Типы датчиков температуры: разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема

разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема

Датчики измерения температуры используются для контроля веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии. В зависимости от целей применения, схема строения прибора будет видоизменяться. Но чтобы выбрать подходящий инструмент необходимо обращать внимание на одни и те же нюансы.

Виды, конструкция и принципы действия

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.

Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.

В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.

Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.

На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.

Терморезисторы

Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).

Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.

Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:

Т_кс = (R_e – R0_c) / (T_e – T0_c) *1/R_0c

Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.

Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.

Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.

Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю

Комбинированные

Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.

Цифровые

В цифровых датчиках устанавливается трехвыводная микросхема. Показатели считываются с нескольких параллельно работающих датчиков, что позволяет получить показания с точностью 0,5 °С. Работа электронного термометра возможна от -55 до +125 °С. Единственным минусом устройства является скорость получения результатов – 750 секунд для получения максимально точного показателя. Определение точности прибора осуществляется при помощи соответствующих регулировок, которые необходимы для уменьшения количества затрачиваемого времени на получение результата. Опрос датчика не имеет смысла, так как корпус является инерционным.

Бесконтактные

Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.

Кварцевые преобразователи температуры

Если диапазон изменяемых температур превышает стандартные значения и достигает отметки от -80 до +250°С, то используются кварцевые преобразователи. Такие устройства работают на принципе взаимодействия кварца и температуры, отражаемого частотной зависимостью. Преобразователь имеет несколько функций, которые меняются в зависимости от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.

Шумовые

Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.

Работа датчика возможна от -270 до +1100 °С. Из преимуществ отмечается возможность измерения температур в термодинамике. Но минусом является сложность реализации такого способа измерения напряжения шумом из-за наличия различий с шумом усилителя.

Ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.

ЯКР образует ампулу с веществом, которая помещается в обмотку индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. Если частота генератора и частота ЯКР совпадают, то исходящая от генератора энергия поглощается. При измерении вещества с температурой -263°С погрешность составляет 0,02 градуса, а при температуре 27°С, погрешность равна 0,002 градуса. Из преимуществ датчика выделяют неизменную стабильность. Минусом является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Принцип работы иного рода биметаллического термометра построен на свойстве веществ расширяться и сжиматься в зависимости от действующей температуры. Диапазон действия преобразователя определяется в зависимости от стабильности материала. Датчик может использоваться при температурах от -60 до +400°С. Погрешность составит от 1 до 5%.

При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.

Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.

Канальный

Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.

Параметры выбора

Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.

Диапазон рабочей температуры

Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.

Условия проведения замеров

Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.

Время работы до калибровки или замены

Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.

Величина сигнала выхода

Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.

Другие технические данные

Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных.

Погрешность

Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.

Разрешение

Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.

Напряжение

На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.

Время сработки

Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.

Промышленные термодатчики и сенсоры

Кроме стандартных бытовых термодатчиков бывают промышленные, которые используются исключительно на специальных объектах. Их распространение направлено на определенную группу лиц из-за избыточных возможностей, которые требуются только на производстве. Некоторые из них способны работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящих типов осуществляется тем же образом, что и для подбора бытовых датчиков.

Применение

Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.

Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами. При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения.

описание, виды, установка и схема подключения, проверка

Если дом не отапливается, жить в нем невозможно. Удобный вариант отопительной системы – теплые полы. Их используют как для главного отопления, которое обеспечивает требуемый температурный режим, так и вспомогательного. Термоустройства требуют монтажа датчика температуры теплого пола, иначе в комнате будет либо слишком холодно, либо излишне жарко.

Устройство и назначение термодатчика

Термодатчик – важный элемент для обеспечения качественной работы теплых полов. От него данные поступают в термостат, а тот осуществляет регулировку температуры повышением либо понижением мощности.

Благодаря этому можно выставить комфортные температурные показатели в помещении, предотвратить перегрев и порчу напольного покрытия, существенно снизить траты за электроэнергию.

Температурный датчик устроен просто: два провода, подключенные к термопаре – два проводника, соединяющиеся с одного конца. Собственно они и являются узлом для измерения температурных показателей.

Перед заливкой стяжки проверяется работоспособность теплого пола и самого термодатчика. Для этого замеряется сопротивление каждой детали. Система работает, если отличие показателей от значений в техническом паспорте составляет не больше 10 процентов.

Особенности и преимущества

Если не установить терморегуляторы, невозможно контролировать температуру теплого пола. Это опасно перегревом устройства и созданием аварийной ситуации. Если говорить о преимуществах датчиков, нужно рассматривать: работает прибор за счет электричества либо без него. К достоинствам механического регулятора можно причислить небольшую цену и энергонезависимость. Из минусов отмечают относительно короткий период работы, повышенную инерционность.

Электрический прибор позволяет выставить точную температуру, им можно управлять дистанционно. Но стоит такое устройство больше.

Еще дороже – программируемый прибор, также работающий на электричестве. Хитрая электроника стоит на страже безопасности дома: по достижению установленной температуры терморегулятор отключает нагрев. Причем он может запрограммировать подключение и выключение на требуемое время, что экономит электричество, пока люди отсутствуют в квартире.

Есть варианты температурных регуляторов, которые оборудованы внешним ИК-датчиком. Он способен определять температуру полового покрытия. Устройство запитывается от батарейки, и закрепляется на стенке посредством липучки.

Виды датчиков

Термодатчики, измеряющие температуру системы «теплый пол», подразделяют по месту монтажа. Внешние варианты выявляют степень нагрева воздуха в помещении. Бывают двух типов: встроенные в термостат либо подключающиеся к нему отдельно. Монтаж внутреннего термодатчика выполняется вместе с греющим элементом.

Функции и выбор терморегулятора

Выбирая регулятор для теплого пола, надо принимать во внимание следующие характеристики:

1. Технические параметры. Подумайте, какой прибор подойдет – механический, электрический либо программируемый.
2. Метод установки – накладной, встраиваемый либо для крепления на DIN-рейку.
3. Стилистика. Терморегулятор может быть разного оттенка и формы (квадрат, круг).
4. Число каналов. Приборы бывают одноканальными либо двузонными.

Также различается управление – оно может осуществляться механически, электронно либо сенсорно.

Типы термодатчиков

Классификация терморегуляторов по принципу действия рассматривалась при обзоре их достоинств и недостатков. Но как они работают, стоит узнать подробнее.

Электронно-механический

Наиболее простой и недорогой тип регулятора. Его главной рабочей деталью является особая металлическая пластина, реагирующая на увеличение либо уменьшение температуры. Включение и отключение системы происходит за счет изменения кривизны пластинки при нагреве и остывании. Выставить точное температурное значение на таком регуляторе не выйдет.

Электронный

В приборе установлен специальный элемент, вырабатывающий особый сигнал. Мощность зависит непосредственно от значений температуры внешней среды. На подобных устройствах можно выставить точные показатели температуры подогрева до доли градуса. Управление системой осуществляется посредством кнопок и небольшого экрана.

Программируемый

Самый дорогостоящий из термоэлементов. На нем можно выставить определенные значения, по достижению которых вся система включается либо отключается регулятором. Благодаря прибору в помещении создается микроклимат, который подходит конкретному человеку. Есть возможность настройки терморегулятора так, чтобы включение системы осуществлялось в определенное время. То есть нагрев полов происходит перед приходом хозяина домой, и при этом электричество не расходуется, когда владельца нет.

Многие модели выполнены в ярком и стильном дизайне, а также оснащены жидкокристаллическими экранами, которые отображают информацию и способствуют точной настройке.

Правила выбора датчика

Температурный датчик для теплого пола выбирается с учетом таких характеристик, как мощность, тип верхнего покрытия, метод установки и оснащенность дополнительным функционалом.

Мощность

Значение должно непременно отвечать требованиям и нагрузке теплого пола. Иначе работа датчика будет некорректной. При мощности нагревательного элемента больше, чем у самого регулятора, возникает необходимость дополнительной установки между ними магнитного пускателя – для предотвращения поломки приспособления из-за повышенной нагрузки.

Набор функций

Теплый пол управляется посредством электроблока, который позволяет настроить работу элементов нагрева. На современных регуляторах есть такой функционал, как запуск и обесточивание системы, регулировка температурных режимов, а также настройка периодичности подключения и выключения нагревательного элемента.

