Cảm biến nhiệt độ để sưởi ấm: mục đích, chủng loại, hướng dẫn lắp đặt
Khi vận hành các thiết bị sưởi, cần kiểm soát mức độ làm nóng của chất làm mát cũng như không khí trong phòng.Cảm biến nhiệt độ để sưởi ấm giúp thu thập và truyền thông tin, thông tin từ đó có thể được đọc trực quan hoặc gửi ngay đến bộ điều khiển.
Chúng tôi khuyên bạn nên hiểu cách hoạt động của cảm biến nhiệt độ, loại thiết bị giám sát nào tồn tại và những thông số nào cần được tính đến khi chọn thiết bị. Ngoài ra, chúng tôi đã chuẩn bị các hướng dẫn từng bước giúp bạn tự lắp đặt cảm biến nhiệt độ trên bộ tản nhiệt.
Nội dung của bài viết:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt
Bạn có thể điều khiển hệ thống sưởi bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm:
- thiết bị tự động cung cấp năng lượng kịp thời;
- khối giám sát an ninh;
- các đơn vị trộn.
Để tất cả các nhóm này hoạt động chính xác, cần có cảm biến nhiệt độ để cung cấp tín hiệu về hoạt động của thiết bị. Việc quan sát chỉ số của các thiết bị này cho phép chúng tôi xác định kịp thời các lỗi trong hệ thống và thực hiện các biện pháp khắc phục.
Cảm biến nhiệt độ có thể được sử dụng như một thiết bị riêng biệt, chẳng hạn như để theo dõi nhiệt độ của phòng hoặc là một phần không thể thiếu của một thiết bị phức tạp, chẳng hạn như lò hơi sưởi ấm.
Cơ sở của các thiết bị như vậy được sử dụng trong điều khiển tự động là nguyên tắc chuyển đổi các chỉ báo nhiệt độ thành tín hiệu điện. Nhờ đó, kết quả đo có thể được truyền nhanh chóng qua mạng dưới dạng mã kỹ thuật số, đảm bảo tốc độ, độ nhạy và độ chính xác cao của phép đo.
Đồng thời, các thiết bị khác nhau để đo giai đoạn gia nhiệt có thể có các tính năng thiết kế ảnh hưởng đến một số thông số: hoạt động trong một môi trường nhất định, phương pháp truyền dẫn, phương pháp trực quan, v.v.
Các loại thiết bị đo nhiệt độ
Các thiết bị nhiệt có thể được phân loại theo một số tiêu chí quan trọng, bao gồm phương pháp truyền thông tin, vị trí và điều kiện lắp đặt cũng như thuật toán lấy số đọc.
Bằng phương thức truyền tải thông tin
Theo phương pháp truyền thông tin được sử dụng, cảm biến được chia thành hai loại lớn:
- thiết bị có dây;
- cảm biến không dây.
Ban đầu, tất cả các thiết bị như vậy đều được trang bị dây dẫn, qua đó cảm biến nhiệt liên lạc với bộ điều khiển, truyền thông tin đến nó. Mặc dù các thiết bị như vậy hiện nay đã thay thế các thiết bị không dây tương tự nhưng chúng vẫn thường được sử dụng trong các mạch điện đơn giản.
Ngoài ra, cảm biến có dây hoạt động chính xác và đáng tin cậy hơn.
Hiện nay, các thiết bị không dây đã trở nên phổ biến, thường truyền thông tin bằng máy phát và thu sóng vô tuyến. Những thiết bị như vậy có thể được lắp đặt ở hầu hết mọi nơi, kể cả phòng riêng hoặc ngoài trời.
Các đặc điểm quan trọng của cảm biến nhiệt độ như vậy là:
- sự hiện diện của pin;
- sai số đo;
- phạm vi truyền tín hiệu.
Các thiết bị không dây/có dây hoàn toàn có thể thay thế lẫn nhau, nhưng chúng có một số đặc thù trong cách hoạt động của chúng.
Theo vị trí và phương pháp bố trí
Dựa trên vị trí lắp đặt, các thiết bị như vậy được chia thành các loại sau:
- chi phí chung gắn liền với mạch sưởi ấm;
- chìm, tiếp xúc với chất làm mát;
- trong nhà, nằm bên trong khu dân cư hoặc văn phòng;
- bên ngoài, được đặt bên ngoài.
Một số đơn vị có thể sử dụng đồng thời một số loại cảm biến để kiểm soát nhiệt độ.
Theo cơ chế lấy bài đọc
Theo phương pháp hiển thị thông tin, thiết bị có thể là:
- lưỡng kim;
- rượu bia.
