Термодатчик с регулировкой: Терморегулятор, регулятор температуры, терморегулятор для теплого пола, реле температуры, датчик температуры для терморегулятора, терморегулятор для инкубатора, терморегулятор для йогуртницы, терморегулятор для тепловентилятора, терморегулятор для террариума, терморегулятор для ульев, терморегулятор для оранжереи, терморегулятор для теплицы, терморегулятор для овощехранилища, терморегулятор для кильчеватора, терморегулятор для ик-панелей, терморегулятор для электрообогревателей, терморегулятор для электрических конвекторов, терморегулятор для омшаника, терморегулятор для омшанника, терморегулятор для брудера, терморегулятор для котла.

Содержание

Плата контроля-регулировки температуры (термостат) на W1209

Диапазон уставки и отображения температур -50ºС +110ºС, чего вполне достаточно для бытового применения.
Красный светодиодный 3-х разрядный индикатор 22×10мм показывает температуру до десятых долей градуса, температуру ниже -10ºС (до -50ºС) и выше 100ºС (до 110ºС) отображает без десятичных долей, т.к. разрядов индикатора не хватает. Дискрета уставки задана по тому-же принципу.
Красный светодиод на плате просто дублирует включение реле.

3 кнопки управления: set, +, — .
set — выбирает режим уставки и настройки параметров
+ и — изменяют значение уставки и параметров

В режиме C (охлаждение) работает так: пока температура ниже уставки,
контакты реле разомкнуты, по достижении заданной температуры контакты
реле замыкаются и остаются в таком положении до снижения температуры
на величину установленного гистерезиса (по умолчанию на 2ºС).
В режиме H (нагрев) работает наоборот

Управляющее реле стоит на 12В, коммутирует ток до 20А (14VDC) и до 5А (250VAC)

Термодатчик представляет собой термосопротивление 10кОм, герметично залитое в защитный металлический колпачок.
Длина кабеля 30см

Настройка параметров с расшифровкой:
— Температура уставки -50ºС 110ºС, по умолчанию 28ºС
— P1 гистерезис переключения 0,1 — 15,0ºС, по умолчанию 2,0ºС
Несимметричный (в минус от уставки), позволяет снизить нагрузку на реле и исполнитель в ущерб точности поддержания температуры.
— P2 максимальная уставка температуры -45ºС 110ºС, по умолчанию 110ºС
Позволяет сузить диапазон уставки сверху

— P3 минимальная уставка температуры -50ºС 105ºС, по умолчанию -50ºС
Позволяет сузить диапазон уставки снизу
— P4 коррекция измеряемой температуры -7,0ºС 7,0ºС, по умолчанию 0,0ºС
Позволяет проводить простейшую калибровку для повышения точности измерения (только сдвиг характеристики).
— P5 задержка срабатывания в минутах 0-10мин, по умолчанию 0мин
Иногда необходима для задержки срабатывания исполнителя, критично например для компрессора холодильника.
— P6 ограничение отображаемой температуры сверху (перегрев) 0ºС-110ºС, по умолчанию OFF
Лучше без необходимости не трогать, т.к. при некорректной настройке дисплей будет постоянно отображать «—» в любом режиме и придётся скидывать настройки в состояние по умолчанию, для этого надо при очередном включении питания удерживать нажатыми кнопки + и -.
— Режим работы С (охладитель) либо H (нагреватель), по умолчанию С
Фактически просто инвертирует логику работы термостата.
Все настройки сохраняются после отключения питания.

При температуре ниже -50ºС (или при отключении датчика) на индикаторе отображается LLL
При температуре выше 110ºС (или при замыкании датчика) на индикаторе отображается HHH

Точность измерения около 1ºС

Размеры платы: 50x40x16мм

Цифровой терморегулятор XH W2078 220 В 5 А от 0 до 999 С

Регулятор температуры — важный элемент техники управления. Контроллер температуры фиксирует фактическое значение среды и изменяет ее температуру до тех пор, пока не будет достигнута заданная точка (целевое значение). Самый простой и распространенный тип регулятора температуры — это термостат. Этот простой тип регулятора температуры поддерживает постоянную заданную температуру. Чтобы поддерживать температуру на постоянном уровне в технике управления, контроллеры температуры используются вместе с различными температурными датчиками.

Терморегуляторы W2078 используются в различных промышленных и технических процессах. При достижении заданной температуры термореле размыкает или замыкает соответствующий переключающий контакт. Для измерения температурных показателей может использоваться термопара типа К, приобрести которую можно в комплекте с терморегулятором.

В терморегуляторе предусмотрена возможность настройки параметров пользователем, что позволяет настроить их работу в зависимости от области применения термостата. Программирование терморегулятора может выполняться с помощью встроенных клавиш на панели, а целевые установки и фактические значения при этом отображаются на дисплее.

Купить терморегулятор W2078 в интернет-магазине Элемаг вы можете указав свои данные в форме заказа или свяжитесь с нами по телефону прямо сейчас и мы поможем вам в подборе наиболее подходящей модели терморегулятора.

