Senzori temperature za grijanje: namjena, vrste, upute za instalaciju

Pri radu uređaja za grijanje potrebno je kontrolirati stupanj zagrijavanja toplinskog nosača, kao i zraka u prostoriji. Očitavanje i prijenos informacija pomažu senzori temperature za grijanje, čiji se podaci mogu očitavati vizualno ili odmah slati u kontroler.

Predlažemo da shvatite kako rade temperaturni senzori, koje vrste kontrolnih uređaja postoje i koje parametre treba uzeti u obzir pri odabiru uređaja. Osim toga, pripremili smo upute korak po korak koje će vam pomoći da sami instalirate termosenzor na radijator grijanja.

Princip rada toplinskog senzora

Sustav grijanja može se kontrolirati različitim metodama, među kojima su:

• automatski uređaji za pravovremenu opskrbu energijom;
• blokovi koji prate sigurnost;
• miješajući čvorovi.

Za ispravan rad svih ovih grupa potrebni su senzori temperature koji daju signale o funkcioniranju uređaja. Promatranje očitanja ovih uređaja omogućuje pravovremeno otkrivanje kvarova u sustavu i poduzimanje mjera za ispravak.

Postoji mnogo vrsta uređaja koji se koriste za mjerenje temperature. Mogu se uroniti u toplinske nosače, koristiti u unutrašnjosti ili postaviti vani.

Termosenzor se može koristiti kao zasebni uređaj, na primjer, za kontrolu temperature prostorije, ili biti nerazdvojni dio složenog uređaja, na primjer, kotla za grijanje.

Osnova takvih uređaja koji se koriste u automatiziranom upravljanju je princip pretvaranja temperaturnih vrijednosti u električni signal. Zahvaljujući tome, rezultati mjerenja mogu se brzo prenositi mrežom u obliku digitalnog koda, što jamči veliku brzinu, osjetljivost i točnost mjerenja.

U isto vrijeme, različiti uređaji za mjerenje stupnja zagrijavanja mogu imati konstrukcijske značajke koje utječu na niz parametara: rad u određenom okruženju, način prijenosa, metodu vizualizacije i druge.

Vrste uređaja za mjerenje temperature

Termouređaji se mogu klasificirati prema nizu važnih kriterija, među kojima su način prijenosa informacija, mjesto i uvjeti montaže, te algoritam očitavanja.

Prema načinu prijenosa informacija

Prema korištenoj metodi prijenosa podataka, senzori se dijele u dvije velike kategorije:

• žičani uređaji;
• bežični senzori.

U početku su svi takvi uređaji bili opremljeni žicama, preko kojih su termosenzori komunicirali s upravljačkom jedinicom, prenoseći joj informacije. Iako su danas takve uređaje istisnuli bežični analogoni, još uvijek se često koriste u jednostavnim shemama.

Osim toga, žičani senzori odlikuju se većom točnošću očitanja i pouzdanošću u radu.

Kako bi se osigurao usklađen rad žičanog senzora koji se koristi u složenom uređaju, preporučljivo ga je kombinirati s opremom istog proizvođača.

Danas su raširena bežična uređaja, koja najčešće prenose informacije putem odašiljača i prijemnika radio valova. Takvi se uređaji mogu montirati gotovo bilo gdje, uključujući zasebnu prostoriju ili na otvorenom.

Važne karakteristike takvih termosenzora su:

• postojanje baterije;
• pogreška provedenih mjerenja;
• domet prijenosa signala.

Bežični/žičani uređaji mogu u potpunosti zamijeniti jedni druge, međutim u njihovom funkcioniranju postoje neke posebnosti.

Prema mjestu i načinu postavljanja

Prema mjestu pričvršćivanja, takvi se uređaji dijele na sljedeće vrste:

• površinski, koji se pričvršćuju na grijaći krug;
• uronjivi, koji dolaze u kontakt s toplinskim medijem;
• sobni, koji se nalaze unutar stambenog ili poslovnog prostora;
• vanjski, koji se postavljaju izvana.

U nekim agregatima mogu se istovremeno koristiti nekoliko vrsta senzora za kontrolu temperature.

Prema mehanizmu očitavanja

Prema načinu prikaza informacija, uređaji mogu biti:

• bimetalni;
• alkoholni.

