Sensores de temperatura para aquecimento: finalidade, tipos, instruções de instalação

Ao operar dispositivos de aquecimento, é necessário controlar o grau de aquecimento do refrigerante, bem como o ar do ambiente.Sensores de temperatura para aquecimento auxiliam na captura e transmissão de informações, cujas informações podem ser lidas visualmente ou enviadas imediatamente ao controlador.

Sugerimos que você entenda como funcionam os sensores de temperatura, quais tipos de dispositivos de monitoramento existem e quais parâmetros devem ser levados em consideração na escolha de um dispositivo. Além disso, preparamos instruções passo a passo que o ajudarão a instalar você mesmo um sensor de temperatura em um radiador de aquecimento.

Princípio de funcionamento de um sensor térmico

Você pode controlar o sistema de aquecimento usando vários métodos, incluindo:

• dispositivos automáticos para fornecimento oportuno de energia;
• blocos de monitoramento de segurança;
• unidades de mistura.

Para o correto funcionamento de todos esses grupos, são necessários sensores de temperatura que fornecem sinais sobre o funcionamento dos dispositivos. A observação das leituras destes dispositivos permite-nos identificar atempadamente falhas no sistema e tomar medidas corretivas.

Existem muitos tipos de dispositivos usados ​​para medir a febre. Eles podem ser imersos em refrigerantes, usados ​​em ambientes internos ou externos

Um sensor de temperatura pode ser usado como um dispositivo separado, por exemplo, para monitorar a temperatura de uma sala, ou ser parte integrante de um dispositivo complexo, por exemplo, uma caldeira de aquecimento.

A base de tais dispositivos utilizados no controle automatizado é o princípio de conversão de indicadores de temperatura em um sinal elétrico. Graças a isso, os resultados das medições podem ser transmitidos rapidamente pela rede na forma de um código digital, o que garante alta velocidade, sensibilidade e precisão de medição.

Ao mesmo tempo, vários dispositivos para medir o estágio de aquecimento podem ter características de projeto que afetam vários parâmetros: operação em um determinado ambiente, método de transmissão, método de visualização e outros.

Tipos de dispositivos para medir a temperatura

Os dispositivos térmicos podem ser classificados de acordo com uma série de critérios importantes, incluindo o método de transmissão de informações, a localização e as condições de instalação, bem como o algoritmo para fazer leituras.

Por método de transferência de informações

De acordo com o método de transmissão de informações utilizado, os sensores são divididos em duas grandes categorias:

• dispositivos com fio;
• sensores sem fio.

Inicialmente, todos esses dispositivos eram equipados com fios por meio dos quais os sensores térmicos se comunicavam com a unidade de controle, transmitindo-lhe informações. Embora esses dispositivos tenham substituído seus equivalentes sem fio, eles ainda são frequentemente usados ​​em circuitos simples.

Além disso, os sensores com fio são mais precisos e confiáveis ​​na operação.

Para garantir a operação consistente de um sensor com fio usado em um dispositivo composto, é aconselhável combiná-lo com equipamento do mesmo fabricante.

Atualmente, os dispositivos sem fio se espalharam, que na maioria das vezes transmitem informações por meio de um transmissor e receptor de ondas de rádio. Esses dispositivos podem ser instalados em quase qualquer lugar, incluindo uma sala separada ou ao ar livre.

As características importantes de tais sensores de temperatura são:

• presença de bateria;
• erro de medições;
• faixa de transmissão do sinal.

Dispositivos sem fio/com fio podem substituir completamente uns aos outros, mas existem algumas peculiaridades em seu funcionamento.

Por localização e método de colocação

Com base no local de montagem, esses dispositivos são divididos nos seguintes tipos:

• despesas gerais ligadas ao circuito de aquecimento;
• submersível, em contato com o refrigerante;
• interno, localizado dentro de um espaço residencial ou de escritório;
• externos, que estão localizados do lado de fora.

Algumas unidades podem utilizar vários tipos de sensores simultaneamente para controlar a temperatura.

