Накладные датчики температуры широко используются в системах контроля и автоматизации инженерных систем зданий и сооружений. Их основное назначение - измерение температуры поверхности трубопроводов для определения параметров теплоносителя (воды, пара и др.). Рассмотрим подробнее устройство, принцип действия и особенности применения накладных датчиков.
Устройство накладных датчиков температуры
Конструктивно датчик температуры накладной представляет собой металлический корпус с термочувствительным элементом внутри. Корпус крепится на поверхность трубы при помощи специальных хомутов или клея. Для обеспечения хорошего теплового контакта между датчиком и трубой на внутреннюю поверхность корпуса наносится теплопроводящая паста.
В качестве термочувствительного элемента в датчике температуры накладном чаще всего применяются:
- Терморезисторы - НТС или РТС
- Термопары (хромель-алюмель, хромель-копель)
- Платиновые терморезисторы Pt100 или Pt1000
Выбор конкретного типа термоэлемента зависит от требуемого диапазона измеряемых температур и класса точности датчика.
Принцип работы
Принцип действия датчиков температуры накладных основан на зависимости электрических параметров чувствительного элемента от температуры. Например, при изменении температуры поверхности трубы изменяется сопротивление терморезистора или термо-ЭДС термопары внутри датчика. Это изменение преобразуется в унифицированный выходной сигнал (токовый, напряжения или цифровой), который поступает в систему сбора данных и контроля.
Датчики с выходом 4-20 мА наиболее помехозащищенные и могут использоваться при больших длинах кабельных связей. Датчики с цифровым выходом (ModBus, CAN и др.) обеспечивают высокую точность, но требуют специальных модулей ввода сигнала.
Существует несколько разновидностей накладных датчиков по способу вывода измерительного сигнала:
- Датчик температуры накладной PT1000 - пассивный датчик, для работы требует внешнего измерительного прибора (моста, ОУ, АЦП).
- Датчик с аналоговым выходом - встроенный измерительный преобразователь формирует унифицированный сигнал тока или напряжения.
- Датчик с цифровым выходом - измеренное значение передается в цифровом коде по интерфейсу RS-485, CAN и др.
Области применения
Накладные датчики температуры воды используются преимущественно в следующих областях:
- Системы отопления, горячего водоснабжения, тепловые пункты
- Технологические процессы в промышленности
- Вентиляция и кондиционирование
- Пищевая промышленность
Их главные преимущества - простота монтажа, возможность установки на трубопроводах большого диаметра, компактные размеры. К недостаткам можно отнести большую по сравнению со встраиваемыми датчиками температуры постоянную времени измерения.
Метрологические характеристики
Основные метрологические характеристики датчика температуры накладного:
- Диапазон контролируемых температур
- Пределы допускаемой основной погрешности
- Время термической реакции
- Класс защиты корпуса
В зависимости от используемого термочувствительного элемента и требований к точности измерений датчики могут иметь разный диапазон температур (от -50 до +400 °С) и класс допуска (от 0.5 до 2.5).
| Модель датчика | Диапазон температур, °C | Класс допуска |
| КТХА-Н-0,5-150F-З-2-В | 0...150 | ±0,5 |
| DS18B20 | -55...+125 | ±0,5 |
Правильный выбор датчика с оптимальными характеристиками позволяет построить эффективную систему температурного контроля с минимальными затратами.
Монтаж накладных датчиков температуры
Для надежной работы накладных датчиков большое значение имеет правильный монтаж. Рассмотрим основные требования к установке:
- Поверхность трубы в месте монтажа должна быть чистой и гладкой
- Зазор между поверхностью датчика и трубы заполняется теплопроводящей пастой
- Крепление датчика осуществляется с помощью специальных хомутов или клеящих составов в зависимости от диаметра трубы
- Рекомендуется дополнительная теплоизоляция датчика для уменьшения времени отклика на изменение температуры
При выборе места установки нужно обеспечить хороший контакт датчика с потоком теплоносителя в трубе и минимизировать влияние внешних тепловых воздействий.
Цифровые накладные датчики
Современные датчики температуры NTC накладные часто выпускаются в цифровом исполнении с интерфейсами RS-485, CAN и др. Это позволяет передавать измеренные значения на большие расстояния без искажений.
Некоторые цифровые датчики имеют функцию автономной регистрации данных. Измеренные значения и временные метки сохраняются в энергонезависимой памяти с заданным интервалом. Это удобно для мониторинга технологических процессов.
Калибровка накладных датчиков
Со временем метрологические характеристики любых датчиков могут ухудшаться. Для накладных датчиков типичными причинами являются:
- Старение материала термочувствительного элемента
- Нарушение контакта с поверхностью трубы
- Воздействие агрессивной среды, вибраций, перепадов напряжения питания
Поэтому для обеспечения заявленных в паспорте метрологических характеристик необходима периодическая поверка или калибровка. Для датчиков NTC достаточно программной калибровки с использованием коэффициентов индивидуальной градуировки.
Область применения накладных датчиков Pt и NTC
Для систем автоматизации зданий широко используются накладные датчики двух типов:
- Датчики Pt (Pt100, Pt500, Pt1000) - высокоточные, для систем с повышенными требованиям к метрологии
- NTC-датчики - менее точные, но дешевые, применяются в массовых системах контроля температуры
Главным фактором выбора типа датчика является требуемая точность измерения температуры. Датчики Pt обеспечивают погрешность 0,1-0,5°C, NTC - 0,5-1°C.
Требования к метрологии накладных датчиков
К метрологическим характеристикам накладных датчиков температуры предъявляются определенные требования. Рассмотрим их подробнее.
Прежде всего, диапазон измеряемых температур должен соответствовать рабочему диапазону контролируемого технологического процесса или системы. Например, для системы отопления достаточный диапазон от 0 до +150°С.
Класс допуска датчиков выбирается исходя из необходимой точности регулирования температуры. Для высокоточных систем требуются датчики с классом допуска 0.1-0.25, для более простых систем допустим класс 1 или 2.
Стабильность показаний
Важной характеристикой является стабильность показаний датчика со временем. Обеспечение заявленной погрешности в течение всего межповерочного интервала является обязательным требованием.
Быстродействие
Для накладных датчиков определяющим параметром является время термической реакции - интервал от момента скачкообразного изменения температуры теплоносителя до установления показаний датчика. Чем меньше это время, тем лучше.
Устойчивость к внешним воздействиям
Датчики должны сохранять свои характеристики в условиях вибраций, агрессивных сред, электромагнитных помех. Корпус датчика должен обеспечивать требуемый класс защиты от воздействий окружающей среды.
Меры предосторожности при эксплуатации
Чтобы не вывести датчик из строя и не ухудшить его характеристики, при эксплуатации нужно соблюдать следующие правила:
- Избегать механических нагрузок на корпус (ударов, кручения, вибрации)
- Не допускать превышения допустимых температур
- Соблюдать полярность и допустимые значения питающего напряжения
- Защищать линию связи датчика от электромагнитных наводок
При подключении и техническом обслуживании нужно также соблюдать меры электробезопасности, т.к. датчики могут работать под напряжением.