U prvoj varijanti predviđena je uporaba dviju pločica izrađenih od različitih metala, te pokazivača sa strelicom. Pri porastu temperature jedan od elemenata se deformira, stvarajući pritisak na strelicu. Očitanja takvih uređaja odlikuju se dobrom točnošću, ali njihov veliki nedostatak je inertnost.

Bimetalni i alkoholni termostati često se ugrađuju na opremu za grijanje, primjerice na kotlove. Oni omogućuju praćenje zagrijavanja, čije prekoračenje može dovesti do fatalnih posljedica.

Tog su nedostatka gotovo potpuno lišeni senzori čiji se rad temelji na upotrebi alkohola. U ovom slučaju se u hermetički zatvorenu tikvicu ulijeva otopina koja sadrži alkohol, koja se širi pri zagrijavanju. Konstrukcija je prilično jednostavna, pouzdana, ali nije baš prikladna za promatranje.

Različiti tipovi termosenzora

Za očitavanje temperature koriste se uređaji s različitim načelom rada. Među najtraženijima su dolje navedeni uređaji.

Termoparovi: točno očitavanje – složenost u interpretaciji

Takav uređaj sastoji se od dvije međusobno spojene žice izrađene od različitih metala. Temperaturna razlika koja nastaje između vrućeg i hladnog kraja služi kao izvor električne struje jačine 40-60 μV (vrijednost ovisi o materijalu termopara).

Za izradu termopara najčešće se primjenjuju sljedeće kombinacije metala i legura: krom-aluminij, željezo-konstantan, željezo-nikal, nikal-krom i druge.

Termopar se smatra visokopreciznim temperaturnim senzorom, međutim precizna očitavanja s njega prilično je teško dobiti. Za to je potrebno saznati elektromotornu silu (EMS) koristeći temperaturnu razliku uređaja.

Da bi rezultat bio ispravan, važno je kompenzirati temperaturu hladnog spoja, primjenjujući, na primjer, hardversku metodu pri kojoj se drugi termopar smješta u okolinu unaprijed poznate temperature.

Softverska metoda kompenzacije podrazumijeva smještanje drugog temperaturnog senzora u izokomoru zajedno s hladnim spojevima, što omogućuje kontrolu temperature sa zadanom točnošću.

Određene poteškoće uzrokuje proces očitavanja podataka s termopara zbog njihove nelinearnosti. Za ispravnost očitanja u GOST R 8.585-2001 uvedeni su polinomni koeficijenti koji omogućuju pretvaranje EMS u temperaturu, kao i obrnute operacije.

Još jedan problem jest taj što se očitanja dobivaju u mikrovoltima, za čije pretvaranje nije moguće koristiti široko dostupne digitalne instrumente. Da bi se termopar koristio u konstrukcijama, potrebno je predvidjeti precizne, višerazredne pretvarače s minimalnom razinom šuma.

Termotpori: lako i jednostavno

Znatno je lakše mjeriti temperaturu pomoću termotpora, koji se temelje na principu ovisnosti otpora materijala o temperaturi okoline. Takvi uređaji, primjerice izrađeni od platine, imaju važne prednosti poput visoke preciznosti i linearnosti.

Glavnim problemom takvih temperaturnih senzora može se smatrati izrazito nizak temperaturni koeficijent otpora, no ipak ga je lakše točno izmjeriti nego uhvatiti male vrijednosti napona termopara.

Važna karakteristika otpornika jest bazni otpor pri određenoj temperaturi. Prema GOST 21342.7-76, ova se vrijednost mjeri na 0 °C. Pritom se preporučuje primjena niza vrijednosti otpora (Ω), kao i T_ks – temperaturni koeficijent.

Vrijednost T_ks izračunava se formulom:

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

Gdje:

• R_e – otpor pri djelujućoj temperaturi;
• R_0c – otpor pri 0 °C;
• T_e – djelujuća temperatura;
• T_0c – 0 °C.

U GOST-u su također navedeni temperaturni koeficijenti predviđeni za različite mjerne uređaje izrađene od bakra, nikla, platine, kao i polinomski koeficijenti koji se koriste za izračun temperature na temelju trenutnih vrijednosti otpora.