De acordo com o mecanismo para fazer leituras

De acordo com o método de exibição das informações, os dispositivos podem ser:

• bimetálico;
• álcool.

A primeira opção envolve a utilização de duas placas de metais diferentes, além de um relógio comparador. À medida que a temperatura aumenta, um dos elementos se deforma, criando pressão na seta. As leituras de tais dispositivos são caracterizadas por boa precisão, mas sua grande desvantagem é a inércia.

Termostatos bimetálicos e de álcool são frequentemente instalados em equipamentos de aquecimento, como caldeiras. Eles permitem monitorar o calor, cujo excesso pode levar a consequências fatais.

Sensores cujo funcionamento é baseado no uso de álcool estão quase totalmente isentos desta desvantagem. Neste caso, uma solução contendo álcool é colocada em um frasco hermeticamente fechado, que se expande quando aquecido. O design é bastante elementar, confiável, mas não muito conveniente para observações.

Vários tipos de sensores de temperatura

Para fazer leituras de temperatura, são utilizados dispositivos com diferentes princípios de funcionamento. Os dispositivos mais populares incluem os dispositivos listados abaixo.

Termopares: leitura precisa – difícil de interpretar

Tal dispositivo consiste em dois fios soldados entre si, feitos de metais diferentes. A diferença de temperatura que ocorre entre as extremidades quente e fria serve como fonte de corrente elétrica de 40-60 μV (o indicador depende do material do termopar).

As seguintes combinações de metais e ligas são mais frequentemente utilizadas para a fabricação de termopares: cromo-alumínio, ferro-costantano, ferro-níquel, níquel-cromo e outros

O termopar é considerado um sensor de temperatura altamente preciso, mas é bastante difícil obter leituras precisas dele. Para fazer isso, você precisa descobrir a força eletromotriz (EMF) usando a diferença de temperatura do dispositivo.

Para que o resultado seja correto, é importante compensar a temperatura da junta fria, utilizando, por exemplo, um método de hardware no qual um segundo termopar é colocado em um ambiente de temperatura previamente conhecida.

O método de compensação de software envolve a colocação de outro sensor de temperatura na isocâmara junto com as junções frias, o que permite controlar a temperatura com uma determinada precisão.

O processo de obtenção de dados de um termopar causa certas dificuldades devido à sua não linearidade. Para garantir a exatidão das leituras, GOST R 8.585-2001 introduz coeficientes polinomiais que permitem converter EMF em temperatura, bem como realizar operações reversas.

Outro problema é que as leituras são feitas em microvolts, que não podem ser convertidas utilizando instrumentos digitais amplamente disponíveis.Para usar um termopar em projetos, é necessário fornecer conversores precisos de vários dígitos com um nível mínimo de ruído.

Termistores: fáceis e simples

É muito mais fácil medir a temperatura com termistores, que se baseiam no princípio da dependência da resistência dos materiais da temperatura ambiente. Tais dispositivos, por exemplo, feitos de platina, apresentam vantagens importantes como alta precisão e linearidade.

O principal problema de tais sensores de temperatura pode ser considerado o coeficiente de resistência de temperatura extremamente baixo, mas ainda é mais fácil medi-lo com precisão do que detectar valores de baixa tensão de termopares.

Uma característica importante de um resistor é a sua resistência de base a uma determinada temperatura. De acordo com GOST 21342.7-76, este indicador é medido a 0°C. Neste caso, recomenda-se utilizar uma série de valores de resistência (Ohms), bem como T_ks - coeficiente de temperatura.

Indicador T_ks calculado pela fórmula:

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

Onde:

• R_e – resistência à temperatura atual;
• R_0c – resistência a 0°C;
• T_e – temperatura atual;
• T_0c – 0°C.

GOST também fornece coeficientes de temperatura fornecidos para vários dispositivos de medição feitos de cobre, níquel, platina e também indica coeficientes polinomiais usados ​​para calcular a temperatura com base nos valores de resistência de corrente.