Tùy chọn đầu tiên liên quan đến việc sử dụng hai tấm làm bằng kim loại khác nhau, cũng như chỉ báo quay số. Khi nhiệt độ tăng lên, một trong các phần tử bị biến dạng, tạo ra áp suất lên mũi tên. Số đọc của các thiết bị như vậy được đặc trưng bởi độ chính xác tốt, nhưng nhược điểm lớn của chúng là quán tính.
Các cảm biến hoạt động dựa trên việc sử dụng cồn gần như hoàn toàn không gặp phải nhược điểm này. Trong trường hợp này, dung dịch chứa cồn được đổ vào bình kín, bình này sẽ nở ra khi đun nóng. Thiết kế khá cơ bản, đáng tin cậy nhưng không thuận tiện cho việc quan sát.
Các loại cảm biến nhiệt độ
Để đo nhiệt độ, các thiết bị có nguyên lý hoạt động khác nhau được sử dụng. Các thiết bị phổ biến nhất bao gồm các thiết bị được liệt kê dưới đây.
Cặp nhiệt điện: đọc chính xác - khó diễn giải
Một thiết bị như vậy bao gồm hai dây được hàn với nhau, làm bằng các kim loại khác nhau. Sự chênh lệch nhiệt độ xảy ra giữa đầu nóng và đầu lạnh đóng vai trò là nguồn dòng điện 40-60 μV (chỉ báo phụ thuộc vào vật liệu của cặp nhiệt điện).
Cặp nhiệt điện được coi là một cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, nhưng khá khó để lấy số đọc chính xác từ nó. Để làm được điều này, bạn cần tìm ra suất điện động (EMF) bằng cách sử dụng chênh lệch nhiệt độ của thiết bị.
Để kết quả là chính xác, điều quan trọng là phải bù nhiệt độ của mối nối lạnh, ví dụ, bằng cách sử dụng phương pháp phần cứng trong đó cặp nhiệt điện thứ hai được đặt trong môi trường có nhiệt độ đã biết trước đó.
Phương pháp bù phần mềm bao gồm việc đặt một cảm biến nhiệt độ khác vào buồng đẳng nhiệt cùng với các điểm nối lạnh, cho phép bạn kiểm soát nhiệt độ với độ chính xác nhất định.
Quá trình lấy dữ liệu từ cặp nhiệt điện gây ra những khó khăn nhất định do tính phi tuyến của nó. Để đảm bảo tính chính xác của số đọc, GOST R 8.585-2001 giới thiệu các hệ số đa thức cho phép bạn chuyển đổi EMF thành nhiệt độ, cũng như thực hiện các thao tác ngược lại.
Một vấn đề khác là các số đo được lấy bằng microvolt, không thể chuyển đổi bằng các dụng cụ kỹ thuật số phổ biến.Để sử dụng cặp nhiệt điện trong thiết kế, cần cung cấp bộ chuyển đổi chính xác, nhiều chữ số với độ ồn tối thiểu.
Điện trở nhiệt: dễ dàng và đơn giản
Việc đo nhiệt độ bằng cách sử dụng nhiệt điện trở sẽ dễ dàng hơn nhiều, dựa trên nguyên tắc phụ thuộc điện trở của vật liệu vào nhiệt độ môi trường. Những thiết bị như vậy, ví dụ, được làm bằng bạch kim, có những ưu điểm quan trọng như độ chính xác và tuyến tính cao.
Một đặc tính quan trọng của điện trở là điện trở cơ sở của nó ở một nhiệt độ nhất định. Theo GOST 21342.7-76, chỉ số này được đo ở 0°C. Trong trường hợp này, nên sử dụng một số giá trị điện trở (Ohms), cũng như Tks - hệ số nhiệt độ.
chỉ báo Tks được tính theo công thức:
Tks = (Re – R0c)/(Te – T0c) *1/R0c,
Ở đâu:
- Re - điện trở ở nhiệt độ hiện tại;
- R0c - điện trở ở 0°C;
- Te - nhiệt độ hiện tại;
- T0c – 0°C.
GOST cũng cung cấp các hệ số nhiệt độ được cung cấp cho các thiết bị đo khác nhau làm bằng đồng, niken, bạch kim và cũng chỉ ra các hệ số đa thức được sử dụng để tính toán nhiệt độ dựa trên các giá trị điện trở hiện tại.
Bạn có thể đo điện trở bằng cách kết nối thiết bị với mạch nguồn dòng điện và đo điện áp chênh lệch. Bạn có thể theo dõi các chỉ báo bằng cách sử dụng các mạch tích hợp, đầu ra tương tự bằng với điện áp cung cấp.
