Sensori di temperatura per il riscaldamento: scopo, tipologie, istruzioni di installazione

Quando si utilizzano i dispositivi di riscaldamento, è necessario controllare il grado di riscaldamento del liquido di raffreddamento e dell'aria nella stanza.I sensori di temperatura per il riscaldamento aiutano a catturare e trasmettere informazioni, informazioni che possono essere lette visivamente o inviate immediatamente al controller.

Ti suggeriamo di capire come funzionano i sensori di temperatura, quali tipi di dispositivi di monitoraggio esistono e quali parametri dovrebbero essere presi in considerazione quando si sceglie un dispositivo. Inoltre, abbiamo preparato istruzioni dettagliate che ti aiuteranno a installare tu stesso un sensore di temperatura su un radiatore di riscaldamento.

Principio di funzionamento di un sensore termico

È possibile controllare il sistema di riscaldamento utilizzando diversi metodi, tra cui:

• dispositivi automatici per la fornitura tempestiva di energia;
• blocchi di monitoraggio della sicurezza;
• unità di miscelazione.

Per il corretto funzionamento di tutti questi gruppi, sono necessari sensori di temperatura che forniscano segnali sul funzionamento dei dispositivi. L'osservazione delle letture di questi dispositivi ci consente di identificare tempestivamente i guasti nel sistema e adottare misure correttive.

Esistono molti tipi di dispositivi utilizzati per rilevare la febbre. Possono essere immersi in liquidi refrigeranti, utilizzati in ambienti interni o posizionati all'aperto

Un sensore di temperatura può essere utilizzato come dispositivo separato, ad esempio per monitorare la temperatura di una stanza, oppure essere parte integrante di un dispositivo complesso, ad esempio una caldaia per il riscaldamento.

La base di tali dispositivi utilizzati nel controllo automatizzato è il principio di conversione degli indicatori di temperatura in un segnale elettrico. Grazie a ciò, i risultati della misurazione possono essere trasmessi rapidamente in rete sotto forma di codice digitale, che garantisce alta velocità, sensibilità e precisione della misurazione.

Allo stesso tempo, vari dispositivi per misurare la fase di riscaldamento possono avere caratteristiche di progettazione che influenzano una serie di parametri: funzionamento in un determinato ambiente, metodo di trasmissione, metodo di visualizzazione e altri.

Tipologie di dispositivi per la rilevazione della temperatura

I dispositivi termici possono essere classificati in base a una serie di criteri importanti, tra cui il metodo di trasmissione delle informazioni, l'ubicazione e le condizioni di installazione, nonché l'algoritmo per l'acquisizione delle letture.

Per metodo di trasmissione delle informazioni

In base al metodo di trasmissione delle informazioni utilizzato, i sensori si dividono in due grandi categorie:

• dispositivi cablati;
• sensori senza fili.

Inizialmente, tutti questi dispositivi erano dotati di cavi attraverso i quali i sensori termici comunicavano con l'unità di controllo, trasmettendole informazioni. Sebbene tali dispositivi abbiano ormai sostituito i loro omologhi wireless, vengono ancora spesso utilizzati in circuiti semplici.

Inoltre, i sensori cablati sono più precisi e affidabili nel funzionamento.

Per garantire un funzionamento coerente di un sensore cablato utilizzato in un dispositivo composito, è consigliabile abbinarlo ad apparecchiature dello stesso produttore

Attualmente si sono diffusi dispositivi wireless, che molto spesso trasmettono informazioni utilizzando un trasmettitore e un ricevitore di onde radio. Tali dispositivi possono essere installati quasi ovunque, inclusa una stanza separata o all'aperto.

Caratteristiche importanti di tali sensori di temperatura sono:

• presenza di batteria;
• errore di misurazione;
• portata di trasmissione del segnale.

I dispositivi wireless/cablati possono sostituirsi completamente a vicenda, ma presentano alcune peculiarità nel loro funzionamento.

Per posizione e metodo di posizionamento

In base alla posizione di montaggio, tali dispositivi sono suddivisi nei seguenti tipi:

• spese generali legate al circuito di riscaldamento;
• sommergibile, a contatto con il liquido di raffreddamento;
• indoor, situato all'interno di uno spazio residenziale o ufficio;
• esterni, che si trovano all'esterno.