Sensores termistores são amplamente utilizados nas indústrias eletrônica e de engenharia mecânica devido à sua precisão, sensibilidade e facilidade de operação.

Você pode medir a resistência conectando o dispositivo a um circuito de fonte de corrente e medindo a tensão diferencial. Você pode monitorar os indicadores usando circuitos integrados, cuja saída analógica é igual à tensão de alimentação.

Sensores térmicos com tais dispositivos podem ser conectados com segurança a um conversor analógico-digital, digitalizando-o com um ADC de oito ou dez bits.

Sensor digital para medições simultâneas

Sensores digitais de temperatura também são amplamente utilizados, por exemplo, o modelo DS18B20, que opera por meio de um microcircuito com três saídas. Graças a este dispositivo, é possível realizar leituras de temperatura simultaneamente de vários sensores em funcionamento paralelo, com um erro de apenas 0,5°C.

Um modelo popular é o sensor combinado de temperatura/umidade SHT1, que permite medir o calor com uma precisão de +2° e a umidade com uma precisão de +5. Porém, o próprio fabricante afirma que existem dispositivos mais precisos e econômicos

Entre outras vantagens deste dispositivo, pode-se notar também uma ampla faixa de temperaturas de operação (-55+125°C). A principal desvantagem é a operação lenta: para cálculos mais precisos, o dispositivo requer pelo menos 750 ms.

Irômetros sem contato (termovisores)

A ação destes sensores sem contato baseia-se na detecção da radiação térmica emanada dos corpos. Para caracterizar esse fenômeno, é utilizada a quantidade de energia liberada por unidade de tempo de uma superfície unitária, que cai em uma faixa de comprimento de onda unitário.

Um critério semelhante que reflete a intensidade da radiação monocromática é denominado luminosidade espectral.

Existem os seguintes tipos de pirômetros:

• radiação;
• brilho (óptico);
• cor.

Radiação pirômetros permitem que medições sejam feitas na faixa de 20-25.000°C, porém, para determinar a temperatura, é importante levar em consideração o coeficiente de incompletude da radiação, cujo valor efetivo depende do estado físico do corpo, de sua química composição e outros fatores.

O principal elemento operacional do sensor de radiação é um telescópio, dentro do qual existe uma bateria composta por um circuito serial de termopares. As extremidades funcionais desses dispositivos estão localizadas em uma pétala revestida de platina (+)

Pirômetros de brilho (ópticos) projetado para medir temperaturas de 500-4000°C. Eles fornecem alta precisão de medição, mas podem distorcer as leituras devido à possível absorção da radiação dos corpos pelo meio intermediário através do qual as observações são feitas.

Pirômetros coloridos, cuja ação se baseia na determinação da intensidade da radiação em dois comprimentos de onda - preferencialmente na parte vermelha ou azul do espectro, são utilizados para medições na faixa de 800 a 0°C.

Sua principal vantagem é que a incompletude da radiação não afeta os erros de medição. Além disso, os indicadores não dependem da distância do objeto.

Conversores de temperatura de quartzo (piezoelétricos)

Para obter leituras de temperatura na faixa de -80 +250°C, você pode usar transdutores de quartzo (elementos piezoelétricos), cujo princípio de funcionamento é baseado na dependência da frequência do quartzo em relação ao aquecimento. Neste caso, a função do transdutor é influenciada pela localização do corte ao longo dos eixos do cristal.

Dispositivos piezoelétricos (quartzo) são mais frequentemente usados ​​em trabalhos de pesquisa, uma vez que tais dispositivos são caracterizados por uma faixa de medição estendida, confiabilidade e alta precisão.

Os sensores piezoelétricos se distinguem pela sensibilidade fina, alta resolução e são capazes de operar de forma confiável por um longo período de tempo. Tais dispositivos são amplamente utilizados na fabricação de termômetros digitais e são considerados um dos dispositivos mais promissores para tecnologias futuras.

