Датчик температуры для чего нужен

1. Датчики температуры

Датчик температуры — это устройство, непосредственно принимающее, преобразующее измеряемую величину в сигнал для последующей передачи его на приборы или управляющее воздействие. Датчик предназначен для измерения температуры в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

К датчикам температуры относят:

Термопара нашла свое широкое применение для измерения температуры различных объектов, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Измерение температуры с помощью термопар получило широкое распространение из-за надежной конструкции, которое имеет датчик температуры этого вида, возможность работать в широком диапазоне и дешевизны. К числу достоинств относятся также малая инерционность, возможность измерения малых разностей температур. Термопары незаменимы при измерении высоких температур в агрессивных средах.

Термопары относятся к классу термоэлектрические преобразователи, принцип действия которых основан на явлении Зеебека: если спаи двух разнородных металлов, образующих замкнутую электрическую цепь, имеют неодинаковую температуру, то в цепи протекает электрический ток. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Под термоэлектрическим эффектом понимается генерирование термоэлектродвижущей силы (термо ЭДС), возникающей из-за разности температур между двумя соединениями различных металлов и сплавов.

Соединенные между собой концы термопары, погружаемые в среду, температура которой измеряется, называют рабочим концом термопары. Концы, которые находятся в окружающей среде, и которые обычно присоединяют проводами к измерительной схеме, называют свободными концами. Температуру этих концов необходимо поддерживать постоянной. При этом условии термо-ЭДС Е_т будет зависеть только от температуры T₁ рабочего конца.

U_вых = E_т = С(Т₁ – Т₀),

где С – коэффициент, зависящий от материала проводников термопары.

Создаваемая термопарами ЭДС сравнительно невелика: она не превышает 8 мВ на каждые 100 0 С и обычно не превышает по абсолютной величине 70 мВ. Термопары позволяют измерять температуру в диапазоне от –200 до 2200 0 С.

Наибольшее распространение для изготовления термоэлектрических преобразователей получили платина, платинородий, хромель, алюмель.

Термопары имеют следующие преимущества: простота изготовления и надёжность в эксплуатации, дешевизна, отсутствие источников питания и возможность измерений в большом диапазоне температур.

Наряду с этим термопарам свойственны и некоторые недостатки — меньшая, чем у терморезисторов, точность измерения, наличие значительной тепловой инерционности, необходимость введения поправки на температуру свободных концов и необхо­димость в применении специальных соединительных проводов.

Термопара типа ТХА, ТХК, ТПП и пр. состоит из двух спаянных на одном из концов проводников, изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами. Спаянный конец, называемый «рабочим спаем», погружается в измеряемую среду, а свободные концы («холодный спай») подключаются ко входу измерителей, регуляторов. Если температуры «рабочего» и «холодного спаев» различны, то вырабатывается термоЭДС, которая и подается на прибор. Поскольку термоЭДС зависит от разности температуры двух спаев датчика, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру «холодного спая», чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях.

В модификациях входов, предназначенных для работы с термопарами ТХА, ТХК (термопреобразователями сопротивления ДТС типа ТСП и ТСМ, термоэлектрическими преобразователями, датчиками температуры, термосопротивлениями) предусмотрена схема автоматической компенсации температуры свободных концов. Датчиком температуры «холодного спая» служит полупроводниковый диод, установленный рядом с присоединительным клеммником.

Подключение термопар ТХА, ТХК (термопреобразователей сопротивления ДТС типа ТСП и ТСМ, термоэлектрических преобразователей) к датчику температуры (термопреобразователю) должно производиться с помощью специальных компенсационных (термоэлектродных) проводов, изготовленных из тех же материалов. Допускается использовать провода из металлов с термоэлектрическими характеристиками, аналогичными характеристикам материалов электродов термопары в диапазоне температур 0..100 °С. При соединении компенсационных проводов с термопарами (термоэлектрическими преобразователями, термопреобразователями сопротивления) и прибором необходимо соблюдать полярность.

Во избежание влияния помех на измерительную часть прибора рекомендуется экранировать линию связи прибора с датчиком. При нарушении указанных условий могут иметь место значительные погрешности при измерении.

Из жары в озноб: зачем нужен датчик температуры охлаждающей жидкости и как его проверить

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) – штука сама по себе простая и весьма надёжная. Но выход этого датчика из строя может здорово осложнить жизнь, потому что он влияет на многие параметры работы двигателя. Можно очень долго искать причину сложного пуска мотора или его желания глохнуть на горячую, а она может крыться в небольшой детальке, которая и стоит не очень дорого, и достаточно просто меняется собственными руками. Вот только как понять, что пришло время её заменить или хотя бы проверить?