Alcune unità possono utilizzare diversi tipi di sensori contemporaneamente per controllare la temperatura.

Secondo il meccanismo per prendere le letture

In base al metodo di visualizzazione delle informazioni, i dispositivi possono essere:

• bimetallico;
• alcol.

La prima opzione prevede l'uso di due piastre di metalli diversi, oltre a un comparatore. All'aumentare della temperatura, uno degli elementi si deforma, creando pressione sulla freccia. Le letture di tali dispositivi sono caratterizzate da una buona precisione, ma il loro grande svantaggio è l'inerzia.

I termostati bimetallici e ad alcool sono spesso installati su apparecchiature di riscaldamento, come le caldaie. Permettono di monitorare il calore, il cui superamento può portare a conseguenze fatali.

I sensori il cui funzionamento è basato sull'utilizzo di alcool sono quasi del tutto esenti da questo inconveniente. In questo caso, una soluzione contenente alcol viene versata in un pallone ermeticamente chiuso, che si espande quando riscaldato. Il design è abbastanza elementare, affidabile, ma non molto conveniente per le osservazioni.

Vari tipi di sensori di temperatura

Per effettuare le letture della temperatura vengono utilizzati dispositivi con principi di funzionamento diversi. I dispositivi più popolari includono i dispositivi elencati di seguito.

Termocoppie: lettura accurata - difficile da interpretare

Tale dispositivo è costituito da due fili saldati tra loro, realizzati con metalli diversi. La differenza di temperatura che si verifica tra le estremità calde e fredde funge da fonte di corrente elettrica di 40-60 μV (l'indicatore dipende dal materiale della termocoppia).

Le seguenti combinazioni di metalli e leghe vengono spesso utilizzate per la produzione di termocoppie: cromo-alluminio, ferro-costantano, ferro-nichel, nichel-cromo e altri

La termocoppia è considerata un sensore di temperatura estremamente preciso, ma è abbastanza difficile ricavarne letture accurate. Per fare ciò, è necessario scoprire la forza elettromotrice (EMF) utilizzando la differenza di temperatura del dispositivo.

Affinché il risultato sia corretto, è importante compensare la temperatura del giunto freddo, utilizzando, ad esempio, un metodo hardware in cui una seconda termocoppia viene posizionata in un ambiente a temperatura precedentemente nota.

Il metodo di compensazione software prevede il posizionamento di un altro sensore di temperatura nell'isocamera insieme ai giunti freddi, che consente di controllare la temperatura con una determinata precisione.

Il processo di acquisizione dei dati da una termocoppia causa alcune difficoltà a causa della sua non linearità. Per garantire la correttezza delle letture, GOST R 8.585-2001 introduce coefficienti polinomiali che consentono di convertire l'EMF in temperatura, nonché di eseguire operazioni inverse.

Un altro problema è che le letture vengono effettuate in microvolt, che non possono essere convertite utilizzando strumenti digitali ampiamente disponibili.Per utilizzare una termocoppia nei progetti, è necessario fornire convertitori accurati a più cifre con un livello di rumore minimo.

Termistori: facili e semplici

È molto più semplice misurare la temperatura utilizzando i termistori, che si basano sul principio della dipendenza della resistenza dei materiali dalla temperatura ambiente. Tali dispositivi, ad esempio, realizzati in platino, presentano vantaggi importanti come elevata precisione e linearità.

Il problema principale di tali sensori di temperatura può essere considerato il coefficiente di resistenza della temperatura estremamente basso, ma è comunque più facile misurarlo con precisione che rilevare valori di bassa tensione delle termocoppie

Una caratteristica importante di un resistore è la sua resistenza di base ad una determinata temperatura. Secondo GOST 21342.7-76, questo indicatore è misurato a 0°C. In questo caso, si consiglia di utilizzare un numero di valori di resistenza (Ohm), oltre a T_ks – coefficiente di temperatura.

Indicatore T_ks calcolato con la formula:

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

Dove:

• R_e – resistenza alla temperatura attuale;
• R_0c – resistenza a 0°C;
• T_e – temperatura attuale;
• T_0c – 0°C.

GOST fornisce anche i coefficienti di temperatura forniti per vari dispositivi di misurazione in rame, nichel, platino e indica anche i coefficienti polinomiali utilizzati per calcolare la temperatura in base ai valori di resistenza corrente.

