобы при необходимости его можно было извлечь.

Датчик может быть подобран для конкретного интерьера

Терморегуляторы для инфракрасных обогревателей

Для контроля инфракрасных обогревателей используются приборы специального типа. Они могут быть механическими и программируемыми. Механические терморегуляторы для инфракрасных обогревателей чаще всего монтируются на стену. Они компактны, способны контролировать температуру в широком диапазоне. Для задания нужного режима поворачивается специальная ручка. Включение/отключение производится с помощью кнопки.

Поворотом ручки задаётся требуемый режим

Программируемые или цифровые модели обеспечивают комфортные условия проживания. Имеют более широкий диапазон регулировки. Позволяют выбрать для отопительной системы сложную программу с последовательной сменой температуры в помещении. Чаще всего программируемыми терморегуляторами оснащается система «умный дом».

Статья по теме:

Инфракрасные обогреватели с терморегулятором для дачи. Принцип работы, виды устройств, калькулятор расчета необходимой мощности приборов, средние цены, обзор моделей и производителей, рекомендации специалистов — читайте в нашей публикации.

Для сауны и бани

С его помощью можно контролировать температуру воздуха. Учитывая сложные условия эксплуатации, следует выбирать модель, способную сохранить работоспособность в условиях повышенной влажности. Выбор модели зависит от особенностей используемого отопительного оборудования. Для бани и сауны также актуальны терморегуляторы с датчиком температуры воды, позволяющие снизить затраты на эксплуатацию водонагревателей. Такой устройство может быть:

• стержневым (биметаллическим). Их работа основана на способности металлов к расширению;
• капиллярным, использующим способность к расширению газа, находящегося внутри специальной колбы. По мере увеличения температуры давление в колбе возрастает, передавая необходимое усилие на пневмореле, подсоединённое к электрическим контактам. Последние отключаются от сети;
• электронным. Самый дорогостоящий и надёжный вид.

Терморегулятор с датчиком для воды

Как сделать простой терморегулятор своими руками

Если готовое реле температуры воздуха с датчиком слишком дорого для семейного бюджета, стоит изготовить подобный прибор собственными силами. Сделать терморегулятор своими руками можно в следующей последовательности:

Сколько стоят и где купить такие терморегуляторы − обзор цен и популярных моделей

Если вариант самостоятельного изготовления даже не рассматривается, стоит купить терморегулятор с датчиком температуры воздуха, отдав предпочтение модели с наиболее подходящими характеристиками. Предлагаем ознакомиться со стоимостью некоторых популярных моделей:

Делитесь в комментариях, какой у вас регулятор температуры: механический или электронный? Какова его точность? Довольны ли вы сделанным выбором.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

housechief.ru

Датчики температуры. Общий обзор.

Датчики температуры. Общий обзор.

Для измерения температуры различных физических объектов человечество придумало огромное количество типов устройств и еще больше вариантов их реализации. Несмотря на это, выбрать нужный тип датчика для микроконтроллерного проекта не так сложно, достаточно знать особенности нескольких основных принципов измерения. Ниже будут кратко рассмотрены основные типы температурных датчиков, имеющие практическую ценность для автоматических систем измерения.

Термометры сопротивления.

Наиболее простым и распространенным типом датчика температуры является термометр сопротивления. Принцип его действия основан на зависимости удельного сопротивления металлов от температуры. Это значит, что с ростом температуры сопротивление металлического провода будет расти. Коэффициент, описывающий подобную зависимость, называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для металлов эта величина положительна.

Конструктивно, термометр сопротивления представляет собой миниатюрную катушку из медного или платинового провода, упакованную в защитный кожух. Для получения оптимальных характеристик измерения, провод стараются взять как можно большей длины. Для удобства применения все термометры стандартизуют по так называемому нулевому сопротивлению, т.е. сопротивлению при температуре 0 град.Цельсия. Промышленность выпускает термометры с нулевым сопротивлением 50,100,500,1000 Ом. Маркируются термометры по типу металла, используемому для измерения и нулевой температуре. Например, большое распространение имеют медные датчики ТСМ100 и платиновые ТСП100 и Pt100. Характеристики двух последних несколько отличаются, что необходимо учитывать. 

Промышленный термометр

Термометры сопротивления находят применение для измерения температур от -50 до 200 град.Цельсия. К их достоинствам следует отнести высокую точность измерений при невысокой стоимости. Для изделий промышленного применения величина погрешности находится в районе 0.1 градуса. Использование термометров сопротивления подразумевает создание специальных схем, позволяющих определить сопротивление датчика с высокой точностью.

Терморезисторы

Принцип действия терморезисторов аналогичен термометрам сопротивления. Отличаются они в первую очередь технологией производства и конструктивными особенностями. По внешнему виду часто напоминают обычные резисторы. Терморезисторы существуют с положительным ТКС -позисторы, и отрицательным ТКС -термисторы.

Нулевое сопротивление терморезисторов может достигать десятков килоом. Использование их аналогично термометрам сопротивления. К недостаткам можно отнести значительную нелинейность характеристики этих элементов.