Простота использования

Если вы считаете, что не разберетесь с программированием, то не следует приобретать сложное устройство. Даже принимая во внимание всю его функциональность. К примеру, людям в возрасте довольно проблематично разобраться с программируемыми приборами. Им лучше выбрать механический вариант.

Легкость в подключении

В сопроводительной документации к терморегулятору всегда указывается как подсоединить датчик теплого пола. Клеммы размещаются с краю на одной из сторон управляющего блока. Подключив электропровода по схеме, потребуется провести проверку работоспособности обогревательной системы. Для этого измеряют сопротивление на выводах термодатчика и греющего электрокабеля либо подключают теплый пол и увеличивают температурные значения с нуля до показателя, рекомендованного по СНИПу, то есть до 30°C.

Внешний вид

Термодатчик должен быть не только функционально понятен, но и привлекателен по дизайну. Современные регуляторы выпускаются в различных цветовых и фигурных вариациях. Можно подобрать вариант, гармонирующий с интерьером помещения.

Особенности выбора в зависимости от напольного покрытия

Подразделяются датчики для системы «теплый пол» и от того, под какой тип покрытия они устанавливаются. При этом различается монтаж.

Под мягкое покрытие

Температурный датчик, монтируемый под ковролиновое, линолеумное, пробковое покрытие – цилиндр небольшого размера, крепящийся на конце отрезка кабеля. Ставят его, когда стяжка полностью схватится. Для этого в ней проделывают узкую канавку.

Под твердое покрытие

Монтируются, например, под дерево, плитку. Термодатчик здесь габаритнее, покрыт гелем, защищающим от повреждений. Монтаж его несколько сложнее и может быть прямой или с применением монтажной коробки.

Последовательность монтажа

Прежде чем устанавливать регулятор, непременно ознакомьтесь с прилагаемой технической документацией. Термостат лучше всего монтировать рядом с розетками на высоте от пола 60–100 см. Перед установочными работами отключите электричество в домашней сети.

Напрямую

Чтобы установить термодатчик подобным методом, регулятор и нагревающий кабель соединяют напрямую. При таком типе подключения сам греющий элемент идет в одной связке с термостатом.

С применением распаечной коробки

Эту деталь используют в качестве промежуточной между термоустройством и нагревающим элементом. Схема подсоединения такая: от регулятора до распаечного блока протягивается один кабель, а к нагревающему проводу – другой.

Для того чтобы смонтировать регулятор потребуется: гофротрубка, отвертка, крепежные винты, монтажная коробка, уровень, индикатор.

Пошаговая инструкция по установке:

1. В стенке вырезается отверстие под коробку для монтажа термоустройства. Ниже проделывается штроба для протяжки электропроводов. Коробка ставится на нужное место.
2. Выполняется протяжка электропроводки. Кабель питания и элемент термодатчика подсоединяются к распаечной коробке.
3. Электропровода подключаются к термостату, после чего он монтируется в коробку и крепится.
4. Основные системные узлы подсоединяются соответственно техдокументации к изделию.
5. По окончанию устанавливается по уровню лицевая панель и крепится посредством винтов.

Постоянная эксплуатация системы обогрева должна начинаться не ранее чем через 3–4 недели после заливки стяжки. А если выбрали плитку – после ее укладки. Под действием тепла стяжка может просто полопаться.

Как правильно заменить

Как и любое устройство, термоэлемент может сломаться, и его потребуется поменять. Если устройство находится в гофре, даже при монтаже под твердое покрытие можно просто вытащить неисправный прибор и поставить новый.

Если теплый пол укладывается, к примеру, под ламинат, допускается установка датчика без допзащиты. Когда потребуется замена, придется демонтировать покрытие в месте расположения термоэлемента.

Что делать, если датчик не установлен

Самое простое решение – это подсоединить термоустройство, в которое встроен контрольный термодатчик, отключающий нагревающий провод при прогревании воздуха до необходимой температуры.

Если же теплый пол нужен только для того, чтобы по поверхности было приятно ходить, подойдет термостат с плавным режимом регулировки мощности в диапазоне от 0 до 100 процентов.

Работает терморегулятор по принципу таймера. К примеру, при установке на 80 процентов на протяжении 10 минут электричество поступает на нагревательный элемент 8 минут, а 2 минуты – нет.

Есть регуляторы, которые способны автоматически переходить в режим таймера.

Как проверить температурный датчик

Чтобы узнать, почему не работает термодатчик, можно применить мультиметр:

1. Выполняется тестирование вводной линии. Надо подать электропитание и проверить есть ли напряжение в проводах.
2. Если неполадок не обнаружено, тестируется выводная линия. Греющий кабель отсоединяется от регулятора и включается питание.

При отсутствии напряжения на выходных клеммах, можно сказать, что термоустройство пришло в негодность. Его извлекают и заменяют новым.

Обзор производителей

Изготовлением теплых полов занимается много компаний. Наиболее популярными являются бренды Devi, AEG, Thermo Industri AB. У датчиков каждого производителя есть свои особенности.

Устройства Devi

Регуляторы температуры этого бренда работают с любыми типами нагревательных элементов. Они разделяются на механические и электронные, с обыкновенным либо сенсорным управлением. Кроме этого в линейке регуляторов Devi имеются модели, управляемые дистанционно через смартфоны.

Достоинства устройств этого бренда:

• наличие моделей для установки на улице;
• экономия на работе приборов отопления до 30 процентов;
• доступность управления через Интернет.

Преимуществом является и разнообразие вариантов для решения любых задач.

Регуляторы AEG

Термодатчики германского бренда относятся к премиум-классу. Отличное качество гарантирует долговечность и бесперебойную работу. Но и стоят такие устройства немало.

Ассортиментная линейка широка: от простых базовых устройств до «интеллектуальных» термодатчиков, которые полностью контролируют работу теплого пола и микроклимат в помещении.

Но даже базовые модели обладают многими достоинствами:

• поддерживают температурные показатели на необходимом уровне;
• управляются очень просто – ручным включением и выключением клавиши;
• благодаря удобному управлению подойдут для пожилых людей, не знакомых с программированием.

К устройству может быть подключен внешний таймер для контролирования режима понижения температуры.

Приборы Thermo Industry AB

Подобные терморегуляторы устанавливаются исключительно в помещениях. Способны управлять элементами подогревающего кабеля либо термомата. Разработаны модели, идеально подходящие под паркет или ламинат. Большинство приборов оборудовано интеллектуальными измерителями температуры воздуха.

Электронные устройства способны настраивать нагрев с точностью до 1°С.

Применяются для систем антиобледенения, если есть возможность совместить их с терморегулятором в доме. Встроенные датчики интеллектуального подогрева дают возможность снизить потребление электричества, а шведское качество гарантирует долгие годы эксплуатации.

Эксплуатационные правила

Чтобы терморегуляторы работали без проблем, их нужно устанавливать и эксплуатировать правильно:

1. Прибор нельзя монтировать рядом с дверью.
2. Высота установки не должна быть больше 100 см.
3. Устройствам нужна защита от прямых лучей солнца.
4. Регулятор запрещено накрывать шторами либо гардинами.
5. Термостат следует регулярно очищать от грязи и пыли, но без применения растворителей.

Регуляторы не применяют, если температура в жилом доме или квартире выше сорока градусов. Недоукомплектованный прибор к энергосети подключать нельзя. Также перед первым включением нужно обесточить дом.

Если следовать этим правилам, срок службы термодатчика составит не меньше десяти лет.  Допущенные при установке и эксплуатации небрежности способны сократить этот период в два раза.

Теплый пол не может функционировать без термодатчиков. Это устройство приводит в действие саму схему нагрева, поддерживая нужное температурное значение в квартире и отключая при превышении заданных показателей.

Выбирать терморегулятор нужно тщательно, проанализировав все необходимую информацию о конкретной модели.

типы, устройство, принцип работы, схемы подключения

Контроль температуры повсеместно задействуется в технологических процессах, позволяя выбирать подходящий режим работы или отслеживать изменения состояния материала. Температурный режим одинаково важен как при включении духовки на кухне, так и в доменных печах при плавлении стали, а отклонение от нормальной работы может привести к аварии и травмированию людей. Чтобы избежать неприятных последствий и обеспечить возможность регулирования степени нагрева используется датчик температуры.