Termistorski senzori široko su rasprostranjeni u elektroničkoj i strojarskoj industriji, zahvaljujući točnosti očitanja, osjetljivosti i nezahtjevnosti u radu.

Otpor se može izmjeriti uključivanjem uređaja u strujni krug izvora i mjerenjem diferencijalnog napona. Vrijednosti se mogu nadzirati pomoću integriranih sklopova čiji je analogni izlaz jednak naponu napajanja.

Temperaturni senzori s takvim uređajima mogu se pouzdano spojiti na analogno-digitalni pretvarač, digitalizirajući ga s osam ili deset bita ADC-a.

Digitalni senzor za istovremena mjerenja

Široku primjenu dobili su i digitalni temperaturni senzori, primjerice model DS18B20, koji radi uz pomoć integriranog kruga s tri izlaza. Zahvaljujući ovom uređaju moguće je očitavati temperaturne vrijednosti istovremeno s nekoliko paralelno radnih senzora, pri čemu je pogreška samo 0,5°C.

Popularni model je kombinirani senzor temperature/vlažnosti SHT1 koji omogućuje mjerenje topline s točnošću od +2°, a vlažnosti s pogreškom od +5%. Međutim, sam proizvodač tvrdi da postoje precizniji i ekonomiĉniji uređaji.

Među ostalim prednostima ovog uređaja može se istaknuti i širok spektar radnih temperatura (-55 do +125°C). Glavni nedostatak je spori rad: za maksimalno točne izračune uređaju je potrebno najmanje 750 ms.

Beskontaktni pirometri (termovizijska kamera)

Djelovanje ovih beskontaktnih senzora temelji se na bilježenju toplinskog zračenja koje emitiraju tijela. Za karakterizaciju ove pojave koristi se količina energije koja se oslobodi u jedinici vremena s jedinične površine, a koja otpada na jedinicu valnog područja.

Takav kriterij, koji odražava intenzitet monokromatskog zračenja, naziva se spektralna svjetlost.

Postoje sljedeće vrste pirometara:

• radijacijski;
• optički;
• kolorimetrijsk;

Radijacijski pirometri omogućuju mjerenja u rasponu od 20 do 25000°C, međutim za odredivanje temperature važno je uzeti u obzir koeficijent nepotpunosti zračenja čija efektivna vrijednost ovisi o fizičkom stanju tijela, njegovom kemijskom sastavu i drugim čimbenicima.

Glavni aktivni element radijacijskog senzora je teleskop, unutar kojeg se nalazi baterija koja se sastoji od serijskog lanca termoparova. Radni krajevi tih uređaja smješteni su na platinom presvučenom listiću (+).

Pirometri svjetlosti (optički) namijenjeni su za mjerenje temperatura od 500 do 4000 °C. Pružaju visoku točnost mjerenja, ali mogu iskriviti očitanja zbog moguće apsorpcije zračenja tijela koja se nalaze u međumediju kroz koji se provode promatranja.

Kolorimetrijski pirometri, čije se djelovanje temelji na određivanju intenziteta zračenja na dvije valne duljine – poželjno u crvenom ili plavom dijelu spektra, koriste se za mjerenja u rasponu od 800 do 0 °C.

Njihova glavna prednost je ta što nepotpunost zračenja ne utječe na pogreške mjerenja. Osim toga, pokazatelji ne ovise o udaljenosti do objekta.

Kvarcni (piezoelektrični) pretvarači temperature

Za očitavanje temperatura u rasponu od -80 do +250 °C mogu se koristiti kvarcni pretvarači (piezoelementi) čiji se princip rada temelji na frekvencijskoj ovisnosti kvarca o zagrijavanju. Pritom na funkciju pretvarača utječe položaj reza prema kristalnim osima.

Piezoelektrični (kvarcni) uređaji najčešće se koriste pri provođenju istraživačkih radova, budući da se odlikuju proširenim mjernim rasponom, pouzdanošću i visokom točnošću.

Piezoelektrični senzori odlikuju se finom osjetljivošću, visokom razlučivošću i mogu pouzdano raditi dugo vremena. Takvi se uređaji široko koriste u izradi digitalnih termometara i smatraju se jednim od najperspektivnijih instrumenata za tehnologije budućnosti.