Cảm biến nhiệt với các thiết bị như vậy có thể được kết nối an toàn với bộ chuyển đổi tương tự sang số, số hóa nó bằng ADC tám hoặc mười bit.
Cảm biến kỹ thuật số để đo đồng thời
Cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số cũng được sử dụng rộng rãi, ví dụ như mẫu DS18B20, hoạt động bằng cách sử dụng một vi mạch có ba đầu ra. Nhờ thiết bị này, có thể đo nhiệt độ đồng thời từ một số cảm biến làm việc song song với sai số chỉ 0,5°C.
Trong số những ưu điểm khác của thiết bị này, người ta cũng có thể lưu ý đến phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng (-55+125°C). Hạn chế chính là hoạt động chậm: để tính toán chính xác nhất, thiết bị cần ít nhất 750 ms.
Máy đo nhiệt độ không tiếp xúc (máy chụp ảnh nhiệt)
Hoạt động của các cảm biến không tiếp xúc này dựa trên việc phát hiện bức xạ nhiệt phát ra từ cơ thể. Để mô tả hiện tượng này, người ta sử dụng lượng năng lượng được giải phóng trên một đơn vị thời gian từ một đơn vị bề mặt, nằm trên một phạm vi bước sóng đơn vị.
Một tiêu chí tương tự phản ánh cường độ của bức xạ đơn sắc được gọi là độ sáng quang phổ.
Có các loại nhiệt kế sau:
- sự bức xạ;
- độ sáng (quang học);
- màu sắc.
Sự bức xạ hỏa kế cho phép thực hiện các phép đo trong phạm vi 20-25000°C, tuy nhiên, để xác định nhiệt độ, điều quan trọng là phải tính đến hệ số không đầy đủ của bức xạ, giá trị hiệu dụng của hệ số này phụ thuộc vào trạng thái vật lý của cơ thể, thành phần hóa học của nó. thành phần và các yếu tố khác.
Nhiệt kế độ sáng (quang học) được thiết kế để đo nhiệt độ 500-4000°C. Chúng cung cấp độ chính xác đo cao, nhưng có thể làm sai lệch kết quả đo do có thể hấp thụ bức xạ từ các vật thể bởi môi trường trung gian mà qua đó thực hiện quan sát.
nhiệt kế màu, hoạt động dựa trên việc xác định cường độ bức xạ ở hai bước sóng - tốt nhất là ở phần màu đỏ hoặc xanh lam của quang phổ, được sử dụng để đo trong phạm vi từ 800 đến 0 ° C.
Ưu điểm chính của chúng là tính không đầy đủ của bức xạ không ảnh hưởng đến sai số đo. Ngoài ra, các chỉ số không phụ thuộc vào khoảng cách tới đối tượng.
Bộ chuyển đổi nhiệt độ thạch anh (áp điện)
Để đo nhiệt độ trong phạm vi -80 +250°C, bạn có thể sử dụng đầu dò thạch anh (bộ phận áp điện), nguyên lý hoạt động của nó dựa trên sự phụ thuộc tần số của thạch anh vào quá trình gia nhiệt. Trong trường hợp này, chức năng của bộ chuyển đổi bị ảnh hưởng bởi vị trí vết cắt dọc theo trục tinh thể.
Cảm biến áp điện được phân biệt bởi độ nhạy tốt, độ phân giải cao và có thể hoạt động đáng tin cậy trong thời gian dài. Những thiết bị như vậy được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nhiệt kế kỹ thuật số và được coi là một trong những thiết bị hứa hẹn nhất cho công nghệ tương lai.
Cảm biến nhiệt độ tiếng ồn (âm thanh)
Hoạt động của các thiết bị như vậy được đảm bảo bằng cách loại bỏ chênh lệch điện thế âm thanh tùy thuộc vào nhiệt độ của điện trở.
Phương pháp đo với các cảm biến như vậy khá đơn giản: cần so sánh tiếng ồn do hai phần tử giống nhau tạo ra, một trong số đó ở nhiệt độ đã biết trước đó và phần thứ hai ở nhiệt độ xác định.
Cảm biến nhiệt độ âm phù hợp để đo trong khoảng -270 - +1100°C. Đồng thời, sự phức tạp của quá trình nằm ở mức độ ồn quá thấp: âm thanh do bộ khuếch đại tạo ra đôi khi át đi nó.
Cảm biến nhiệt độ NQR
Bản chất hoạt động của nhiệt kế cộng hưởng bốn cực hạt nhân là tác động của gradient trường, được hình thành bởi các mạng tinh thể và mô men hạt nhân - một chỉ báo gây ra bởi sự lệch của điện tích so với tính đối xứng của quả cầu.
