Як вибрати і встановити датчики температури для опалення

При роботі нагрівальних приладів потрібно контролювати ступінь нагріву теплоносія, а також повітря в приміщенні. Знімати і передавати інформацію допомагають датчики температури для опалення, відомості з яких можуть зчитуватися візуально або відразу ж направлятися в контролер. Це пристосування дозволяє обробляти отриману інформацію і на її основі подавати керуючий сигнал.

Принцип дії теплового датчика

Контролювати систему опалення можна різноманітними методами, серед яких:

  • автоматичні пристрої для своєчасної енергоподачі;
  • блоки, що стежать за безпекою;
  • змішувальні вузли.

Для коректної роботи всіх цих груп необхідні датчики температур, що подають сигнали про функціонування приладів. Спостереження за показаннями цих приладів дозволяють вчасно виявити несправності в системі і вжити заходів щодо виправлення.


Існує безліч різновидів приладів, використовуваних для зняття температури. Вони можуть занурюватися в теплоносії, використовуватися всередині приміщення або розташовуватися зовні

Термодатчик може використовуватися як окремий прилад, наприклад, для контролю за температурою кімнати, або бути нерозривною частиною складного пристрою, наприклад, опалювального котла.

В основу подібних пристроїв, що застосовуються в автоматизованому управлінні, покладено принцип перетворення температурних показників в електросігнал. Завдяки цьому результати вимірювання можна оперативно передавати по мережі у вигляді цифрового коду, що гарантує високу швидкість, чутливість і точність виміру.

У той же час різні прилади для вимірювання стадії нагріву можуть мати конструктивні особливості, що впливають на ряд параметрів (роботу в певному середовищі, спосіб передачі, метод візуалізації та інші).

Види пристроїв для зняття температури

Термоприлад можуть класифікуватися по ряду важливих критеріїв, серед яких спосіб передачі інформації, місце і умови монтажу, а також алгоритм зняття показань.

За способом передачі інформації

Згідно використовуваному методу трансляції відомостей датчики поділяються на дві великі категорії:

  • провідні прилади;
  • бездротові датчики.

Спочатку всі подібні пристосування оснащувалися проводами, через які термодатчики зв’язувалися з блоком управління, передаючи на нього інформацію. Хоча зараз такі пристрої потіснили бездротові аналоги, вони все ж часто використовуються при простих схемах. Крім того, провідні датчики відрізняються більшою точністю показань і надійністю в роботі.


Для забезпечення узгодженої роботи проводового датчика, використовуваного в складеному пристрої, бажано поєднувати його з обладнанням, яке виконано тим же виробником

В даний час поширення набули бездротові пристрої, які найчастіше передають відомості за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Подібні прилади можна монтувати практично скрізь, включаючи окреме приміщення або відкрите повітря. Важливими характеристиками подібних термодатчиков є:

  • наявність акумулятора;
  • похибка проведених вимірювань;
  • дальність передачі сигналу.

Бездротові / провідні пристрої можуть повністю замінити один одного, проте в їх функціонуванні є деякі особливості.

За місцем і способом розміщення

За місцем кріплення подібні прилади діляться на наступні різновиди:

  • накладні, кріпляться до опалювального контуру;
  • заглибні, що контактують з теплоносієм;
  • кімнатні, знаходяться всередині житлового чи службового приміщення;
  • зовнішні, які розташовуються зовні.

У деяких агрегатах можуть застосовуватися одночасно кілька видів датчиків для контролю температури.

По механізму зняття показань

За способом демонстрації відомостей прилади можуть бути:

  • біметалічними;
  • спиртовими.

У першому варіанті передбачається використання двох пластин, зроблених з різних металів, а також індикатора. При підвищенні температури один з елементів деформується, створюючи тиск на стрілку. Показання подібних приладів відрізняються хорошою точністю, проте їх великим мінусом є інертність.


Біметалічні та спиртові термостати часто встановлюються на опалювальної апаратури, наприклад, котлах. Вони дозволяють відстежувати нагрів, перевищення якого може привести до фатальних наслідків

Цього недоліку майже повністю позбавлені датчики, робота яких заснована на використанні спирту. В цьому випадку в герметично запаяну колбу заливається спиртосодержащий розчин, що розширюється при нагріванні. Конструкція досить проста, надійна, але не дуже зручна для спостережень.

Різні типи термодатчиков

Для зняття показань температури використовуються пристрої, що мають різний принцип дії. До числа найбільш затребуваних, зокрема, належать нижче прилади.