I sensori a termistore sono ampiamente utilizzati nei settori dell'elettronica e dell'ingegneria meccanica grazie alla loro precisione, sensibilità e facilità d'uso.

È possibile misurare la resistenza collegando il dispositivo a un circuito sorgente di corrente e misurando la tensione differenziale. È possibile monitorare gli indicatori utilizzando circuiti integrati, la cui uscita analogica è uguale alla tensione di alimentazione.

I sensori termici con tali dispositivi possono essere collegati in sicurezza a un convertitore analogico-digitale, digitalizzandolo con un ADC a otto o dieci bit.

Sensore digitale per misurazioni simultanee

Anche i sensori di temperatura digitali sono ampiamente utilizzati, ad esempio il modello DS18B20, che funziona utilizzando un microcircuito con tre uscite. Grazie a questo dispositivo è possibile rilevare contemporaneamente la lettura della temperatura da più sensori funzionanti in parallelo, con un errore di solo 0,5°C.

Un modello popolare è il sensore combinato temperatura/umidità SHT1, che consente di misurare il calore con una precisione di +2° e l'umidità con una precisione di +5. Tuttavia, il produttore stesso afferma che esistono dispositivi più precisi ed economici

Tra gli altri vantaggi di questo dispositivo si segnala anche un ampio intervallo di temperature di esercizio (-55+125°C). Lo svantaggio principale è la lentezza del funzionamento: per calcoli più accurati, il dispositivo richiede almeno 750 ms.

Irometri senza contatto (termocamere)

L'azione di questi sensori senza contatto si basa sul rilevamento della radiazione termica emanata dai corpi. Per caratterizzare questo fenomeno, viene utilizzata la quantità di energia rilasciata per unità di tempo da una superficie unitaria, che cade su un intervallo di lunghezze d'onda unitari.

Un criterio simile che riflette l'intensità della radiazione monocromatica è chiamato luminosità spettrale.

Esistono i seguenti tipi di pirometri:

• radiazione;
• luminosità (ottica);
• colore.

Radiazione pirometri consentono di effettuare misurazioni nell'intervallo 20-25000°C, tuttavia, per determinare la temperatura, è importante tenere conto del coefficiente di incompletezza della radiazione, il cui valore efficace dipende dallo stato fisico del corpo, dalla sua chimica composizione e altri fattori.

L'elemento operativo principale del sensore di radiazione è un telescopio, all'interno del quale è presente una batteria costituita da un circuito seriale di termocoppie. Le estremità operative di questi dispositivi si trovano su un petalo rivestito di platino (+)

Pirometri di luminosità (ottici). progettato per misurare temperature 500-4000°C. Forniscono un'elevata precisione di misurazione, ma possono distorcere le letture a causa del possibile assorbimento della radiazione dei corpi da parte del mezzo intermedio attraverso il quale vengono effettuate le osservazioni.

Pirometri a colori, la cui azione si basa sulla determinazione dell'intensità della radiazione a due lunghezze d'onda, preferibilmente nella parte rossa o blu dello spettro, vengono utilizzati per misurazioni nell'intervallo da 800 a 0 ° C.

Il loro principale vantaggio è che l'incompletezza della radiazione non influisce sugli errori di misurazione. Inoltre, gli indicatori non dipendono dalla distanza dall'oggetto.

Convertitori di temperatura al quarzo (piezoelettrici)

Per effettuare letture di temperatura nell'intervallo -80 +250°C, è possibile utilizzare trasduttori al quarzo (elementi piezoelettrici), il cui principio di funzionamento si basa sulla dipendenza della frequenza del quarzo dal riscaldamento. In questo caso il funzionamento del trasduttore è influenzato dalla posizione del taglio lungo gli assi del cristallo.

I dispositivi piezoelettrici (al quarzo) sono spesso utilizzati nei lavori di ricerca, poiché tali dispositivi sono caratterizzati da un intervallo di misurazione esteso, affidabilità ed elevata precisione

I sensori piezoelettrici si distinguono per sensibilità elevata, alta risoluzione e sono in grado di funzionare in modo affidabile per un lungo periodo di tempo. Tali dispositivi sono ampiamente utilizzati nella produzione di termometri digitali e sono considerati uno dei dispositivi più promettenti per le tecnologie future.