Пуск, прогрев и перегрев

Что такое ДТОЖ с точки зрения физики? Это просто термистор – резистор (сопротивление), параметры которого зависят от температуры. Точнее, всего один параметр – само сопротивление. Чем выше температура охлаждающей жидкости, тем меньше сопротивление (у него обратная зависимость). Чтобы это сопротивление замерить, по одному из проводов в разъёме датчика подаются постоянные плюсовые 5 вольт. Дальше всё просто: по тому, насколько упало напряжение, измеряется сопротивление термистора в текущий момент времени, и данные уходят на обработку в ЭБУ. И тот уже сам пересчитывает, какая температура у охлаждающей жидкости. Для чего ему это надо? А надо ему это для решения нескольких задач.

Во-первых, для того, чтобы правильно готовить топливо-воздушную смесь. При холодном пуске она должна быть чуть богаче, затем её требуется обеднить. Во-вторых, нужно правильно открывать дроссельную заслонку, чтобы в холод правильно запустить двигатель, а по мере его прогрева снижать обороты коленвала. В-третьих, когда машина уже прогрета, нужно контролировать температуру антифриза и при необходимости включать вентилятор системы охлаждения. Всё это обеспечивает датчик температуры даже в простых машинах.

В более сложных машинах (и моторах) датчик может выполнять и другие функции. Его информация помогает управлять термостатом с электронным управлением, а если датчика стоит два (на патрубке на выходе из блока и на патрубке на выходе из радиатора), то они контролируют работу системы охлаждения. Они могут менять скорость работы вентиляторов, могут сигнализировать о том, что что-то идёт не так, и система охлаждения не справляется с работой.

В общем, функций у ДТОЖ много. И если он вдруг перестаёт работать, мотор будет вести себя неадекватно. В первую очередь может сильно осложниться холодный пуск. Дроссельная заслонка может не открыться на нужный угол, отчего обороты после пуска мотора будут недостаточными. А по мере прогрева может случится обратная ситуация: несмотря на рост температуры, обороты снижаться не будут, вдобавок может не включаться вентилятор системы охлаждения и могут появиться ошибки приготовления смеси. Проявления могут быть различными, причём значок Check Engine может предательски молчать. А если он и загорится, то сам по себе ни о чём не скажет – потребуется диагностика сканером.

Ну, с ним всё просто: достаточно проверить наличие ошибок из диапазона P0115 – P0118, а ещё лучше – проверить значения, которые выдаёт датчик по мере прогрева антифриза. Одним словом, жизнь со сканером проста и прекрасна, и лучший и простейший способ проверка ДТОЖ – это проверка через диагностический разъём приличным сканером. А что делать, если его под рукой нет?

Не виноватый я!

К сожалению, понадобится хотя бы мультиметр. Но иногда можно обойтись и без него просто в силу простоты конструкции датчика.

Действительно, что там может сломаться? Почти ничего. Если, конечно, не заливать в систему охлаждения воду из-под крана – тогда может сгнить сам резистор (потому что датчик стоит в антифризе, температуру которого он и измеряет). В остальных случаях подводит его проводка. Поэтому проверку датчика нужно начинать с проверки проводки. Сначала снимаем фишку разъёма и смотрим, всё ли там в порядке. Если видим отвратительные зелёные окислы (или серые или даже белые), то сначала надо всё очистить, а уже потом заниматься диагностикой.

Есть смысл немного подёргать все провода, подходящие к датчику. Вполне вероятно, что один из них подгнил внутри изоляции и своей функции не выполняет. Это намного более вероятно, чем поломка самого датчика.

Если контакты чистые, а провода от разъёма не отгнили, придётся брать в руки мультиметр. Для начала проверим, подаётся ли на датчик постоянное напряжение. Если оно есть и оно действительно постоянное (как я говорил выше, обычно это пять вольт), то можно проверять сам датчик. Есть два способа его проверки: для ленивых и для занудных. Сначала попробуем сделать это способом для ленивых.

Тут не надо снимать датчик. Надо лишь измерить его сопротивление. Но сделать это желательно как минимум трижды: на полностью прогретом моторе, минут через 20 после его остановки и после того, как мотор полностью остыл. И теперь смотрим на три наших замера. Так как сопротивление термистора в зависимости от температуры меняется очень сильно (от 150-200 Ом на горячем моторе до 7-8 КОм при нуле), то разница в замерах должна быть очень существенной. Если этого не произошло, то с датчиком что-то явно не так. Можно смело покупать новый и не мучиться с дальнейшими замерами. Это был путь ленивых.