Термопари: точне зняття – складність в інтерпретації

Подібне пристосування складається з двох спаяних один з одним дротів, зроблених з різних металів. Різниця температур, що виникає між гарячим і холодним кінцем, служить джерелом електричного струму величиною 40-60 мкв (показник залежить від матеріалу термопари).


Найбільш часто для виготовлення термопар застосовуються такі комбінації металів і сплавів: хром-алюміній, залізо-костантан, залізо-нікель, нікель-хром та інші

Термопара вважається високоточним температурним датчиком, проте зняти точні свідчення з неї досить складно. Для цього потрібно дізнатися електрорушійну силу (ЕРС), використовуючи різницю температур пристрою. Щоб результат був коректний, важливо компенсувати температуру холодного спаю, застосовуючи, наприклад, апаратний спосіб, при якому друга термопара поміщається в середу заздалегідь відомої температури.

Програмний спосіб компенсації припускає розміщення іншого термодатчика в ізокамеру спільно з холодними спаями, що дозволяє контролювати температуру із заданою точністю.

Певні складнощі викликає процес зняття даних з термопари зважаючи на їх нелінійності. Для коректності показань в ГОСТ Р 8.585-2001 введені коефіцієнти полінома, що дозволяють переводити ЕРС в температуру, а також здійснювати зворотні операції.

Ще одна проблема полягає в тому, що показання знімаються в мікровольтах, для перетворення яких неможливо використовувати широко доступні цифрові прилади. Щоб використовувати термопару в конструкціях, необхідно передбачити точні, багаторозрядні перетворювачі, що мають мінімальний рівень шуму.

Терморезистор: легко і просто

Значно простіше вимірювати температуру за допомогою терморезисторів, в основу яких покладено принцип залежності опору матеріалів від температури навколишнього середовища. Подібні пристосування, наприклад, зроблені з платини, мають такі важливі переваги як висока точність і лінійність.


Основною проблемою подібних термодатчиков можна вважати вкрай низький температурний коефіцієнт опору, проте точно виміряти його все ж легше, ніж вловити малі значення напруги термопар

Важливою характеристикою резистора є базове опір при певній температурі. Згідно ГОСТ 21342.7-76, цей показник вимірюється при 0о С, при цьому рекомендується застосування ряду значень опорів (Ом), а також ТКС – температурний коефіцієнт, який вираховується за формулою:

Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) * 1 / R0c,

де Re – опір при діючій температурі, R0c – опір при 0 градусів С, Te – діюча температура, T0c – 0 градусів С.

У ГОСТ також наведені температурні коефіцієнти, передбачені для різних вимірювальних пристроїв, виконаних з міді, нікелю, платини, а також вказуються коефіцієнти полінома, що застосовуються для розрахунку температури на основі поточних показників опору.


Терморезисторні датчики широко поширені в електронній та машинобудівної промисловості, завдяки точності показань, чутливості і невимогливість в експлуатації

Виміряти опір можна, включивши прилад в ланцюг джерела струму і вимірявши диференціальне напруга. Проконстроліровать показники можна за допомогою інтегральних мікросхем, аналоговий вихід яких дорівнює живляться напругою. Термодатчики з подібними пристроями можна сміливо підключати до аналого-цифрового перетворювача, оціфровивая його при восьми або десятібітном АЦП.

Цифровий датчик для одночасних вимірювань

Широке застосування отримали також цифрові термодатчики, наприклад, модель DS18B20, робота якого здійснюється за допомогою мікросхеми, що має три виходи. Завдяки цьому пристрою можливо знімати температурні показання одночасно з декількох паралельно працюючих датчиків, при цьому похибка дорівнює всього 0,5о.


Найпопулярнішою моделлю є комбінований датчик температури / вологості SHT1, який дозволяє проводити виміри тепла з точністю + 2о, а вологості з похибкою +5. Однак сам виробник стверджує, що є більш точні і економічні прилади

Серед інших достоїнств цього пристосування можна відзначити також широкий спектр робочих температур (-55 + 125о). Головний же недолік – повільна робота: для максимально точних обчислень приладу потрібно не менше 750 мс.

Безконтактні ірометри (тепловізори)

Дія цих безконтактних датчиків засноване на фіксації теплового випромінювання, що виходить від тел. Для характеристики цього явища використовується кількість енергії, виділене за одиницю часу з одиниці поверхні, яке припадає на одиницю діапазону хвильової довжини.

Подібний критерій, що відображає інтенсивністю монохроматичноговипромінювання, отримав назву спектральної світності.

Існують такі різновиди пірометрів:

  • радіаційні;
  • яскравості (оптичні);
  • колірні.