Sensori di temperatura (acustici) di rumore

Il funzionamento di tali dispositivi è garantito eliminando la differenza di potenziale acustico dipendente dalla temperatura del resistore.

I metodi acustici consentono di effettuare letture della temperatura in spazi chiusi e ambienti in cui non è possibile la misurazione diretta. Dispositivi simili hanno trovato applicazione nella medicina, nella ricerca subacquea e nell'industria.

Il metodo di misurazione con tali sensori è abbastanza semplice: è necessario confrontare il rumore prodotto da due elementi simili, uno dei quali si trova ad una temperatura precedentemente nota, e il secondo ad una temperatura determinata.

I sensori acustici di temperatura sono adatti per misurare l'intervallo -270 - +1100°C. Allo stesso tempo, la complessità del processo risiede nel livello di rumore troppo basso: i suoni prodotti dall'amplificatore a volte lo soffocano.

Sensori di temperatura NQR

L'essenza del funzionamento dei termometri a risonanza quadrupolare nucleare è l'azione del gradiente di campo, formato dai reticoli cristallini e dal momento nucleare, un indicatore causato dalla deviazione della carica dalla simmetria della sfera.

Come risultato di questo fenomeno, si verifica una processione di nuclei: la sua frequenza dipende dal gradiente del campo reticolare.Il valore di questo indicatore è influenzato anche dalla temperatura: il suo aumento provoca una diminuzione della frequenza NQR.

L'elemento principale di tali sensori è un'ampolla con una sostanza, che è inserita nell'avvolgimento di induttanza collegato al circuito del generatore.

Il vantaggio dei dispositivi è la durata illimitata delle misurazioni, l'affidabilità e il funzionamento stabile. Lo svantaggio è la non linearità delle misurazioni, che richiede l'uso di una funzione di conversione.

Dispositivi a semiconduttore

Categoria di dispositivi che funzionano in base ai cambiamenti nelle caratteristiche di una giunzione p-n causati dall'esposizione alle temperature. La tensione ai capi del transistor è sempre proporzionale all'effetto della temperatura, il che rende questo fattore facile da calcolare.

I vantaggi di tali dispositivi sono l'elevata precisione dei dati, il basso costo e le caratteristiche lineari sull'intero intervallo di misurazione. È conveniente montare tali dispositivi direttamente su un substrato semiconduttore, rendendoli eccellenti per la microelettronica.

Trasduttori volumetrici per la lettura della temperatura

Tali dispositivi si basano sul noto principio di espansione e contrazione delle sostanze osservato durante il riscaldamento o il raffreddamento. Tali sensori sono abbastanza pratici. Possono essere utilizzati per determinare temperature nell'intervallo -60 - +400°C.

Per consentire il controllo visivo della temperatura, la maggior parte dei sensori di temperatura situati nelle stanze sono dotati di display che mostrano i valori attuali

È importante ricordare che le misurazioni dei liquidi con tali dispositivi sono limitate dalle loro temperature di ebollizione e congelamento e le misurazioni dei gas dalla loro transizione allo stato liquido.L'errore di misurazione causato dalle influenze ambientali per questi dispositivi è piuttosto piccolo: varia tra l'1 e il 5%.

Selezione dei sensori di temperatura

Quando si scelgono tali dispositivi, fattori come:

• intervallo di temperatura in cui vengono effettuate le misurazioni;
• la necessità e la possibilità di immergere il sensore in un oggetto o ambiente;
• condizioni di misurazione: per effettuare letture in un ambiente aggressivo, è meglio preferire una versione senza contatto o un modello inserito in un involucro resistente alla corrosione;
• la durata del dispositivo prima della calibrazione o della sostituzione: alcuni tipi di dispositivi (ad esempio i termistori) si guastano rapidamente;
• dati tecnici: risoluzione, tensione, velocità del segnale, errore;
• valore del segnale di uscita.

In alcuni casi è importante anche il materiale del corpo del dispositivo e, in caso di utilizzo in ambienti interni, anche le dimensioni e il design.

Consigli per l'installazione fai da te

Tali dispositivi sono ampiamente utilizzati per vari scopi: sono dotati di radiatori, caldaie per riscaldamento e altri elettrodomestici.