Путь занудных, само собой, сложнее. Не знаю, часто ли им идут в жизни, но он существует. Первый шаг на этом пути – это извлечение самого датчика. Для этого нужно слить довольно много антифриза и не обжечься им. Датчик вкручивается по резьбе, так что его требуется просто выкрутить.

Несём его домой и готовим какую-нибудь кастрюльку воды и термометр. Дальше вы, наверное, уже всё поняли: измеряем сопротивление погруженного в воду датчика с некоторым шагом (3, 5 или 10 градусов в зависимости от степени занудства). В результате действий получаем кривую сопротивления и смотрим, всё ли на ней в порядке. Само собой, чтобы это узнать, надо найти данные о датчике, который проверяете. Если значения сопротивлений при определённой температуре воды соответствуют указанным в справочнике, значит, всё хорошо.

Почему этот точный способ я назвал занудным? Потому что по большому счёту достаточно сделать два замера – при известной комнатной температуре и в кипятке (который всегда приблизительно 100 градусов) – и сравнить их с нормальными значениями. Термистор либо работает, либо нет. Теоретически врать он тоже может, но это совсем уж редкий случай.

Вместо заключения

Каких-то способов продлить жизнь датчику охлаждающей жидкости нет. Как я уже говорил, чаще страдает его проводка и разъём, которые живут в агрессивной среде. Им портят жизнь не только грязь с дорог, но и то, что они работают с очень горячим антифризом. От этого никуда не деться, так что тут можно запомнить только одно правило: прежде, чем бежать в магазин за новым ДТОЖ, нужно проверить его проводку. В принципе, это правило работает почти со всеми датчиками. Кроме более капризных – например, датчик парктроника можно убить одной мойкой высокого давления.

А вот что действительно вредит датчику, так это очень старый антифриз в состоянии бурой жижи, залитый в систему охлаждения. Когда эта бурда нагревается, она становится ещё более агрессивной, и даже такое простое устройство, как этот датчик, легко в ней умирает. Поэтому хотя бы изредка менять антифриз надо: когда в нём много воды, ржавчины и грязи, он и охлаждает хуже, и снижает ресурс других деталей (и я не про датчик, а, например, про радиаторы и помпу).

Ну а для проверки ДТОЖ проще всего использовать всё-таки сканер. Да, можно обойтись и без него, но с ним всё можно сделать быстрее. При работе мультиметром на горячем двигателе берегите руки и помните, что первое время после остановки мотора в системе ещё сохраняется повышенное давление, поэтому сливать антифриз перед снятием датчика (если это всё-таки необходимо) нужно осторожно.

Выбор датчиков температуры. Какие бывают, особенности

Датчики температуры позволяют эффективно автоматизировать работу коммунальных сетей, оборудования, производственных процессов. Чувствительные детекторы осуществляют контроль и мониторинг изменения показателей температуры воздуха, жидкостей, газов и пара в инженерных сетях, внутри помещений и на открытом воздухе.

Принцип работы, назначение, области применения датчиков температуры

Датчики измеряют текущую температуру среды (воды, пара, воздуха, газа, жидкости), преобразует данные в электронный сигнал и выводит результаты измерений на табло индикации показаний.

Детекторы температуры используются практически во всех отраслях промышленности, производства, коммунального и сельского хозяйства, в бытовых инженерных сетях. Везде, где необходим контроль и поддержание определенного диапазона температурного режима.

Датчики температуры обеспечивают:

• Контроль химических процессов
• Поддержание установленного режима нагрева в нужном диапазоне температур
• Регулировку и мониторинг показателей температуры в определенных конструктивных узлах инженерных сетей, транспортном оборудовании
• Контролируют режим хранения, переработки продуктов питания, зерновых, комбикормов
• Измерение температуры в отдельных зонах помещения в заданном диапазоне
• Подключение систем дистанционного контроля и мониторинга автоматизации производственных, коммунальных процессов с возможностью управления из единого центра
• Поддержание диапазона температур, необходимых для правильной и эффективной работы оборудования
• Измерение текущих показаний температуры в сетях водоснабжения, тепловых абонентских и магистральных коммуникациях

Важно подбирать конструкцию датчика температуры по эксплуатационному назначению, так как от этого зависит корректность полученных данных и правильная работа детектора.