Šumni (akustički) temperaturni senzori

Funkcioniranje takvih uređaja osigurava se mjerenjem akustičke razlike potencijala u ovisnosti o temperaturi otpornika.

Akustičke metode omogućuju očitavanje temperature u zatvorenim prostorima i sredinama gdje je izravno mjerenje nemoguće. Takvi su instrumenti našli primjenu u medicini, podvodnim istraživanjima, kao i u industriji.

Način mjerenja takvim senzorima prilično je jednostavan: potrebno je usporediti šumove koje proizvode dva slična elementa, od kojih se jedan nalazi na unaprijed poznatoj, a drugi na određivanoj temperaturi.

Akustički termosenzori prikladni su za mjerenje raspona od -270 – +1100°C. Pritom se složenost postupka sastoji u premaloj razini šuma: zvukovi koje proizvodi pojačalo ponekad ga prigušuju.

Senzori temperature NQR

Bit rada termometara nuklearne kvadrupolne rezonancije sastoji se u djelovanju gradijenta polja koji stvaraju rešetke kristala i momenta jezgre – pokazatelja uzrokovanog odstupanjem naboja od sferne simetrije.

Kao rezultat takvog fenomena javlja se precesija jezgri: njezina frekvencija ovisi o gradijentu polja rešetke. Na vrijednost ovog pokazatelja utječe i temperatura: njezino podizanje uzrokuje pad frekvencije NKR.

Glavni element takvih senzora jest ampula s tvari koja se smješta u namotaj induktiviteta, spojen s krugom generatora.

Prednost uređaja je neograničeno trajanje mjerenja, pouzdanost i stabilan rad. Nedostatak je nelinearnost mjerenja, što uzrokuje potrebu korištenja funkcije pretvorbe.

Uređaji na poluvodičima

Kategorija uređaja koja funkcionira na temelju promjena karakteristika p-n spoja, uzrokovanih utjecajem temperature. Napon na tranzistoru uvijek je proporcionalan utjecaju temperature, što omogućuje lako izračunavanje tog faktora.

Prednosti takvih uređaja su visoka točnost podataka, niska cijena, linearnost karakteristika u cijelom mjernom rasponu. Montažu takvih uređaja prikladno je izvoditi izravno na poluvodičkoj podlozi, zbog čega su izvrsno prilagođeni za mikroelektroniku.

Volumetrijski pretvornici za mjerenje temperature

U osnovi takvih uređaja leži poznati princip širenja i skupljanja tvari, uočen pri zagrijavanju ili hlađenju. Takvi senzori su prilično praktični. Mogu se koristiti za određivanje temperatura u rasponu -60 – +400 °C.

Radi mogućnosti vizualnog nadzora temperature, većina termosenzora koji se nalaze u prostorijama opremljena su zaslonima na koje se prikazuju trenutne vrijednosti

Važno je zapamtiti da su mjerenja tekućina takvim uređajima ograničena temperaturom vrenja i smrzavanja, a plinova – prijelazom u tekuće stanje. Pogreška mjerenja uzrokovana utjecajem okoline za ove uređaje prilično je mala: varira u rasponu od 1 do 5%.

Odabir temperaturnih senzora

Pri odabiru takvih uređaja treba uzeti u obzir čimbenike kao što su:

• temperaturni raspon u kojem se provode mjerenja;
• potreba i mogućnost uranjanja senzora u objekt ili medij;
• uvjeti provođenja mjerenja: za očitavanje u agresivnom okruženju bolje je odabrati beskontaktnu verziju ili model smješten u antikorozivno kućište;
• vijek trajanja uređaja do kalibracije ili zamjene – neki tipovi uređaja (npr. termistori) relativno brzo otkazuju;
• tehnički podaci: razlučivost, napon, brzina slanja signala, pogreška;
• vrijednost izlaznog signala.

U nekim slučajevima također je važan materijal kućišta uređaja, a pri korištenju u zatvorenim prostorima – dimenzije i dizajn.

Preporuke za montažu vlastitim rukama

Takvi se uređaji široko koriste u različite svrhe: opremaju se radijatori, kotlovi za grijanje i drugi kućanski uređaji.

Prije početka montaže treba pažljivo pročitati upute: u njima se navode ne samo značajke instalacije (npr. dimenzije za spajanje na priključak), nego i pravila rada, kao i granice temperatura za koje je mjerni uređaj prikladan.