Prima di iniziare l'installazione, leggere attentamente le istruzioni: indicano non solo le caratteristiche di installazione (ad esempio le dimensioni per il collegamento al tubo), ma anche le regole operative, nonché i limiti di temperatura per i quali è adatto il dispositivo di misurazione.

È necessario tenere conto anche della dimensione della manica, che può variare tra 120-160 mm.

Consideriamo i due casi più comuni di installazione di un sensore di temperatura.

Collegamento del dispositivo a un radiatore

Non è necessario dotare tutti i dispositivi di riscaldamento di un termostato. Secondo la normativa, i sensori sono installati sulla batteria, se la sua potenza totale supera il 50% del calore generato da sistemi simili.Se nella stanza sono presenti due riscaldatori, il termostato è installato solo su uno, che ha una potenza maggiore.

Il sensore di temperatura è un componente obbligatorio dei termoregolatori che consentono di ridurre o aumentare il riscaldamento di radiatori, pavimenti riscaldati e altri dispositivi di riscaldamento

La valvola del dispositivo è installata sulla tubazione di alimentazione nel punto in cui il radiatore è collegato alla rete di riscaldamento. Se è impossibile inserirlo in una catena esistente, la linea di fornitura deve essere smantellata, il che può causare alcune difficoltà.

Per eseguire questa manipolazione, è necessario utilizzare uno strumento per tagliare i tubi, mentre l'installazione di una testina termica può essere facilmente eseguita senza attrezzature speciali. Una volta montato il sensore è sufficiente allineare i segni praticati sul corpo e sul dispositivo, dopodiché si fissa la testina con una leggera pressione manuale.

Installazione del sensore della temperatura dell'aria

Tale dispositivo viene installato nel soggiorno più freddo senza correnti d'aria (nell'ingresso, nella cucina o nel locale caldaia la sua installazione è indesiderabile, poiché può causare interruzioni nel funzionamento del sistema).

Quando si sceglie una posizione, è necessario assicurarsi che il dispositivo non sia esposto alla luce solare e che non ci siano dispositivi di riscaldamento (riscaldatori, radiatori, tubi) nelle vicinanze.

Per un impianto di riscaldamento tradizionale è sufficiente un termostato, mentre per un circuito a collettori è consigliabile l'utilizzo di più sonde, il cui numero coincide con il numero delle stanze. Ciò ti consentirà di regolare individualmente la temperatura in spazi separati.

Il dispositivo si collega secondo le istruzioni contenute nella scheda tecnica, utilizzando i morsetti o cavo compresi nel kit.

Se hai bisogno di monitorare la tua temperatura sensore di temperatura nel “pavimento caldo” può essere posizionato in profondità nel massetto di cemento. In questo caso, come protezione, è possibile utilizzare un tubo corrugato con un'estremità chiusa e una curva inclinata.

Quest'ultima funzionalità permette, all'occorrenza, di rimuovere il dispositivo rotto e sostituirlo con uno nuovo.

L'installazione del dispositivo viene eseguita come segue:

1. Nella parete è ricavata una rientranza per il montaggio di un accessorio.
2. La parte anteriore viene rimossa dal sensore di temperatura, dopodiché il dispositivo viene installato sull'area preparata.
3. Successivamente si collega il cavo scaldante ai contatti, mentre i terminali si collegano ai sensori.

La fase finale è collegare il cavo di alimentazione e installare al suo posto il pannello frontale.

Lo schema di collegamento del termostato per una caldaia di riscaldamento è descritto in dettaglio in Questo articolo.

Se il dispositivo, la cui funzionalità richiede la connessione interna dei sensori, ha una struttura complessa, è meglio contattare gli specialisti.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Il video seguente descrive in dettaglio come installare i dispositivi termici su una caldaia per riscaldamento:

L'installazione dei sensori sui tubi di mandata e di ritorno è diversa?

I sensori di temperatura sono ampiamente utilizzati sia in vari settori che per scopi domestici. Un vasto assortimento di dispositivi simili, basati su diversi principi operativi, consente di scegliere l'opzione migliore per risolvere un particolare problema.

Nelle case e negli appartamenti, tali dispositivi vengono spesso utilizzati per mantenere una temperatura confortevole nei locali, nonché per regolare i sistemi di riscaldamento: radiatori, pavimenti riscaldati.

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