Конструкция и виды датчиков температуры

Детекторы температуры классифицируются по принципу проведения измерений и выходному сигналу (цифровой и аналоговый).

Цифровой алгоритм позволяет выводить показания на табло дисплея и передавать данные на центральный пункт управления АСУ. У таких детекторов точность показаний высокая, в широком температурном диапазоне от -60 до +130 градусов, с погрешностью до 0,5 градуса.

Аналоговый сигнал отображает показания температуры на циферблате датчика.

Цифровые датчики могут быть комбинированными, измерять не только температуру, но и влажность, подключать параллельные устройства контроля и регулировки параметров. Так как детектор многофункционален, то погрешность измерений может достигать двух градусов.

Бесконтактные детекторы температуры состоят из тонкой пленки, которая нагреваясь, поглощает инфракрасное излучение, передавая данные на измерительную матрицу. Бесконтактные детекторы используются в тепловизорах для измерений температуры металлов.

Измерительные элементы детекторов температуры помещены в прочный корпус из металла или пластика, соединены с блоком вывода регулировки показаний (дисплеем, циферблатом, программируемой автоматикой).

По типу температурные датчики классифицируются на два вида:

• Контактные – нужен непосредственный контакт сенсоров с поверхностью, измеряемой средой
• Бесконтактные – передача тепла осуществляется через промежуточную среду (воздух, воду)

Важно учитывать тип подключения детектора температуры:

• Кабельный вывод, подключается от сенсора к измерительному блоку. Для успешного монтажа важно правильно подобрать длину кабеля. такие модели рекомендованы для измерения температур до +400 градусов
• Коммутационная головка – провода, соединяющие измерительный блок и сенсор подключаются к клеммам, расположенным на головке датчика. Предназначен для мониторинга высокотемпературных режимов – до 900 ˚С

Датчики без корпуса (сенсоры защищены оплеткой, клеммы подключения открыты) устанавливаются на внешних поверхностях труб, оборудования, рассчитаны на температуры до +300 ˚С.

Разновидности датчиков, определяющие их назначение, типы измерения

Принцип измерения температуры определяет назначение и классификацию детектора, рабочее применение в тех или иных условиях эксплуатации.

Термоэлектрические (термопара)

Измерительные сенсоры изготовлены из разных металлов, которые при нагревании имеют разный электрический потенциал. Измерение температуры такими детекторами основано на определении разницы потенциалов при нагреве.

В зависимости от назначения детектора температуры, необходимой чувствительности, режима эксплуатации – подбираются разные комбинации металла для измерительных электродов термопары:

• Вольфрам и рений – для высоких температур до 2000°С
• Хром и алюмель – для промышленных измерений в кислой среде, в диапазоне рабочих температур до 1200 градусов
• Хромель и копель – высокая чувствительность и стабильность измерений, диапазон температур до +600 градусов, чувствительны к деформации
• Железо и константан – отличная стабильность измерений в диапазоне до +750 градусов в среде СО и Н2
• Нихросил и нисил – универсальное решение с минимальной погрешностью измерений, высокой точностью

Консультанты Avitek-I помогут подобрать термоэлектрический датчик, ориентируясь на конкретные условия применения, технические характеристики оборудования, инженерной системы, производственного процесса.

Терморезистивные

Принцип работы основан на изменении сопротивления материалов, при изменении температуры. Такие датчики температуры отличаются высокой точностью, долговечностью, низкой погрешностью измерений. Выбор металла для терморезистора основан на температурном коэффициенте металла.

Результат замеров датчиков преобразуется в аналогово-цифровой сигнал или передают показания посредством микросхемы с аналоговым выходом.

Оптические

Для измерений используется принцип изменения отражений оптического волокна при изменении температуры. Датчики фиксируют изменения преломления и преобразуют данные в цифровые показатели температуры.

Инфракрасные

Инфракрасные детекторы подразделяются на несколько видов:

• Оптические – сравнение цвета сенсора при нагревании
• Радиационные – фиксируется мощность теплового излучения
• Цветовые – замеры изменения спектра излучения тепла

Эти датчики температуры дорогостоящие, применяются в узкоспециализированных отраслях.