Разновидности, устройство и принцип работы

В ходе развития и совершенствования технологий датчик температуры, как измерительное приспособление, претерпел множественные изменения и модернизации. Благодаря чему сегодня они представлены в большом разнообразии, которые можно разделить по нескольким критериям. Так, в зависимости от способа передачи и отображения данных об измерениях температуры они подразделяются на цифровые и аналоговые. Цифровые устройства являются более современным решением, так как информация в них отображается на дисплее и передается по электронным каналам коммуникации, аналоговые имеют циферблатное отображение данных, электрический или механический способ передачи измерений.

В зависимости от принципа действия все датчики можно подразделить на:

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

Термоэлектрические

В основе работы термоэлектрического датчика лежит принцип термопары (см. рисунок 1) – у всех металлов существует определенная валентность (количество свободных электронов на внешних атомарных орбитах, не задействованных в жестких связях). При воздействии внешних факторов, сообщающих свободным электронам дополнительную энергию, они могут покинуть атом, создавая движение заряженных частиц. В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов, получившая название эффекта Зеебека.

Рис. 1. Устройство термопары

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

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

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

Полупроводниковые

Изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой. Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу. При повышении температуры полупроводниковый датчик  начнет выдавать большее значение тока. Как правило, самостоятельно полупроводник не используется для измерения нагрева, а подключается через цепь усилителя (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подключение полупроводникового датчика через усилитель

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

Пирометрические

Работают за счет специальных датчиков – пирометров, которые позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета. Непосредственно сам чувствительный элемент представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона. Этот принцип положен в основу измерений бесконтактным термометром, который получил широкое распространение в период борьбы с коронавирусом. Помимо этого их применение активно используется для тепловизионного контроля конструктивных элементов, оборудования, зданий и сооружений.

Рис. 3. Принцип действия пирометрического датчика

Терморезистивные

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

Основным недостатком терморезистивного датчика  является малый диапазон измеряемой температуры, но он способен обеспечивать хороший шаг измерений и высокую точность в десятых и сотых долях градусов Цельсия.

Из-за чего их нередко включают в цепь с применением усилителя, расширяющего рабочие пределы.

Акустические

Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности . Непосредственно сам сенсор производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева (см. рисунок 4). Такой тип является бесконтактным и позволяет производить замеры в труднодоступных местах или на объектах повышенной опасности.

Рис. 4. Звуковой датчик температуры

Пьезоэлектрические

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

Схемы подключения

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

Рис. 5. Двухпроводная схема подключения

На рисунке 5 приведен вариант двухпроводного присоединения измерительного устройства. Этот принцип рекомендуется для всех датчиков  температуры с небольшим расстоянием до контролируемого объекта. Так как сопротивление самого чувствительного элемента  R_t мало измениться от сопротивления соединительных проводников R

1 и R₂, соответственно, поправка на измерения будет минимальной.

Рис. 6. Трехпроводная схема подключения

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

Рис. 7. Схема подключения датчика температуры двигателя

Практически в каждом современном авто осуществляется постоянный контроль температурных параметров мотора. Поэтому использование датчика является обязательным требованием безопасности. Согласно двухпроводной схемы (рисунок 7) датчик подключается одним выводом на отдельно стоящий концевик капота, который не имеет каких-либо подключений к цепи. А второй вывод, подсоединяется к блоку сигнализации установленным порядком, в соответствии с моделью.

Рис. 8. Схема подключения цифрового датчика температуры

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

Примение

Сфера применения датчиков температуры охватывает как бытовые приборы, так и оборудование общепромышленного назначения, сельскохозяйственную отрасль, военную промышленность, аэрокосмический сектор. Каждый из вас может встретить их у себя дома в нагревательных приборах – бойлерах, духовках, мультиварках или хлебопечках.

В тяжелой промышленности тепловые сенсоры позволяют контролировать степень нагрева печей, воздуха в рабочей области, состояние трущихся поверхностей. В медицине их используют для контроля температуры в труднодоступных местах или для упрощения различных процедур.

Многие автолюбители часто сталкиваются с анализаторами температуры, контролирующими состояние масла или другой охлаждающей жидкости. На сети железных дорог они позволяют отслеживать нагрев букс и колесных пар. В энергетике с их помощью обследуются контактные соединения и качество прилегания поверхностей.

Как подобрать?

При выборе датчика температуры необходимо руководствоваться такими критериями:

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

Таблица: температурные пределы датчиков термоэлектрического типа

Тип	Состав	Диапазон температур
T	медь / константан	от -250 °C до 400 °C
J	железо / константан	от -180 °C до 750 °C
E	хромель / константан	от -40 °C до 900 °C
K	хромель / алюмель	от -180 °C до 1 200 °C
S	платина-родий (10 %) / платина	от 0 °C до 1 700 °C
R	платина-родий (13 %) / платина	от 0 °C до 1 700 °C
B	платина-родий (30 %) / платина-родий (6 %)	от 0 °C до 1 800 °C
N	нихросил / нисил	от -270 °C до 1 280 °C
G	вольфрам / рений (26 %)	от 0 °C до 2 600 °C
C	вольфрам-рений (5 %) / вольфрам-рений (26 %)	от 20 °C до 2 300 °C
D	вольфрам-рений (3 %) / вольфрам-рений (25 %)	от 0 °C до 2 600 °C

Использованная литература

1. Виглеб Г  «Датчики», 1989
2. Фрайден Дж «Современные датчики. Справочник» 2005
3. Ананьева Н.Г., Ананьева М.С., Самойлов В.Н «Измерение температуры» 2015
4. Дж. Вебстер «Справочник по измерениям, сенсорам и приборам» 2006

Как проверить датчик температуры стиральной машины

Датчик температуры стиральной машины — это первое звено системы, отвечающей за достижение и фиксацию уровня нагрева. Данные с электронного сенсора анализирует микроконтроллер, который включает или отключает ТЭН. Если терморегулятор механический, то детектор такого же типа и действует на реле напрямую. Все проблемы с удержанием температуры могут быть связаны с поломками термосенсора. Схожие симптомы и при неисправностях реле, терморегулятора, электроники, поэтому важно правильно провести диагностику. Рассмотрим, как определить, что сломан именно датчик температуры, как его проверить, заменить.

Что такое датчик температуры, разновидности

Термический сенсор — это элемент, определяющий температуру в измеряемой среде и передающий показатели на систему управления, реле. В нашем случае целесообразно также называть рассматриваемое изделие — датчик-реле, термореле, так как сенсор такого расцепителя обычно является его трудно отделяемой частью, это узел с большой степенью цельности, модуль.

Механические разновидности тепловых детекторов воздействуют на реле непосредственно, двигая контакты, смыкая или размыкая их. При любых разновидностях изделий мониторинг производится в реальном времени, элемент всегда в работающем состоянии.

Термодатчики стиральных машин могут быть 2 видов:

• электронные (терморезисторы, термисторы, термопары). С двумя проводками, клеммами, через которые на чувствительный элемент подается слабое напряжение. В термисторе меняется сопротивление в зависимости от нагрева/охлаждения. Данные получает электроника управления. Сенсор имеет микроконтроллер, на который от последней поступают команды сомкнуть или разомкнуть контакты в зависимости от достижения или не достижения температурой выставленных пользователем значений;
• механические. Это трубка или сегмент с чувствительным к температуре веществом, материалом, который при нагреве/охлаждении расширяется или сжимается, соответственно, давит на сильфон со штоком в термостате или ослабляет натиск, расцепляя/смыкая контакты.

Ниже рассмотрим типы тепловых датчиков стиральных машин более конкретно. Подобные элементы ставят во все приборы, где затребовано их вкл./выкл. в зависимости от достигнутой температуры: на холодильники, утюги, конвекторы, прочую нагревательную технику.

Биметаллический

Датчики тепла с биметаллической частью принадлежат к механической разновидности таких измерителей. Чувствительный сегмент — это пластина из двух слоев или полосок разных металлов. При нагреве/охлаждении сегменты расширяются/сжимаются не одинаково, поскольку у них разный коэффициент реагирования на температуру.

Пластина, связанная с контактами, изгибается, соответственно, двигает их — смыкает или размыкает. Усилие может передаваться через керамический шток, выполняющий указанное движение.

Данный тип датчика в большей степени неотделимый от реле элемент. Термостат с таким сенсором рассматривается как цельный узел, его часть в виде описываемого сенсора почти никогда отдельно не меняют. То есть тут сложно отделить чувствительный элемент от реле и поставить новый. Данный сегмент на замену сложно найти в продаже, можно разве что взять его из б/у устройств.