Sensores de temperatura de ruído (acústico)

O funcionamento de tais dispositivos é garantido pela eliminação da diferença de potencial acústico em função da temperatura do resistor.

Os métodos acústicos permitem realizar leituras de temperatura em espaços fechados e ambientes onde a medição direta não é possível. Dispositivos semelhantes encontraram aplicação na medicina, na pesquisa subaquática e também na indústria.

O método de medição com tais sensores é bastante simples: é necessário comparar o ruído produzido por dois elementos semelhantes, um dos quais está a uma temperatura previamente conhecida e o segundo a uma temperatura determinada.

Os sensores acústicos de temperatura são adequados para medir a faixa de -270 - +1100°C. Ao mesmo tempo, a complexidade do processo reside no nível de ruído muito baixo: os sons produzidos pelo amplificador às vezes o abafam.

Sensores de temperatura NQR

A essência do funcionamento dos termômetros de ressonância quadrupolo nuclear é a ação do gradiente de campo, que é formado pelas redes cristalinas e do momento nuclear - indicador causado pelo desvio da carga da simetria da esfera.

Como resultado desse fenômeno, ocorre uma procissão de núcleos: sua frequência depende do gradiente do campo da rede.O valor deste indicador também é influenciado pela temperatura: o seu aumento provoca uma queda na frequência NQR.

O principal elemento de tais sensores é uma ampola com uma substância, que é colocada em um enrolamento de indutância conectado ao circuito gerador.

A vantagem dos dispositivos é a duração ilimitada das medições, confiabilidade e operação estável. A desvantagem é a não linearidade das medições, o que exige o uso de uma função de conversão.

Dispositivos semicondutores

Uma categoria de dispositivos que operam com base em alterações nas características de uma junção p-n causadas pela exposição a temperaturas. A tensão no transistor é sempre proporcional ao efeito da temperatura, o que torna esse fator fácil de calcular.

As vantagens de tais dispositivos são alta precisão de dados, baixo custo e características lineares em toda a faixa de medição. É conveniente montar tais dispositivos diretamente em um substrato semicondutor, tornando-os excelentes para microeletrônica.

Transdutores volumétricos para leituras de temperatura

Tais dispositivos baseiam-se no conhecido princípio de expansão e contração de substâncias observadas durante o aquecimento ou resfriamento. Esses sensores são bastante práticos. Eles podem ser usados ​​para determinar temperaturas na faixa de -60 - +400°C.

Para permitir o controle visual da temperatura, a maioria dos sensores de temperatura localizados nas salas são equipados com displays que exibem os valores atuais.

É importante lembrar que as medições de líquidos com tais dispositivos são limitadas pelas suas temperaturas de ebulição e congelamento, e as medições de gases pela sua transição para o estado líquido.O erro de medição causado por influências ambientais para estes dispositivos é bastante pequeno: varia entre 1-5%.

Seleção de sensores de temperatura

Ao escolher tais dispositivos, fatores como:

• faixa de temperatura em que as medições são feitas;
• a necessidade e possibilidade de imersão do sensor em um objeto ou ambiente;
• condições de medição: para fazer leituras em ambiente agressivo, é preferível preferir uma versão sem contato ou um modelo colocado em caixa resistente à corrosão;
• a vida útil do dispositivo antes da calibração ou substituição - alguns tipos de dispositivos (por exemplo, termistores) falham rapidamente;
• dados técnicos: resolução, tensão, velocidade do sinal, erro;
• valor do sinal de saída.

Em alguns casos, o material do corpo do dispositivo também é importante e, quando usado em ambientes internos, as dimensões e o design também são importantes.

Recomendações de instalação faça você mesmo

Esses dispositivos são amplamente utilizados para diversos fins: são equipados com radiadores, caldeiras de aquecimento e outros eletrodomésticos.

Antes de iniciar a instalação, você deve ler atentamente as instruções: elas indicam não apenas as características da instalação (por exemplo, dimensões para conexão ao tubo), mas também as regras de funcionamento, bem como os limites de temperatura para os quais o dispositivo de medição é adequado.