Перша категорія дозволяє проводити вимірювання в межах 20-25000о С, однак для визначення температури важливо враховувати коефіцієнт неповноти випромінювання, діюче значення якого залежить від фізичного стану тіла, його хімічного складу та інших факторів.


На малюнку можна побачити схематичне пристрій радіаційного пірометра. Його головними діючими компонентами є телескоп (окуляр + лінза) і батарея, що складається з послідовного ланцюга термопар

Яскравості (оптичні) пірометри розраховані на вимір температур 500-4000о С. Вони забезпечують високу точність вимірювань, однак можуть спотворювати показання через можливе поглинання випромінювань від тел проміжним середовищем, крізь яку ведуться спостереження.

Кольорові пірометри, дія яких базуються на визначенні інтенсивності випромінювання на двох довжинах хвиль (переважно в червоному або синьому відрізку спектру), використовуються для вимірювань в межах 800 до 0 ° С. Їх головною перевагою є те, що неповнота випромінювання не впливає на похибки вимірювань. Крім того, показники не залежать від відстані до об’єкта.

Перетворювачі температур кварцові (п’єзоелектричні)

Для зняття показань температур в межах -80 +250 градусів можна скористатися кварцовими перетворювачами (п’єзоелементами), принцип дії яких базується на частотній залежності кварцу від нагрівання. При цьому на функцію перетворювача впливає розташування зрізу по кристалічним осях.


П’єзоелектричні (кварцові) пристрої найчастіше застосовують при проведенні дослідницьких робіт, оскільки подібні пристосування характеризуються розширеним діапазоном вимірювань, надійністю, високою точністю

П’єзоелектричні датчики відрізняються тонкою чутливістю, високою роздільною здатністю, вони здатні надійно працювати протягом довгого терміну. Такі пристосування широко застосовуються при виготовленні цифрових термометрів і вважаються одними з найбільш перспективних приладів для технологій майбутнього.

Шумові (акустичні) датчики температури

Функціонування подібних пристроїв забезпечується зняттям акустичної різниці потенціалів в залежності від температури резистора.


Акустичні методи дозволяють знімати температурні показання в закритих просторах і середовищах, де неможливо пряме вимір. Подібні прилади знайшли застосування в медицині, при підводних дослідженнях, а також у промисловості

Спосіб вимірювання такими датчиками досить простий: необхідно порівняти шуми, вироблені двома аналогічними елементами, один з яких знаходиться при заздалегідь відомою, а другий – при обумовленою температурі.

Акустичні термодатчики підходять для вимірювання інтервалу -270 – + 1100оС. При цьому складність процесу полягає в дуже малому рівні шуму: звуки, що видаються підсилювачем, часом заглушають його.

Датчики температури ЯКР

Суть роботи термометрів ядерного квадрупольного резонансу полягає в дії градієнта поля, яке утворюють решітки кристала і моменту ядра – показника, що викликається відхиленням заряду від симетрії сфери.

В результаті подібного явище виникає процесія ядер: частота її залежить від градієнта поля решітки. На величину цього показника впливає і температура: її підйом викликає падіння частоти ЯКР.

Основний елемент подібних датчиків – ампула з речовиною, яка міститься в обмотку індуктивності, з’єднану з контуром генератора. Перевагою приладів є необмежена тривалість вимірювань, надійність і стабільна робота. До недоліком саме можна сказати нелінійність вимірювань, що викликає необхідність користування функцією перетворення.

Пристрої на напівпровідниках

Категорія пристроїв, що функціонує на основі змін характеристик p-n переходу, викликаних впливом температур. Напруга на транзисторі завжди пропорційно впливу температури, що дозволяє легко обчислити цей фактор.

Плюсами подібних пристроїв є висока точність даних, невисока вартість, лінійність характеристик на всьому діапазоні вимірювань. Монтаж подібних пристроїв зручно робити безпосередньо на напівпровідниковій підкладці, завдяки чому вони відмінно підходять для мікроелектроніки.

Об’ємні перетворювачі для зняття температури

В основу подібних пристроїв покладено відомий принцип розширення і стиснення речовин, що спостерігається при нагріванні або охолодженні. Такі датчики досить практичні. Вони можуть використовуватися для визначення температур в межах -60 – + 400оС.


Для можливості візуального контролю за температурою більшість термодатчиков, що знаходяться в приміщеннях, оснащені дисплеями, на які виводяться поточні значення

Важливо пам’ятати, що вимірювання рідин подібними приладами обмежуються температурою закипання і замерзання, а газів – переходом їх в рідкий стан. Викликана впливом навколишнього середовища похибка вимірювань для цих приладів досить мала: вона варіюється в межах 1-5%.