Термопары.

Принцип действия термопары основан на возникновении термоЭДС (эффекте Зеебека) в месте спая двух разнородных металлов. Величина ЭДС пропорциональна разности температур между «горячим» концом или спаем и «холодным» концом, представляющим собой точку подключения проводников к измерительному устройству. В нашей стране наибольшее распространение получили пары металлов хромель-алюмель ( международное обозначение — K, отечественное — ХА), хромель-копель (тип L или ТХК), платинородий-платина (тип S или ТПП). Также существуют и некоторые другие типы термопр.

Выходным сигналом термопары является напряжение, величина которого измеряется в мВ. Это означает, что для полноценных измерений необходимо использовать усилитель. Второй особенностью использования термопар становится необходимость компенсации температуры холодного спая. В общем случае термопара представляет собой спай двух разнородных проводников. Точки подключения данных проводников к измерительному устройству в свою очередь образуют аналог спая, вносящего погрешность в измерения. Для ее учета в месте, максимально приближенном к точке контакта устанавливают дополнительный датчик температуры, показания которого вычитают из показаний основного. Третья особенность заключается в необходимости использования соединительных кабелей специального типа, как правило выполняемых из того же материала, что и термопара. Пренебрежение данным требованием приводит к увеличению погрешности измерений, за счет появления дополнительных спаев.

Главным достоинством термопар является возможность измерения высоких температур. Так для типа ХА диапазон измерений составляет от -180 до 1300 градусов. Для некоторых специальных моделей, верхнее значение может достигать 1800 градусов. Наряду с широким диапазоном, термопары характеризуются сравнительно высокой погрешностью измерения, примерно равной 1 градусу. Также, особенно при большом диапазоне измеряемых температур, требуется учитывать нелинейность термопар.

Полупроводниковые датчики температуры

Температурной зависимостью обладают не только металлы, но и p-n переход. Падение напряжения на нем при протекании тока в прямом направлении будет меняться примерно на 2мВ с изменением температуры на 1 градус. Используя данную зависимость можно организовать измерение температуры в диапазоне примерно от -55 до 150 градусов. В качестве датчиков могут использоваться обычные диоды или один из p-n переходов транзистора. Схемотехника измерительных схем с использованием подобных устройств повторяет варианты с терморезисторами. Существуют и специализированные изделия, представляющие собой законченные измерительные устройства с аналоговым выходным сигналом, пропорциональным температуре. Такие устройства очень удобно применять совместно с АЦП микроконтроллера. Наряду с аналоговыми датчиками, можно найти полупроводниковые микросхемы, содержащие встроенный АЦП и цифровой интерфейс связи (SPI, I2C, 1-Wire). Такие датчики позволяют создавать наиболее простые схемы, но при этом отличаются относительно низкой точностью. Более подробно с данными приборами можно ознакомиться на странице  Полупроводниковые датчики температуры.

Другие датчики температуры.

Кроме вышеназванных можно отметить и некоторые другие принципы построения температурных датчиков. В системах автоматики могут встречаться контактные датчики-сигнализаторы. Принцип их действия может быть различен. Выходной сигнал реализован с помощью механического контакта, срабатывание которого происходит при заданной температуре. Наиболее интересным датчиком может стать датчик излучения или пирометр. Его принцип действия основан на измерении энергии, излучаемой каким-либо телом в окружающую среду. Такой принцип не требует непосредственного контакта с объектом, но отличается достаточно низкой точностью. Большинство пирометров представляет собой сложные приборы с высокой стоимостью, хотя в последнее время появились и миниатюрные датчики с различным типом выходов.

Выбор датчиков температуры

Первым параметром, определяющим выбор датчика температуры, считается диапазон измерения. Если подходит несколько вариантов, то можно пользоваться таким правилом: номинальное измеряемое значение должно лежать в диапазоне от половины до двух третей шкалы. Так, например, не желательно использовать термопару для измерения комнатной температуры, и наоборот для температур выше 200 градусов термопара будет хорошим выбором.

Диапазон измерения датчиков температуры

Следующей величиной, заслуживающей пристального внимания, будет точность измерений. Если по условиям проекта требуется точность менее одного градуса, то практически однозначным выбором станет термометр сопротивления. К счастью такие требования встречаются достаточно редко, и в большинстве бытовых применений вполне подойдет полупроводниковый датчик с точностью в 1 градус.

Конструктивные особенности датчика также определяют его область применения. Сегодня можно найти множество вариантов, как исполнения измерительной части, так и по способу присоединения к процессу. Также при выборе следует учитывать и такой параметр как инерционность. Инерционность измеряется в секундах и показывает, насколько быстро изменение температуры окружающей среды отразится на выходном сигнале датчика. Пренебрежение данным параметром часто может привести к неточности работы схемы и другим малоприятным последствиям, особенно если показания термодатчика используются для целей управления оборудованием.

Еще по теме:

Термометр на микроконтроллере PIC12F629

You have no rights to post comments

mcucpu.ru