Também é necessário levar em consideração o tamanho da manga, que pode variar entre 120-160 mm.

Consideremos os dois casos mais comuns de instalação de um sensor de temperatura.

Conectando o dispositivo a um radiador

Não é necessário equipar todos os dispositivos de aquecimento com termostato. De acordo com os regulamentos, sensores são instalados na bateria, se sua potência total exceder 50% do calor gerado por sistemas semelhantes.Se houver dois aquecedores na sala, o termostato será instalado apenas em um, que possui uma potência superior.

O sensor de temperatura é um componente obrigatório dos controladores de temperatura que permitem reduzir ou aumentar o aquecimento de radiadores, pisos aquecidos e outros dispositivos de aquecimento

A válvula do dispositivo é instalada na tubulação de alimentação no ponto de conexão do radiador à rede de aquecimento. Na impossibilidade de inserção numa cadeia existente, a linha de abastecimento deve ser desmontada, o que pode causar algumas dificuldades.

Para realizar esta manipulação, é necessário utilizar uma ferramenta para corte de tubos, enquanto a instalação de uma cabeça térmica pode ser feita facilmente sem equipamento especial. Assim que o sensor for montado, basta alinhar as marcas feitas no corpo e no dispositivo, após o que a cabeça é fixada com uma pressão manual suave.

Instalação do sensor de temperatura do ar

Tal dispositivo é instalado na sala mais fria e sem correntes de ar (no hall, cozinha ou sala da caldeira a sua instalação é indesejável, pois pode causar perturbações no funcionamento do sistema).

Ao escolher um local, você precisa se certificar de que o dispositivo não esteja exposto à luz solar e que não haja dispositivos de aquecimento (aquecedores, radiadores, canos) nas proximidades.

Para um sistema de aquecimento convencional basta um termóstato, enquanto no circuito colector é aconselhável utilizar vários sensores, cujo número coincide com o número de divisões. Isto permitirá regular individualmente a temperatura em espaços separados.

O dispositivo é conectado de acordo com as instruções contidas na ficha técnica, utilizando os terminais ou cabo incluídos no kit.

Se você precisar monitorar sua temperatura sensor de temperatura no “piso quente” pode ser localizado profundamente na mesa de concreto. Neste caso, para proteção, pode-se usar um tubo corrugado com uma extremidade fechada e curva inclinada.

Este último recurso permite, se necessário, remover o dispositivo quebrado e substituí-lo por um novo.

A instalação do dispositivo é realizada da seguinte forma:

1. É feito um recesso na parede para montagem de um acessório.
2. A parte frontal é retirada do sensor de temperatura, após o que o dispositivo é instalado na área preparada.
3. Em seguida, o cabo de aquecimento é conectado aos contatos, enquanto os terminais são conectados aos sensores.

A etapa final é conectar o cabo de alimentação e instalar o painel frontal em seu lugar.

O diagrama de conexão do termostato para uma caldeira de aquecimento é descrito em detalhes em Este artigo.

Se o dispositivo, cuja funcionalidade requer conexão interna de sensores, tiver um design complexo, é melhor entrar em contato com especialistas.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo abaixo descreve detalhadamente como instalar dispositivos térmicos em uma caldeira de aquecimento:

A instalação de sensores nas tubulações de alimentação e retorno é diferente?

Os sensores de temperatura são amplamente utilizados em diversas indústrias e para fins domésticos. Uma grande variedade de dispositivos semelhantes, baseados em diferentes princípios de funcionamento, permite escolher a melhor opção para resolver um determinado problema.

Em casas e apartamentos, esses dispositivos são mais frequentemente utilizados para manter uma temperatura confortável nas instalações, bem como para regular sistemas de aquecimento - radiadores, pisos aquecidos.

Você tem algo a acrescentar ou tem dúvidas sobre como escolher e instalar um sensor de temperatura? Você pode deixar comentários na publicação, participar de discussões e compartilhar sua própria experiência no uso de tais dispositivos. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.