Вибір температурних датчиків

При виборі подібних приладів слід враховувати такі як фактори як:

  • Температурний діапазон, в якому проводяться вимірювання.
  • Необхідність і можливість занурення датчика в об’єкт або середу.
  • Умови проведення заміру: для зняття показників в агресивному середовищі краще віддати перевагу безконтактний варіант або модель, вміщену в антикорозійний корпус.
  • Термін експлуатації приладу до калібрування або заміни. Деякі типи приладів (наприклад, термістори) досить швидко виходять з ладу.
  • Технічні дані: дозвіл, напруга, швидкість подачі сигналу, похибка.
  • Величина сигналу виходу.

У деяких випадках також важливий матеріал корпусу приладу, а при використанні в приміщеннях – розміри і дизайн.

Рекомендації по монтажу своїми руками

Подібні прилади широко використовуються в різних цілях: ними оснащуються радіатори, котли нагрівання і інші побутові прилади.

Перед початком монтажу слід уважно прочитати інструкцію: в ній вказуються не тільки особливості установки (наприклад, розміри для приєднання до патрубку), але і правила експлуатації, а також кордону температур, для яких годиться вимірювальний прилад. Необхідно також врахувати розмір гільзи, який може варіюватися в межах 120-160 мм.

Розглянемо два найбільш часто зустрічаються випадки монтажу термодатчика.

Підключення приладу на радіатор

Не варто оснащувати термостатом всі опалювальні прилади. Згідно з регламентом, датчики встановлюються на батарею, якщо її сумарна потужність перевищує 50% від вироблення тепла аналогічними системами. Якщо в приміщенні є два нагрівача, то термостат встановлюється лише на одному, що має більший показник потужності.


Термодатчик є обов’язковою складовою частиною регуляторів температури, що дозволяють знижувати або збільшувати нагрів радіаторів, теплої підлоги і інших опалювальних приладів

Клапан приладу встановлюється на подаючий трубопровід в місці підключення радіатора до мережі опалення. При неможливості його врізки в уже наявну ланцюг слід демонтувати підводку подачі, що може викликати деякі складності.

Для проведення цієї маніпуляції необхідно скористатися інструментом для різання труб, тоді як монтаж термоголовки легко проводиться без спецобладнання. Як тільки датчик будемо змонтований, досить поєднати зроблені мітки на корпусі і приладі, після чого головка фіксується плавним натисканням руки.

Монтаж термодатчика повітря

Подібний прилад встановлюється в найбільш холодному житловому приміщенні без протягів (в холі, кухні або котельні його монтаж небажаний, так як може викликати порушення в роботі системи).

При виборі місця потрібно стежити, щоб на пристрій не падали сонячні промені, поруч не повинно бути опалювальних приладів (обігрівачів, радіаторів, труб).


Для звичайної системи опалення досить одного термостата, тоді як при колекторної схемою бажано застосовувати кілька датчиків, число яких збігається з кількістю кімнат. Це дозволить індивідуально регулювати температуру в відокремлених просторах

Підключення приладу здійснюється згідно з інструкціями, які знаходяться в технічному паспорті, при цьому використовуються клеми або кабель, які входять в комплект.

При необхідності відстеження температури в системі «тепла підлога» термодатчик може розташовуватися в глибині бетонної стяжки. В цьому випадку для захисту можна застосувати гофровану трубу, що має один закритий торець і похилий вигин (остання особливість дозволяє при необхідності витягти зламаний прилад і замінити його на новий).

Монтаж пристрою здійснюється наступним чином:

  • У стіні влаштовується поглиблення для кріплення навісного приладу.
  • З термодатчика знімається передня деталь, після чого пристосування встановлюється на підготовленому ділянці.
  • Далі до контактів приєднується кабель, що гріє, тоді як до датчиків – клеми.

Заключний етап – підключення кабелю живлення і установка передньої панелі на своє місце.

Якщо пристрій, для функціональності якого необхідно внутрішнє підключення датчиків, має складну конструкцію, краще звернутися до фахівців.

Відеопоради по установці теплових датчиків

У наведеному нижче відео докладно розповідається, як проводити установку Термоприлад на опалювальний котел:

Чи відрізняється монтаж датчиків на труби подачі і обратки:

Датчики температури широко використовуються як в різних сферах промисловості, так і в побутових цілях. Великий асортимент подібних приладів, в основу яких покладені різні принципи роботи, дозволяє підібрати оптимальний варіант для вирішення того чи іншого завдання. У будинках і квартирах такі пристрої найчастіше використовуються для підтримки комфортної температури в приміщеннях, а також регулювання опалювальних систем (батарей, теплої підлоги).