Основные компании производители датчиков температуры

Среди ведущих компаний производителей пользователи отмечают несколько проверенных брендов, предлагающих широкий ассортимент детекторов температуры:

• Siemens (Германия) – ведущий бренд по производству автоматики, измерительного оборудования высокой точности, различного функционала и назначения
• Shuft (Дания) – функциональные, долговечные канальные и контактные датчики температуры с различными вариантами монтажа, различного отраслевого назначения
• Danfoss (Дания) – современная измерительная автоматика с гибкой интеграцией в централизованные промышленные и коммунальные АСУ, отличный выбор реле и датчиков температуры бытового назначения
• Brahma (Бразилия) – широкий ассортимент датчиков, сертифицированный по европейскому стандарту. Предлагает большой выбор моделей погружных, накладных контактных детекторов различного назначения по разумной стоимости

В ассортименте Avitek-I всегда можно подобрать нужный датчик температуры по оптимальной цене, с гарантией оригинального сертифицированного качества.

Конструктивные особенности датчиков температуры

По типу конструкции датчики температуры разделяются на несколько типов:

• Канальные – измерительные элементы (сенсоры) помещаются в один или несколько каналов (труб, емкостей) данные с них передаются на блок преобразователь цифрового интерфейса
• Накладные – фиксируются снаружи на панелях оборудования, поверхности труб, стенах
• Погружные – устанавливаются внутрь измеряемой среды
• Наружные – измерительный блок устанавливается на поверхностях, в помещении или на улице

Важно обращать внимание на степень защиты корпуса от коррозии, влияния агрессивных химических сред, загрязнений.

На чем надо акцентировать внимание при выборе датчика температуры:

1. Предельный и рабочий температурный диапазон детектора
2. Тип установки – погружение в измеряемую среду или наружный монтаж
3. Степень защиты от влаги, агрессивных жидкостей и газов, загрязнений, механических воздействий и вибрации
4. Гарантированный рабочий ресурс (через какой срок нужна калибровка или полная замена)
5. Параметры выходного сигнала – цифровой или аналоговый
6. Допустимая погрешность измерений, алгоритм срабатывания, рабочее напряжение.
7. Способ монтажа

Менеджеры «Avitek-I» предоставят профессиональную консультацию, ответят подробно на вопросы, помогут выбрать нужный датчик температуры по техническим и монтажным параметрам, условиям эксплуатации.

Термопара или термосопротивление

Датчик температуры это – устройство, коробочка, в которой находится элемент при подачи питания изменяющий свое сопротивление в зависимости от измеряемой температуры

1.Медленная реакция датчика на резкие изменения температуры

Допустим, у вас быстротекущий процесс. Но температура среды или тела меняется скачком, поэтому при выборе датчика необходимо учитывать скорость реакции, чтобы не получилось, как в известном мультфильме про Карлсона: “Гражданочка, а у вас молоко убежало. ”

2.Неправильный подбор датчика под температурный диапазон
Как следствие – частые остановы техпроцесса. Вторичный прибор пишет: «датчик не найден», потому что выбран датчик до 500 °С, а в технологическом процессе существуют выбеги температуры выше предельной.
Результат: остановка производства, т.к. сработала аварийная сигнализация.

3. Неправильная установка датчика
Например, для измерения температуры наружного воздуха датчик следует устанавливать на северной стороне здания под козырьком, а не возле окна или форточки.
Так и в технологическом процессе: если измерять температуру не в заданной точке, получим недостоверные данные.

4.Точность измерения
Существуют различные классы допуска и погрешности измерения. В каких-то процессах точность неважна, а в каких-то критична. Пример: для контроля температуры в инкубаторе выбрали термопару с погрешностью 2,5 °С, но такая погрешность слишком велика для данного процесса! Результат: закладка яиц испорчена.

Итак, что нужно знать при выборе датчика, чтобы избежать ошибок при измерении температуры в технологическом процессе и обеспечить выпуск качественной продукции?

Термометры сопротивления
При измерении температуры меняется сопротивление на выходе датчика.
Наиболее популярные НСХ:
• медь 50М, 100М
• платина 50П, 100П, Pt100, Pt500, Pt1000
• никель Ni1000

НСХ – это функция или таблица значений в соответствии с ГОСТ Р 6651-2009, которая определяет зависимость «сопротивление-температура».

Термопары
При изменении температуры меняется ЭДС (ГОСТ Р 8.585-2001). Основные НСХ датчиков, выпускаемых компанией ОВЕН:
ДТПК (ХА, хромель-алюмель)
ДТПL (ХК, хромель-копель)
ДТПJ (ЖК, железо-константан)
ДТПN (НН, нихросил-нисил)
ДТПS (ПП, платинородий-платина 30 %)