Еще одна преграда к замене только сенсорной части: обычно модели термостатов с такими узлами по своей конструкции не предусматривают возможности демонтажа именно ее. Сегмент впаян или вставлен так, что при вынимании повредится посадочное место. Впрочем, теоретически заменить можно, но так не делают еще и потому, что создается высокая вероятность раскалибровки. Обычно покупают целое реле.

Биметаллический детектор ломается чрезвычайно редко, реже по сравнению со всеми другими вариантами — в нем из-за простоты и основательной конструкции особо нечему выходить из строя даже от износа со временем. Агрессивная среда, перепады напряжения, температур ему не страшны. Фактически весь узел — это две крепкие стойкие пластины, двигающие такие же клеммы. Возможно разве что окисление, залипание контактов внутри. Преимущество таких изделий: почти вечная работоспособность, дешевизна. Минус: небольшой диапазон замеров, неточность, медленное реагирование.

Газонаполненный

Второй разновидностью механических температурных датчиков в стиральных машинах являются газонаполненные (капиллярные) сенсоры. Это герметичная таблетка, утолщение, колба на такой же трубке заходящей в терморегулятор. Перечисленные элементы полые, внутри — реагирующее на нагрев и холод вещество, обычно фреон, может быть дугой подобный газ.

Конец, заходящий в термостат, снабжен сильфоном — частью напоминающей металлическую гармошку, которая обеспечивает более стабильное (фиксированное) натяжение и сжимание, чем пружина.

Принцип работы такой: при изменении температуры меняется состояние вещества внутри таблетки и трубки, возникает давление, двигающее ее конец с сильфоном, который в свою очередь подвигает шток, а тот влияет на контакты, смыкая/размыкая их.

Уровень неотделимости такого датчика от реле и нецелесообразность ремонта аналогичная как описано выше. Газонаполненный сенсор также весьма долговечный из-за простоты конструкции и ее механического типа. Характерные поломки: закисание, залипание контактов внутри реле, разгерметизация трубки с колбой.

NTC: термистор, термопара

Термистор (термический резистор) и термопара — датчики сопротивления (тип NTC — Negative Temperature Coefficient). Технически это разные элементы. Но будем применять эти 2 названия или обобщенные термины — датчик электронный или с микроконтроллером, так как рассматриваемый аспект схожий. В стиралках применяются именно термисторы, они дают более точные измерения.

Принцип работы: на чувствительный элемент (термистор, термопару) поступает небольшое напряжение. От температуры материал указанных элементов меняет сопротивление, что анализирует микроконтроллер (реле) и в зависимости от значений выставленных пользователем настроек нагрева смыкает или расцепляет контакты ТЭНа.

Электронный датчик состоит из сегментов:

• чувствительная часть, заключенная в маленький корпус, около 10 мм в длину и несколько мм в ширину. Это, строго говоря, главная функциональная деталь, наконечник сенсора, сам терморезистор, термопара;
• кабель с двумя проводками с пластиковой фишкой-штекером, подключаемым к разъему блока управления, электронной платы стиралки. В указанной части находится и микрореле, двигающее контакты. Чаще у такого сенсора между фишкой и термистором кабеля нет — клеммы и реле в пластиковом ключе сразу соединены с чувствительной деталью.

Два предыдущих вида механических сенсоров ставят в стиральные машины с управлением и терморегуляторами такого же типа. Нельзя сказать, что такие изделия не эффективные, их плюс — повышенный срок эксплуатации, они реже ломаются, так как меньше электронных частей. Минус — меньше «умных» и продвинутых возможностей, малый диапазон регулировки. Для механического управления характерные селекторы в виде ручек, отсутствие сенсорных дисплеев.

Термисторные детекторы ставят в стиральные машины с электронным типом управления. Они чаще ломаются, но дешевые, дают возможность устанавливать систему управления с более продвинутыми опциями, с расширенным диапазоном регулировок, программируемостью. У таких аппаратов может быть селектор-ручка (он не полностью механический, а связан с электроникой), но более характерное сенсорное табло, ЖК дисплей.

Плюсы термосенсора с микроконтроллером, в том числе и по ремонтопригодности:

• самые точные из всех возможных вариантов;
• при выходе из строя достаточно поменять часть с чувствительным элементом, проводками и фишкой. Если модель с кабелем и он цел, то можно отрезать и припаять только новый наконечник;
• простота демонтажа/монтажа: достаточно отщелкнуть проводки от фишки (колодки) и вынуть элемент из посадочного места на внешней пластине ТЭНа. Габаритного корпуса термостата, как у механики, блока управления вынимать не потребуется;
• дешевизна: потребуется купить только сегмент со штекером и терморезистором (термопарой) — в нем все есть, включая реле. Этот небольшой приборчик стоит намного меньше, чем механические типы сенсоров.

Минусы: электронные датчики чаще ломаются, в большей мере подвержены выходу из строя при скачках напряжения, от агрессивных влияний среды. Данный недостаток относительный — если обобщить, то сроки работоспособности таких сенсоров короче, но не слишком отличаются от механических вариантов, на что также влияет отсутствие у них подвижных частей.

Особенности диагностики, симптомы поломок температурных датчиков

Проблема диагностики в том, что те же симптомы, как при неисправности температурного датчика, могут наблюдаться при поломках нагревательного элемента (ТЭНа). Так как последний ломается чаще, стоит сначала проверить его — сделать хотя бы внешний осмотр, прозвонить его цепь тестером.

Описываемый минус исключается, если стиральная машина с электронным управлением с функцией самодиагностики. В таком случае система выдаст звуковой, световой или графический сигнал (код). Расшифровка тревожного сообщения есть в инструкции.

Остальные симптомы такие (особенно актуальные для механического типа управления без самодиагностики):

• t° скачет, не соответствует выставленным значениям. Например, при любой программе, режиме, настройке — значение повышается почти до кипения. Нагреваются корпусные детали, наблюдается пар около загрузочного люка. Такой режим особо опасен — при постоянном перегреве ТЭН быстро выйдет из строя;
• не включается нагреватель, стиралка вообще не греет воду. То есть тут датчик вообще вышел из строя не подает никаких показателей.

Для диагностики надо получить доступ к датчику, рассмотрим, где он находится и какой процесс демонтажа.

Место нахождения термодатчиков в стиральной машине

Стандартное место расположения тепловых механических детекторов — около ТЭНа или барабана, внизу корпуса, близко к мотору, на специальной пластине с отверстием-посадочным местом. Последнее являет собой нишу, заходящую в бак с водой, чтобы была возможность анализировать температуру жидкости, почти прикасаясь к ней.

Электронный датчик температуры в стиральной машине находится непосредственно в ТЭНе, в его основании, на фиксирующей пластине. Снаружи при смонтированном нагревателе видна его фишка, внутри бака — сам терморезистор в маленьком корпусе.

Как демонтировать электронный сенсор температуры в стиральной машине

Чтобы увидеть детектор, надо снять заднюю панель стиралки. Конечно же, перед процедурой вилку шнура питания прибора вытаскивают из розетки.

Порядок частичной разборки стиральной машины для получения доступа к термодатчику:

1. Отсоединяют все шланги (подвод, отвод).
2. Откручивают винты задней панели, снимают ее.
3. Ослабляют винт, фиксирующий ТЭН, извлекают термодатчик, отщелкивают проводки питания от разъема датчика.

Как продиагностировать электронный термодатчик (NTC)

Электронный сенсор (NTC) меняет свое сопротивление при возрастании или повышении температуры. На этом и основывается способ, как проверить термодатчик стиральной машины данного типа. Именно указанная особенность принципа работы дает стопроцентный результат анализа, делает процедуру простой.

Потребуется мультиметр, его переводят в режим замера сопротивления, можно также применить омметр. Далее, анализируют значения детектора при воздействии разной температуры.

Желательно уточнить результаты проверки: сопротивление термодатчика, датчика температуры стиральной машины сопоставить с таблицей из спецификации для конкретной модели сенсора (данные можно найти на сайтах производителей).