Kết quả của hiện tượng này là xảy ra một đám rước hạt nhân: tần số của nó phụ thuộc vào độ dốc của trường mạng.Giá trị của chỉ báo này cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ: sự gia tăng của nó làm giảm tần số NQR.
Thành phần chính của các cảm biến như vậy là một ống chứa một chất được đặt trong cuộn dây điện cảm nối với mạch máy phát.
Ưu điểm của thiết bị là thời gian đo không giới hạn, độ tin cậy và hoạt động ổn định. Nhược điểm là tính phi tuyến của các phép đo, đòi hỏi phải sử dụng hàm chuyển đổi.
Những thiết bị bán dẫn
Một loại thiết bị hoạt động dựa trên những thay đổi về đặc tính của điểm nối p-n do tiếp xúc với nhiệt độ. Điện áp trên Transistor luôn tỷ lệ thuận với ảnh hưởng của nhiệt độ nên hệ số này dễ tính toán.
Ưu điểm của các thiết bị như vậy là độ chính xác dữ liệu cao, chi phí thấp và đặc tính tuyến tính trên toàn bộ phạm vi đo. Thật thuận tiện khi gắn các thiết bị như vậy trực tiếp trên đế bán dẫn, khiến chúng trở nên tuyệt vời cho vi điện tử.
Bộ chuyển đổi thể tích để đọc nhiệt độ
Các thiết bị như vậy dựa trên nguyên lý giãn nở và co lại nổi tiếng của các chất được quan sát thấy trong quá trình làm nóng hoặc làm mát. Cảm biến như vậy là khá thực tế. Chúng có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ trong khoảng -60 - +400°C.
Điều quan trọng cần nhớ là các phép đo chất lỏng bằng các thiết bị như vậy bị giới hạn bởi nhiệt độ sôi và nhiệt độ đóng băng của chúng và các phép đo chất khí khi chúng chuyển sang trạng thái lỏng.Sai số đo do ảnh hưởng của môi trường đối với các thiết bị này là khá nhỏ: dao động trong khoảng 1-5%.
Lựa chọn cảm biến nhiệt độ
Khi lựa chọn các thiết bị như vậy, các yếu tố như:
- phạm vi nhiệt độ trong đó phép đo được thực hiện;
- nhu cầu và khả năng nhúng cảm biến vào một vật thể hoặc môi trường;
- điều kiện đo lường: để thực hiện các phép đo trong môi trường khắc nghiệt, tốt hơn nên ưu tiên phiên bản không tiếp xúc hoặc mẫu được đặt trong vỏ chống ăn mòn;
- tuổi thọ của thiết bị trước khi hiệu chuẩn hoặc thay thế - một số loại thiết bị (ví dụ: điện trở nhiệt) nhanh chóng bị hỏng;
- thông số kỹ thuật: độ phân giải, điện áp, tốc độ tín hiệu, lỗi;
- giá trị tín hiệu đầu ra.
Trong một số trường hợp, chất liệu của thân máy cũng rất quan trọng và khi sử dụng trong nhà thì kích thước và thiết kế cũng rất quan trọng.
Đề xuất cài đặt tự làm
Những thiết bị như vậy được sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích khác nhau: chúng được trang bị bộ tản nhiệt, nồi hơi sưởi ấm và các thiết bị gia dụng khác.
Trước khi bắt đầu cài đặt, bạn nên đọc kỹ hướng dẫn: nó không chỉ cho biết các tính năng lắp đặt (ví dụ: kích thước để kết nối với đường ống) mà còn cả các quy tắc vận hành cũng như giới hạn nhiệt độ mà thiết bị đo phù hợp.
Cũng cần phải tính đến kích thước của ống bọc, có thể thay đổi trong khoảng 120-160 mm.
Hãy xem xét hai trường hợp lắp đặt cảm biến nhiệt độ phổ biến nhất.
Kết nối thiết bị với bộ tản nhiệt
Không nhất thiết phải trang bị bộ điều chỉnh nhiệt cho tất cả các thiết bị sưởi ấm. Theo quy định, cảm biến được cài đặt trên pin, nếu tổng công suất của nó vượt quá 50% lượng nhiệt do các hệ thống tương tự tạo ra.Nếu có hai máy sưởi trong phòng thì bộ điều chỉnh nhiệt chỉ được lắp trên một máy có công suất cao hơn.
Van thiết bị được lắp đặt trên đường ống cung cấp tại điểm bộ tản nhiệt được kết nối với mạng lưới sưởi ấm. Nếu không thể đưa vào dây chuyền hiện có thì phải tháo dỡ đường cung cấp, điều này có thể gây ra một số khó khăn.