Također je potrebno uzeti u obzir veličinu tuljka, koja može varirati u rasponu od 120 do 160 mm.

Razmotrimo dva najčešća slučaja montaže termosenzora.

Spajanje uređaja na radijator

Ne treba opremati termostatom sve grijaće uređaje. Prema propisima, senzori se ugrađuju na radijator ako njegova ukupna snaga prelazi 50% proizvodnje topline sličnih sustava. Ako u prostoriji postoje dva grijača, termostat se ugrađuje samo na onaj s većim pokazateljem snage.

Termosenzor je obavezan sastavni dio regulatora temperature koji omogućuju smanjenje ili povećanje grijanja radijatora, podnog grijanja i drugih grijaćih uređaja.

Ventil uređaja se ugrađuje na dovodni cjevovod na mjestu priključka radijatora na mrežu grijanja. Ako ga nije moguće ugraditi u postojeći krug, potrebno je demontirati dovodni vod, što može izazvati određene poteškoće.

Za provođenje ove operacije potrebno je koristiti alat za rezanje cijevi, dok se montaža termoglave lako izvodi bez posebne opreme. Čim senzor bude montiran, dovoljno je poravnati napravljene oznake na kućištu i uređaju, nakon čega se glava učvršćuje laganim pritiskom ruke.

Montaža termosenzora zraka

Takav se uređaj ugrađuje u najhladnijoj stambenoj prostoriji bez propuha (u predsoblju, kuhinji ili kotlovnici njegova montaža nije poželjna jer može uzrokovati poremećaje u radu sustava).

Prilikom odabira mjesta treba paziti da na uređaj ne padaju sunčeve zrake, a u blizini ne smije biti grijaćih uređaja (grijača, radijatora, cijevi).

Za obični sustav grijanja dovoljan je jedan termostat, dok je kod kolektorske sheme poželjno koristiti više senzora, čiji broj odgovara broju prostorija. To će omogućiti individualno podešavanje temperature u odvojenim prostorima.

Priključivanje uređaja vrši se prema uputama koje se nalaze u tehničkoj putovnici, pri čemu se koriste stezaljke ili kabel koji su uključeni u komplet.

Po potrebi praćenja temperature termosenzor u “podnom grijanju” može se nalaziti u dubini betonskog estriha. U tom slučaju za zaštitu se može koristiti rebrasta cijev koja ima jedan zatvoreni kraj i nagnuti zavoj.

Posljednja značajka omogućuje, po potrebi, izvlačenje pokvarenog uređaja i njegovu zamjenu novim.

Ugradnja uređaja provodi se na sljedeći način:

1. U zidu se izrađuje udubljenje za pričvršćivanje visećeg uređaja.
2. S termosenzora se skida prednji dio, nakon čega se uređaj postavlja na pripremljeno mjesto.
3. Zatim se na kontakte spaja grijaći kabel, a na senzore se spajaju stezaljke.

Završna faza – spajanje napojnog kabela i postavljanje prednje ploče na svoje mjesto.

Dijagram spajanja termostata za kotao grijanja detaljno je opisan u ovom članku.

Ako uređaj, za čiju je funkcionalnost potrebno unutarnje spajanje senzora, ima složenu konstrukciju, bolje je obratiti se stručnjacima.

Zaključci i koristan video na temu

U videu ispod detaljno je objašnjeno kako izvesti ugradnju termo uređaja na kotao grijanja:

Razlikuje li se montaža senzora na dovodne i povratne cijevi:

Senzori temperature široko se koriste kako u raznim područjima industrije, tako i u kućne svrhe. Velika ponuda takvih uređaja, koji se temelje na različitim načelima rada, omogućuje odabir optimalne varijante za rješavanje određenog zadatka.

U kućama i stanovima takvi se uređaji najčešće koriste za održavanje ugodne temperature u prostorijama, kao i za regulaciju sustava grijanja – radijatora, podnog grijanja.

Imate li što dodati ili imate pitanja o odabiru i ugradnji temperaturnog senzora? Možete ostaviti komentare na objavu, sudjelovati u raspravama i podijeliti vlastito iskustvo korištenja takvih uređaja. Obrazac za kontakt nalazi se u donjem bloku.