Например, соотношение сопротивления термосенсора и температуры на стиральной машине LG узнаем из таблицы спецификации конкретного детектора с определенной маркировкой:

Алгоритм:

1. Отсоединяем фишку, вынимаем датчик из гнезда.
2. Переводим мультиметр в режим проверки резисторов, то есть на замеры сопротивления — выбираем 200 кОм.
3. Присоединяем к контактам сенсора щупы, смотрим результат. Нормальное значение при комнатной температуре (+25° C) — около 6 кОм. Указанная цифра — стандарт для большинства изделий. Не исключено, что могут быть и другие параметры, поэтому рекомендуем свериться с техдокументацией на стиралку и со спецификацией детектора.
4. Опускают термистор в теплую воду, выполняют повторные замеры, доливают кипяток — смотрят, как меняются показатели. Приблизительно при +50° C тестер должен показать около 1.5 кОм. Если величина не меняется (а оно должна это делать вместе с остыванием жидкости), то датчик сломан.

Можно не вынимать сенсор и заливать воду в тот же бак стиральной машины. Принцип такой проверки аналогичный как у такой же процедуры для датчиков холодильников, впрочем, и для большинства бытовых приборов.

Анализ исправности газонаполненного сенсора температуры стиралки

Чувствительный термоэлемент, наполненный газом, часто встречается у брендов Индезит или LG, у старых моделей, а также у недорогой продукции, в том числе отечественной. Рабочий сегмент такого сенсора — это герметическая трубочка с газом (обычно наполняют хладонами, так как они очень чуткие к нагреву), на конце может быть колба или расширение в форме таблетки.

Надо открутить болтики задней панели осторожно ее вытащить. Пластина может крепиться, кроме саморезов, и зажимами, защелками, в таком случае движения должны быть особо аккуратными, чтобы не выломать пластиковые части. Точное размещение крепления не будем описывать, так как у каждой модели оно может быть другим. Для ознакомления с такой информацией надо просмотреть инструкцию или форумы, там же может быть дана схема, руководство по разборке.

После обнаружения датчика с реле (внизу сзади около бака и барабана) надо с разумным усилием надавить этот узел вглубь и вытащить через бак. Далее, отсоединяют проводки и проводят проверку.

Итак, датчик вынимается с термостатом. Этот тип является цельным узлом, как и биметаллический, поэтому не надо пытаться отделять часть только с сенсором, это сложно сделать, а кроме того, в таком виде устройство нельзя проверить — надо анализировать весь узел в сборе.

Проверка:

1. Селектор выставляют на +45…+50° C.
2. Берут любую емкость, наливают туда воду указанной температуры.
3. Опускают в сосуд детектор (трубку).
4. Сморят, когда будет сработка, смыкание контактов — она должна произойти, когда температура опустится ниже выставленного значения.

Если сработка не наблюдается или некорректная, то датчик сломан. Если сенсор исправный, но аппарат по-прежнему не включается, то, скорее всего, неисправна цепь терморегулятора (обрыв, замыкание). Эту часть также проверяют тетсером (прозвонкой).

Именно только элемент в виде трубки с сильфоном меняют редко — покупают весь терморегулятор с ним. В продаже отдельные такие узлы очень редкие, чаще их можно купить из разобранных б/у реле в мастерских, через интернет у частных лиц. Если есть желание осуществить такую процедуру, то надо отогнуть лапки или открутить болты на торце терморегулятора, вынуть конец трубки с сильфоном, аналогично вставить новую часть. Но обычно так никогда не делают из-за нецелесообразности, при такой замене часто наблюдается раскалибровка.

Проверка биметаллических термосенсоров

Чрезвычайно долговечные и надежные биметаллические датчики, несмотря на некоторые недостатки (точность, диапазон и скорость несколько ниже), встречаются достаточно часто на недорогих стиралках.

Биметаллические детекторы температуры вынимают и диагностируют так же, как и газовые. Выставляют на селекторе определенное значение, помещают в емкость с теплой водой с температурой равной ему, смотрят, произойдет ли срабатывание.

Также есть стандартный способ, как проверить мультиметром датчик температуры стиральной машины — прозвонка. При сцеплении контактов тестер показывает разные цифровые величины обычно близкие к нулю (0.01 и так далее) то есть отсутствие разрыва, а при расцеплении — на табло будет значение обрыва — «1».

Замена и ремонт термодатчиков в стиралках

Датчик температуры для стиральной машины не ремонтируется, выход один — покупка нового изделия. Терморезисторы, термопару, невозможно разобрать по понятным причинам. Это же касается и сильфонной трубки, при ее разгерметизации из нее выходит газ. Невозможно заполнить колбу и тут же ее запаять в бытовых условиях, ведь вещество улетучивается. Но все же, если допустить, что это удалось, то даже самая надежная заделка припоем прорехи не будет долговечной в условиях агрессивной среды и постоянного изменения давления.

Починить можно, только если поломка касается отошедших, залипших контактов. Механический сенсор можно разобрать и осмотреть внутри клеммы, очистить их от грязи. У электронных детекторов можно поменять кабель, а также удалить окисление из металлических частей колодки и ответного разъема, достаточно несколько раз вынуть/вставить ее.

Монтаж нового датчика — процедура аналогичная описанному нами демонтажу, только с соответствующим порядком. Для механических датчиков: размещается конец трубки, чувствительный элемент в измеряемой зоне, затем закрепляется селектор с терморегулятором, если сенсор электронный — защелкивается его колодка, фиксируются контакты. Последний этап — собираются панели.

В случае с электронным детектором типоразмера с кабелем, если есть аналогичный чувствительный элемент, но без колодки с проводками, то старый наконечник сенсора можно отрезать, а к проводкам припаять новую деталь.

Видео по теме

Хорошая реклама

 

Датчики температуры

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

Как понятно из названия, главная задача датчиков данного типа — контроль температуры самых различных объектов. Это и температура воздуха, температура различных жидкостей, газов, твердых тел и еще многое другое. Благодаря востребованности температурных измерений они находят самое широкое применение в самых разных областях — от систем управления автоматизации техпроцессов до применения в бытовом секторе.

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

Виды датчиков температуры

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

Основными материалами, из которых изготавливаются датчики являются платина, либо медь, иногда никель. Данные материалы обладают высоким температурным коэффициентом сопротивления и близкой к линейной зависимостью сопротивления от температуры. Наиболее часто встречаются датчики типа Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 50М, 100М . Буквы, указанные в характеристике обозначают материал, который лежит в основе датчика (Pt, П — платина, М — Медь), цифры обозначают сопротивление датчика при 0 градусов Цельсия.

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

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

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

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

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

Термопары ( Термоэлектрические преобразователи) — в основе работы данного типа лежит термоэлектрический эффект или эффект Зеебека. Он основан на возникновении при нагреве термо-ЭДС между концами двух разнородных по составу проводников, соединенных между собой. Под действием термо-ЭДС в замкнутой цепи начинает протекать электрический ток, пропорциональный разности температур.

Цепь, состоящая из двух различных проводников, или как их называют термоэлектродов, и будет называться термопарой. Спаянные концы проводников носят название горячий или рабочий спай, свободные концы проводников холодным спаем. Термо-ЭДС будет зависеть от разности температур между горячим и холодным спаями, а также от материала проводников. Подключив измерительный прибор к свободным концам, можно измерить разность потенциалов между двумя проводниками. При этом для компенсации погрешности нам необходимо знать температуру холодного спая.

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

Обязательно надо отметить, что подключение термопар должно производиться компенсационными проводами, выполненными из тех же материалов, что и термопара, при этом соблюдая полярность подключения. Обычный медный провод в данном случае не подходит, так как создает дополнительную термо-ЭДС и тем самым вносит значительную погрешность в измерения. Обычно изоляция жил и оболочка провода в зависимости от материала маркируется разными цветами.

Цвет оболочки компенсационных проводов

ХА — Хромель-Алюмель	Белый, Зеленый
ХК — Хромель-Копель	Фиолетовый
НН — Нихросил-Нисил	Синий
МКн — Медь-Константан	Коричневый
ЖК — Железо-Константан	Черный

Цвет изоляции жил компенсационных проводов

Хромель	Фиолетовый, Черный
Алюмель	Белый
Копель	Желтый, Оранжевый
Медь	Красный, Розовый
Константан	Коричневый
Железо	Черный
Нихросил	Синий

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

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

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

Бесконтактные (Инфракрасные пирометры) — работа датчиков данного типа основана на способности тел излучать электромагнитную энергию в инфракрасном диапазоне. Хотя бесконтактные датчики применяются реже чем те же термопары или термосопротивления в следствии ряда причин, а именно их стоимости, чувствительности к состоянию измеряемой поверхности и т.д., тем не менее на сегодняшний день они все чаще используются в различных областях промышленности благодаря своим несомненным преимуществам — малое время отклика, соответственно высокое быстродействие, измерение температур в труднодоступных и опасных местах, измерение высоких температур вплоть до +3000°C.