Để thực hiện thao tác này, bạn cần sử dụng dụng cụ cắt ống, đồng thời việc lắp đặt đầu nhiệt có thể dễ dàng thực hiện mà không cần thiết bị đặc biệt. Ngay sau khi lắp cảm biến, chỉ cần căn chỉnh các dấu đã tạo trên thân và thiết bị là đủ, sau đó cố định đầu bằng cách ấn nhẹ tay.
Lắp đặt cảm biến nhiệt độ không khí
Một thiết bị như vậy được lắp đặt trong phòng khách lạnh nhất mà không có gió lùa (trong hành lang, nhà bếp hoặc phòng nồi hơi, việc lắp đặt thiết bị này là không mong muốn vì nó có thể gây gián đoạn hoạt động của hệ thống).
Khi chọn vị trí, bạn cần đảm bảo thiết bị không tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và không có thiết bị sưởi ấm (lò sưởi, bộ tản nhiệt, đường ống) gần đó.
Thiết bị được kết nối theo hướng dẫn có trong bảng dữ liệu kỹ thuật, sử dụng các thiết bị đầu cuối hoặc cáp đi kèm trong bộ sản phẩm.
Nếu bạn cần theo dõi nhiệt độ của mình cảm biến nhiệt độ ở “sàn ấm” có thể nằm sâu trong lớp vữa bê tông. Trong trường hợp này, để bảo vệ, bạn có thể sử dụng ống lượn sóng có một đầu kín và uốn cong.
Tính năng thứ hai cho phép, nếu cần, loại bỏ thiết bị bị hỏng và thay thế bằng thiết bị mới.
Việc lắp đặt thiết bị được thực hiện như sau:
- Một hốc được làm trên tường để gắn phụ kiện.
- Phần phía trước được tháo ra khỏi cảm biến nhiệt độ, sau đó thiết bị được lắp vào khu vực đã chuẩn bị sẵn.
- Tiếp theo, cáp sưởi được kết nối với các tiếp điểm, trong khi các đầu cực được kết nối với các cảm biến.
Giai đoạn cuối cùng là kết nối cáp nguồn và lắp đặt bảng mặt trước vào vị trí của nó.
Sơ đồ kết nối bộ điều nhiệt cho lò hơi sưởi ấm được mô tả chi tiết trong bài viết này.
Nếu thiết bị có chức năng yêu cầu kết nối bên trong của cảm biến, có thiết kế phức tạp thì tốt hơn nên liên hệ với các chuyên gia.
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Video dưới đây mô tả chi tiết cách lắp đặt các thiết bị nhiệt trên nồi hơi sưởi ấm:
Việc lắp đặt cảm biến trên đường ống cấp và hồi có khác nhau không?
Cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi cả trong các ngành công nghiệp khác nhau và cho mục đích gia đình. Một lượng lớn các thiết bị tương tự, dựa trên các nguyên tắc hoạt động khác nhau, cho phép bạn chọn tùy chọn tốt nhất để giải quyết một vấn đề cụ thể.
Trong các ngôi nhà và căn hộ, những thiết bị như vậy thường được sử dụng để duy trì nhiệt độ thoải mái trong phòng cũng như điều chỉnh hệ thống sưởi ấm - bộ tản nhiệt, sàn có hệ thống sưởi.
Bạn có điều gì cần bổ sung, hoặc bạn có thắc mắc về việc lựa chọn và lắp đặt cảm biến nhiệt độ? Bạn có thể để lại nhận xét về ấn phẩm, tham gia thảo luận và chia sẻ trải nghiệm của riêng bạn khi sử dụng các thiết bị đó. Biểu mẫu liên hệ nằm ở khối bên dưới.
Tôi không chi nhiều cho cảm biến; hệ thống sưởi ấm của tôi yêu cầu nhiều cảm biến. Tôi có một nồi hơi nhiên liệu rắn và một bộ đệm nước nóng.
Tôi mua nó với mặt số, lưỡng kim, theo ý kiến của tôi, từ công ty Wats của Đức, có thang đo lên tới 120C và bạn có thể nhìn thấy rõ các độ. Bản thân nồi hơi cũng đi kèm với một chiếc từ nhà sản xuất, tôi chỉ thêm nó vào nguồn cung cấp, trả lại và ở một số nơi vào đầu vào và đầu ra từ bộ đệm.
Tôi khá hài lòng với độ chính xác và khả năng hiển thị của chúng, mặt số lớn. Về quán tính: 1-2 phút là bình thường, tôi nghĩ xét về mặt thời gian.