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

Конструктивные особенности датчиков температуры

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схемы подключения датчиков температуры

У разных видов датчиков температуры различны и схемы подключения.

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

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

Для уменьшения погрешности измерения применяют трехпроводную схему.

При такой схеме измеряется общее сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов и затем вычисляется разность этих значений, тем самым получается точное измеренное сопротивление датчика. Данная схема позволяет получить довольно высокую точность измерения даже при значительном влиянии сопротивления проводов. Но и в данной схеме может возникать погрешность измерения, связанная с разностью сопротивлений проводников из-за окисления контакта, неоднородности материалов, разного сечения проводов.

Четырехпроводная схема позволяет получить наиболее точные результаты измерений.

По такой схеме два провода подключаются к одному выводу датчика и два провода к другому выводу. На клеммы r1 и r4 подается измерительный ток от источника. Падение напряжения измеряется на клеммах r2 и r3, при этом если входное сопротивление измерительного прибора значительно больше сопротивления проводов (ток по этим измерительным проводам почти не течет) то значение этих сопротивлений практически не влияет на результат измерений.

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

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

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

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

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

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

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ

   В этой статье мы обсудим различные типы датчиков температуры и возможность их использования в каждом конкретном случае. Температура — это физический параметр, который измеряется в градусах. Она является важнейшей частью любого измерительного процесса. К областям требующим точных измерений температуры относится медицина, биологические исследования, электроника, исследования различных материалов, и тепловых характеристик электротехнической продукции. Устройство, используемое для измерения количества тепловой энергии, позволяющее  нам обнаружить физические изменения температуры известно как датчик температуры. Они бывают цифровые и аналоговые.

Основные типы датчиков

   В целом, существует два методы получения данных:

   1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

   2. Бесконтактный. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

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.

Термистор

   Термистор — это чувствительный резистор, изменяющий свое физическое сопротивление с изменением температуры. Как правило, термисторы изготавливаются из керамического полупроводникового материала, такого как кобальт, марганец или оксид никеля и покрываются  стеклом. Они представляют собой небольшие плоские герметичные диски, которые сравнительно быстрое реагируют на любые изменения температуры.

   За счет полупроводниковых свойств материала, термисторы имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), т.е. сопротивление уменьшается с увеличением температуры. Однако, есть также термисторы, с положительным температурным коэффициентом (ПТК), их сопротивление возрастает с увеличением температуры.

График работы термистора

Преимущества термисторов

• Большая скорость реагирования на изменения температуры, точность.
• Низкая стоимость.
• Более высокое сопротивление в диапазоне от 2,000 до 10,000 ом.
• Гораздо более высокая чувствительность (~200 ом/°C) в пределах ограниченного диапазона температур до 300°C.

Зависимости сопротивления от температуры

   Зависимость сопротивления от температуры выражается следующим уравнением:

   где A, B, C — это константы (предоставляются условиями расчёта), R — сопротивление в Омах, T — температура в Кельвинах. Вы можете легко рассчитать  изменение температуры от изменения сопротивления или наоборот.

Как использовать термистор?

   Термисторы оцениваются по их резистивному  значению при комнатной температуре (25°C). Термистор-это пассивное резистивное  устройство, поэтому оно требует производства контроля текущего выходного напряжения. Как правило, они соединены последовательно с подходящими стабилизаторами, образующими делитель напряжения сети.

   Пример: рассмотрим термистор с сопротивлением значение 2.2K при 25°C и 50 Ом при 80°C. Термистор подключен последовательно с 1 ком резистором через 5 В питание.

   Следовательно, его выходное напряжение может быть рассчитано следующим образом:

   При 25°C, RNTC = 2200 Ом;

   При 80°C, RNTC = 50 Ом;

   Однако, важно отметить, что при комнатной температуре стандартные значения сопротивлений различны для различных термисторов, так как они являются нелинейными. Термистор имеет экспоненциальное изменение температуры, а следовательно-бета постоянную, которую используют, чтобы вычислить его сопротивление для заданной температуры. Выходное напряжение на резисторе и температура  линейно связаны.

Резистивные датчики температуры

   Температурно-резистивные датчики (термопреобразователи сопротивления) изготовлены из редких металлов, например платины, чье электрическое сопротивление изменяется от соответственно изменению температуры.

   Резистивный детектор температуры имеет положительный температурный коэффициент  и в отличие от термисторов, обеспечивает высокую точность измерения температуры.  Однако, у них слабая чувствительность. Pt100 являются наиболее широко доступным датчиком со стандартным значение сопротивления 100 Ом при 0°C. Основным недостатком является высокая стоимость.

Преимущества таких датчиков

• Широкий  диапазон  температур от -200 до 650°C
• Обеспечивают высокий выход по току падения
• Более линейны по сравнению с термопарами  и термосопротивлениями

Термопары

   Наиболее часто используются датчики температуры-термопары, потому что они точны, работают в широком диапазоне температур от -200°C до 2000°C, и стоят сравнительно недорого. Термопара с проводом и штепсельной вилкой на фото далее:

Работа термопар

   Термопара изготовляется из двух разнородных металлов, сваренных вместе, что даёт эффект разности потенциалов от температуры. От разницы температур между двумя спаями, образуется напряжение, которое используется для измерения температуры. Разность напряжений между двумя спаями называется “эффект Зеебека”.

   Если оба соединения имеют одинаковую температуру, потенциал различия  в разных соединениях равен нулю, т.е. V1 = V2. Однако, если спаи имеют разную температуру,  выходное напряжение относительно разности температур между двумя спаями будет равно их разности V1 — V2.

Типы термопар

   В зависимости от конструкции и назначения различают термопары погружаемые и поверхностные; с обыкновенной, взрывобезопасной, влагонепроницаемой или иной оболочкой (герметичной или негерметичной), а также без оболочки; обыкновенные, виброустойчивые и ударопрочные; стационарные и переносные и другие.

Типы датчиков температуры и их применение

Различные типы датчиков температуры

Термин «Температура» — это физический параметр, который может измеряться в градусах. Точное измерение температуры является важной частью любого метода. Обычные приложения, требующие точных значений температуры, включают медицинские, электрические или электронные исследования, биологические исследования, исследования материалов и т. Д. Датчик температуры используется для измерения количества тепловой энергии, что позволяет нам обнаруживать физические изменения температуры, генерируя аналоговые или цифровые вывод.

Типы основных физических датчиков температуры

В общем, доступны два типа методов измерения, а именно датчики температуры контактного типа и датчики температуры бесконтактного типа.

Датчик температуры контактного типа

Датчик температуры контактного типа находится в физическом контакте с веществом или объектом. Эти датчики используются для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

Датчик температуры бесконтактного типа

Датчики температуры бесконтактного типа используются для определения температуры путем прерывания части излучаемой инфракрасной энергии вещества и определения ее интенсивности.Эти датчики можно использовать только для измерения температуры твердых тел и жидкостей. Их нельзя использовать с газами из-за их прозрачности.

Типы датчиков температуры

Различные типы датчиков температуры, доступные на рынке, могут варьироваться от простых термостатических устройств включения / выключения до высокочувствительных полупроводниковых устройств. Два основных типа физических датчиков температуры, такие как контактные и бесконтактные, подразделяются на датчики напряжения, резистивные и электромеханические.Наиболее часто используемые датчики температуры подразделяются на три типа, такие как термисторы, термопары и резистивные датчики температуры. Эти датчики отличаются друг от друга с точки зрения рабочих параметров. Для серийных приложений с умеренными температурами также доступны твердотельные датчики, которые имеют преимущество простого интерфейса и встроенного преобразования сигнала.

Датчики температуры различных типов

Термистор

Термистор — это датчик температуры, который изменяет физическое сопротивление в зависимости от температуры.Как правило, эти устройства изготавливаются из полупроводникового керамического материала, такого как кобальт, марганец. Он имеет форму небольших прессованных герметично закрытых дисков, которые сравнительно быстро реагируют на любые колебания температуры.

Термистор

Термистор типа NTC (Epcos)

Из-за свойств полупроводникового материала эти устройства имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), то есть сопротивление падает с ростом температуры. Но есть также термисторы с PTC (положительным температурным коэффициентом), их сопротивление возрастает с повышением температуры.

Применение термистора

Термистор рассчитан на основе значения сопротивления при комнатной температуре, постоянной времени и номинальной мощности. Термистор — это пассивное резистивное устройство, которому требуется ток для генерации напряжения o / p. Обычно они подключаются последовательно с соответствующим резистором смещения, чтобы сформировать цепь делителя потенциала.

Применение термистора

Рассмотрим термистор со значением сопротивления 2,5 кОм при 30 ° C и 30 Ом при 60 ° C.Здесь термистор подключен последовательно с резистором 1 кОм к источнику питания 5 В.

Здесь выходное напряжение этого термистора можно рассчитать как

При 30 ° C, RNTC = 2500 Ом;

Vвых. = 1000 / (2500 + 1000) * 5 = 1,42 В

При 60 ° C, RNTC = 30 Ом;

Vвых. = 1000 / (30 + 1000) * 5 = 4,85В

Заменяя конкретное значение резистора на потенциометр, мы можем получить напряжение o / p при заранее заданной температуре.

Тем не менее, важно отметить, что типичные значения сопротивления при комнатной температуре различны для разных типов термисторов, поскольку они нелинейны. Термистор имеет экспоненциальное преобразование с температурой; поэтому он имеет температурную постоянную (бета), которая используется для анализа его сопротивления при заданной температуре. Хотя в сети с делителем напряжения ток, который получается из приложенного напряжения, линейно зависит от температуры, поэтому напряжение на резисторе и температура линейно связаны.

Преимущества термисторов

К преимуществам термисторов можно отнести следующее.

• Скорость отклика лучше на изменения точности, температуры и повторяемости.
• По сравнению с РДТ недорого.
• Диапазон более высокого сопротивления составляет от 2000 до 10000 Ом
• Чувствительность намного выше, т.е. ~ 200 Ом / ° C в частичном диапазоне температур до 300 ° C

Датчик температуры резистивный

Термин RTD означает «резистивный датчик температуры» — это электрический резистивный датчик температуры, который состоит из катушек металлов или пленок, таких как платина, электрическое сопротивление которых зависит от температуры.

Термометр сопротивления — датчик температуры

Резистивные датчики температуры

имеют PTC (положительные температурные коэффициенты) и, в отличие от термисторов, предлагают точные измерения температуры, поскольку имеют линейный выход. Но у них низкая чувствительность, вызывающая небольшое изменение o / p, например, 1 Ом / ° C для изменения температуры. Pt100 был наиболее часто используемым датчиком с типичным значением сопротивления 100 Ом при 0 ° C. Главный недостаток — высокая стоимость.

Как использовать резистивные датчики температуры?

Резистивные датчики температуры являются пассивным резистором устройство, таких как термисторы и поток тока через датчик, чтобы получить O / P напряжение линейно связан с температурой.Но при считывании может произойти ошибка из-за изменения сопротивления, вызванного самонагревом тока, протекающего через резистивные провода. Чтобы преодолеть эту трудность, резистивный датчик температуры подключается к резистивному мосту n / w с дополнительными соединительными проводами для компенсации проводов и / или добавления источника постоянного тока.

Преимущества RTD

К преимуществам резистивных датчиков температуры можно отнести следующее.

• Диапазон температур от -200 до 650 ° C
• Он предлагает высокий выход при падении тока
RTD
• более линейны по сравнению с термисторами и термопарами.

Термопары

Термопары

являются наиболее часто используемыми датчиками температуры из-за некоторых особенностей, таких как широкий диапазон температур от ниже -200 ° C до более 2000 ° C, точные и относительно недорогие.

Термопары

Строительство и работа

Конструкция термопары может быть выполнена из двух разных металлов, которые спаяны вместе, создавая небольшую разность потенциалов (мВ) в зависимости от температуры. Один спай поддерживается при постоянной температуре, называемой эталонным спаем, а другой — измерительным спаем.Из-за разницы температур между двумя переходами на переходе устанавливается напряжение, которое используется для измерения температуры. Эффект Зеебека можно определить как разницу напряжений между двумя переходами.

Конструкция и работа термопар

Если оба перехода имеют одинаковую температуру, разность потенциалов на переходах равна нулю, то есть V1 = V2. Однако, когда переходы при разных температурах соединены в цепи, напряжение o / p сравнимо с разницей температур между двумя переходами, т.е.е. V1 — V2.

Типы термопар

Существуют термопары из разных материалов и из разных температурных диапазонов; поэтому существуют различные типы термопар для точных применений в соответствии с международными стандартами, такими как E, J, K, N, T и U. Наиболее часто используемые термопары типа J и K.

Преимущества термопары

• Высокий диапазон температур
• Неровная, выдерживает удары и вибрацию
• Обеспечивает мгновенную реакцию на изменение температуры

Как использовать термопару?

Термопара выдает выходное напряжение в несколько милливольт при изменении температуры на 10 ° C.Значит, выходное напряжение увеличивать обязательно.

Как использовать термопару

Очень важно тщательно выбирать усилитель, чтобы получить хорошую стабильность дрейфа для остановки повторной калибровки термопары. Это делает операционный усилитель желательным для большинства приложений.

Таким образом, речь идет о различных типах датчиков температуры. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Более того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации каких-либо проектов на основе датчиков температуры, пожалуйста, прокомментируйте в разделе комментариев ниже.

Просмотры сообщений: 18 127

Типы датчиков температуры, работа и их применение

Датчик температуры

В промышленной автоматизации датчик температуры используется для измерения температуры. Датчик температуры использует преобразователь для преобразования значения температуры в электрическое значение. Чтобы правильно считывать температуру и контролировать температуру в промышленных приложениях, датчик температуры используется более широко.Между различными типами датчиков мы можем создавать большие особенности, и датчики будут иметь разные свойства, такие как диапазон температур, контактный способ, чувствительный элемент и методы калибровки. Датчик температуры состоит из чувствительного элемента, помещенного в пластмассовый или металлический корпус. Используя проводящую цепь, датчики будут отражать заряд температуры окружающей среды.

Что такое датчик температуры?

Простой датчик температуры — это устройство, для измерения температуры с помощью электрического сигнала требуется термопара или RTD (датчики температуры сопротивления).Термопара состоит из двух разнородных металлов, которые генерируют электрическое напряжение, косвенно пропорциональное изменению температуры. RTD — это переменный резистор, он изменяет электрическое сопротивление прямо пропорционально изменениям температуры точным и почти линейным образом.

Различные типы датчиков

Рабочий датчик температуры

Датчик температуры измеряет температуру или прохладу объекта. Рабочая база датчиков — это напряжение, считываемое на диоде.Если напряжение увеличивается, тогда повышается температура и возникает падение напряжения между выводами транзистора базы и эмиттера, которое регистрируется датчиками. Если разница в напряжении усиливается, аналоговый сигнал генерируется устройством, и он прямо пропорционален температуре.

Работа датчика температуры

С помощью датчика температуры можно измерить температуру по четырем шкалам, которые разделены на различные градусы.Метрическая шкала Цельсия используется шкалой измерений, и они начинаются с нуля. Для измерения температуры по Фаренгейту используются шкалы Ренкина, и эти шкалы являются абсолютными. Шкала Ранкина измеряет абсолютный ноль как 492 градуса Ранкина. Датчик температуры определяет измерения абсолютного нуля как близкие к минус 46 градусам по Фаренгейту.

Различные типы датчиков

К различным типам датчиков относятся следующие

Датчик термопары

Датчик термопары измеряет популярные термики, состоящие из двух проволок из различных металлических сплавов.Комбинируя два разных металла, вы получите сильное напряжение, равное по емкости температуре. В общем, термопара дает широкие диапазоны измерения, и они работают с использованием эффекта Зеебека. Эффект Зеебека вложен в изменение температуры в электрической цепи. Датчик считывает температуру, измеряя выходное напряжение.

Датчик термопары

Характеристики термопары хорошие, так как она составляет до 27500C.Этот датчик также может использоваться в течение короткого периода времени при температуре до 30000 ° C и до –250 ° C. Преимущества этих датчиков заключаются в том, что они могут измерять температуру самостоятельно, рядом с переходами термопары не могут измерять температуру, при сравнении с термометром сопротивления датчик термопары реагирует быстро, термопара является электрическими проводниками, следовательно они не могут связаться с другим источником электричества.

Термисторный датчик

Термисторный датчик — это тип датчика.Этот тип датчиков чаще всего используется в термометрах для человека. Если происходит изменение температуры, то изменяется и электрический ток или сопротивление. Термистор изготовлен из полупроводниковых материалов, удельное сопротивление которых особенно чувствительно к температуре. Сопротивление термистора уменьшается с повышением температуры, так что при изменении температуры изменение сопротивления предсказуемо.

Термисторный датчик

Термисторные датчики отличаются от датчиков температуры сопротивления тем, что первое отличие состоит в том, что металл, используемый в RTD, является чистым металлом, а второе отличие состоит в том, что температурная характеристика равна двум.Термисторный датчик подразделяется на два типа, и они зависят от знака K. Если K отрицательный, то сопротивление уменьшается с повышением температуры, и устройство называется отрицательным температурным коэффициентом. Если K положительный, то сопротивление увеличивается с увеличением температуры, и устройство называется положительным температурным коэффициентом.

Датчик температуры сопротивления

Это датчики температуры с резистором, который изменяет значение сопротивления одновременно с изменением температуры.Термометры сопротивления используются в широком диапазоне температур от -500 ° C до 5000 ° C для тонких пленок, а для разнообразных проволочных обмоток диапазон составляет от + 2000 ° C до 8500 ° C. Тонкий слой платины на подложке присутствует на тонкопленочном элементе RTD. Создается новый образец, который обеспечивает электрическую цепь, и он обрезается, чтобы придать определенное сопротивление.

Температурный датчик сопротивления

Подводящие провода прикреплены, и для защиты пленки и соединений сборка покрыта покрытием. Для сравнения, элементы с проволочной обмоткой представляют собой катушки с проволокой, упакованные в керамическую или стеклянную трубку, или они могут быть намотаны вокруг стекла или керамического материала.RTD, которые имеют более высокую точность и воспроизводимость, постепенно заменяют термопары в промышленных приложениях при температурах ниже 600 ° C.

Инфракрасные датчики

Эти датчики используются для измерения температуры поверхности в диапазоне от -70 до 10000C. Они преобразуют тепловую энергию, посылаемую объектом в диапазоне длин волн от 0,7 до 20 мкм, в электрический сигнал, который преобразует сигнал для отображения в единицах температуры после компенсации любой температуры окружающей среды.

Инфракрасные датчики

Датчик температуры IC

Существуют различные типы микросхем датчиков температуры, которые позволяют упростить самый широкий спектр задач по мониторингу температуры.Есть две операции в диапазоне температур, первая операция — датчик температуры может работать в нормальных условиях с диапазоном температур IC от -550C до + 1500VC. Второе важное отличие — это функциональность.

Кремниевый датчик температуры представляет собой интегральную схему, он состоит из обширных схем обработки сигналов, содержащихся в том же корпусе, что и датчики, и для IC датчика температуры схема компенсации не требуется. Некоторые из них представляют собой аналоговые схемы с выходом напряжения или тока.Другие комбинируют аналоговые чувствительные схемы с компараторами напряжения для обеспечения функций оповещения. Некоторые другие сенсорные микросхемы объединяют аналоговые схемы считывания с цифровыми входами / выходами и регистрами управления, что делает их идеальным решением для систем на базе микропроцессоров.

Как правило, цифровые выходные датчики содержат датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь, два проводных цифровых интерфейса и регистры для управления операциями интеграции

% PDF-1.5 % 116 0 объект > / Метаданные 162 0 R / PageLayout / OneColumn / Pages 113 0 R / StructTreeRoot 25 0 R / Тип / Каталог >> endobj 162 0 объект > поток конечный поток endobj 113 0 объект > endobj 25 0 объект > endobj 26 0 объект > endobj 27 0 объект > endobj 28 0 объект > endobj 29 0 объект [null 92 0 R 93 0 R 94 0 R 95 0 R 96 0 R 97 0 R 98 0 R 99 0 R 100 0 R 101 0 R 102 0 R 103 0 R 104 0 R 105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R 109 0 R 110 0 R 111 0 R 112 0 R] endobj 30 0 объект [64 0 R 65 0 R 66 0 R ноль ноль 67 0 R ноль ноль ноль ноль 68 0 R ноль ноль ноль ноль 69 0 R ноль ноль 70 0 R 71 0 R 72 0 R 73 0 R 74 0 R 75 0 R 76 0 R 77 0 R 78 0 R 79 0 R 80 0 R 81 0 R 82 0 R 83 0 R 84 0 R 85 0 R 86 0 R 87 0 R] endobj 31 0 объект [47 0 R 48 0 R 49 0 R 50 0 R 51 0 R 52 0 R 53 0 R 54 0 R 55 0 R 56 0 R 57 0 R 58 0 R 59 0 R 60 0 R 61 0 R 62 0 R 63 0 R] endobj 32 0 объект [33 0 R 34 0 R 35 0 R 36 0 R 37 0 R 38 0 R 39 0 R 40 0 ​​R 41 0 R 42 0 R 43 0 R 44 0 R 45 0 R 46 0 R] endobj 33 0 объект > endobj 34 0 объект > endobj 35 0 объект > endobj 36 0 объект > endobj 37 0 объект > endobj 38 0 объект > endobj 39 0 объект > endobj 40 0 obj > endobj 41 0 объект > endobj 42 0 объект > endobj 43 0 объект > endobj 44 0 объект > endobj 45 0 объект > endobj 46 0 объект

Датчики температуры

— Сравнение типов

Датчики температуры — Сравнение типов

Engineering ToolBox — ресурсы, инструменты и основная информация для проектирования и разработки технических приложений!

— поиск — самый эффективный способ навигации по Engineering ToolBox!

Сравнение преимуществ и недостатков термопар, RTD и датчиков температуры термисторов

Плохая 90 233 От плохого к удовлетворительному Средняя Хорошая Отличная

Атрибут	Термопара	RTD	Термистор
Стоимость		Низкая		Низкая	Низкая 902 Температурный диапазон	Очень широкий -350 ° F +3200 ° F	Широкий -400 ° F +1200 ° F	От короткого до среднего -100 ° F +500 o F
Способность к обмену	Хорошо	Отлично	От плохого к удовлетворительному
Долгосрочная стабильность	От плохого к удовлетворительному	Хорошая	Плохая
Высокая	Средняя
Повторяемость	Отлично	От среднего к хорошему
Чувствительность (выход)	Низкая	Средняя	Очень высокая
Реакция	От средней до быстрой
Линейность	Удовлетворительно	Хорошая	Плохая
Самонагревающаяся	Нет	От очень низкой до низкой	Высокая
Точка (конец) Чувствительная		Отлично
Влияние свинца	Высокое	Среднее	Низкое
Размер / упаковка	От малого к большому	От среднего к маленькому	От малого к среднему

• Электрические термопары, образующие две электрические термопары при разных температурах.Термопара создает зависящее от температуры напряжение в результате термоэлектрического эффекта и может интерпретироваться как измерение температуры.
• RTD — детектор термометра сопротивления — изготовлен из отрезка тонкой проволоки, намотанной на керамический или стеклянный сердечник. Провод RTD изготовлен из чистого материала — обычно платины, никеля или меди — с точным соотношением сопротивления / температуры. Электрическое сопротивление указывает на температуру.
• Термистор — это резистор, изготовленный из керамических или полимерных материалов.Сопротивление, как и RTD, зависит от температуры.

Связанные темы

Связанные документы

Поиск по тегам

• en: преобразователь датчика температуры

Поиск в Engineering ToolBox

— поиск — самый эффективный способ навигации по Engineering ToolBox!

Перевести эту страницу на

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей.В нашем архиве хранятся только письма и ответы. Файлы cookie используются в браузере только для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложений на локальном компьютере. Эти приложения — из-за ограничений браузера — будут отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочтите Условия использования Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочтите AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

Цитирование

Эту страницу можно цитировать как

• Engineering ToolBox, (2003). Датчики температуры — сравнение типов . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.