Технические храрактеристики

  • Модель: XH-W2078, W2078G
  • Диапазон измерения температуры: от 0 до 999 ⁰C
  • Точность измерения температуры: 1 ⁰C
  • Диапазон регулировки температуры: от 0 до 999⁰C
  • Точность контроля температуры: 1 ⁰C
  • Датчик температуры: термопара тип К с длиной провода 1 м (опционально)
  • Напряжение питания: AC 220В
  • Температура окружающей среды: от -15 до 55 ⁰C
  • Выходной сигнал: 5A
  • Габаритные размеры: 75 х 34 х 85 мм
  • Размеры встраиваемой панели : 71 х 29 мм
  • Вес: 88 г

Регулировка терморегулятора Ranco K-59

Вызвать мастера
Ответы на частозадаваемые вопросы

Регулировка терморегулятора Ranco K-59

В настоящее время в производственной программе фирмы Electrolux осталось не так много холодильников, имеющих механическую систему управления, построенную на основе терморегуляторов. Однако парк уже находящихся в эксплуатации подобных холодильников до сих пор очень велик. И мы получаем много вопросов по поводу возможности регулировки используемых в них терморегуляторов марки Ranco K-59. Данная статья написана для удовлетворения спроса на указанную информацию.

Современный механический терморегулятор (в частности, Ranco K-59) представляет собой относительно точный прибор, предполагающий однократную настройку характеристик непосредственно во время изготовления. Предполагается, что благодаря использованию качественных материалов и удачной конструкции терморегулятора, заводской регулировки хватит на весь срок его службы. Т.е. никакой «самовольной разрегулировки» механизма не произойдет.

Практические наблюдения полностью подтверждают гипотезу об отсутствии необходимости каких бы то ни было регулировочных работ с Ranco K-59 в процессе эксплуатации. В подавляющем большинстве случаев, если отмечается «уход» температурных характеристик прибора, то он связан с частичной потерей (т.е. утечкой) рабочего газа в системе «Сильфон – капиллярная трубка», а не с разрегулировкой механизма термостата.
Однако, если специалист по ремонту бытовых холодильников по какой-то причине решил произвести именно регулировку терморегулятора Ranco K-59, а не его замену на новый, то он может воспользоваться материалом, приведенным на этой странице.

В терморегуляторе Ranco K-59 имеется три регулировочных винта, изменяющих температурные характеристики прибора. Два из этих винтов расположены на стороне прибора, противоположной электрическим контактам (см. фото 1).


фото 1 — первые два регулировочных винта

При помощи этих винтов можно в некоторых пределах изменять температуру размыкания рабочих контактов термостата (рабочими контактами являются контакты номер 3 и 4). При вращении винта №1 по часовой стрелке или/и винта №2 против часовой стрелке, температура размыкания рабочих контактов будет увеличиваться (соответственно, вращение в противоположную сторону будет понижать температуру, при которой произойдет размыкание). При этом винт №1 обеспечивает «грубую» регулировку температуры размыкания, а винт №2 – «плавную». Следует также учитывать, что винты не имеют на своих резьбовых концах ограничителей и при чрезмерном числе оборотов против часовой стрелки возможно выпадение винтов из резьбовых втулок механизма термостата.

Третий регулировочный винт Ranco K-59 находится под белой пластиковой крышкой, расположенной на блоке электрических контактов. Для доступа к винту необходимо снять эту крышку с блока контактов (см. фото 2 и 3).


фото 2 — Пластиковая крышка.
фото 3 — Третий винт.

Данный винт позволяет регулировать температуру, при которой происходит замыкание рабочих контактов терморегулятора. При вращении винта по часовой стрелке происходит понижение температуры замыкания контактов. Справедливо и обратное: при вращении против часовой стрелки, температура замыкания будет повышаться.

При проведении регулировочных работ следует учитывать, что терморегуляторы Ranco K-59 относятся к классу приборов с регулируемой зоной нечувствительности. Т.е. Ranco K-59 имеют независимую от уставки температуру замыкания рабочих контактов. От уставки (т.е. от положения ручки регулировки режима работы терморегулятора, выведенной на панель управления холодильника) зависит только температура размыкания рабочих контактов. Поэтому, при проведении регулировки при помощи винтов №1 и №2 (см. фото 1), надо учитывать текущую уставку прибора.

Дополнительную информацию о терморегуляторе Ranco K-59 (включая температурные характеристики различных вариантов этого прибора) можно получить на этой странице.

Отечественным аналогом терморегулятора Ranco K-59 является серия ТАМ133-1М. Ознакомиться с информацией о приборах серии ТАМ133-1М и их температурными характеристиками можно на сайте TAM133.ru

термостат, термоклапан, как регулировать температуру, регулировка, механический термодатчик, комнатный датчик

Содержание:

О теплых полах теперь можно не только мечтать. В настоящее время их монтаж не требует больших трудозатрат и денежных средств. Теплые полы решили множество проблем, связанных с отоплением помещения. Особенно они радуют семьи, у которых есть маленькие дети и внуки, а так же тех, кто любит ходить босиком по голому полу. Ещё лучше, если уровень температуры в доме или квартире можно регулировать.


Понизить температуру обогрева в отопительной системе в зимний период требуется во многих ситуациях: днём, когда солнце активно проникает сквозь окна, ночью, чтобы не было жарко спать. В дневные часы, пока домочадцы на работе и в школе, можно сэкономить, и не топить сильно. В морозные вечера, наоборот, нужно поднимать уровень температуры теплоносителей в системе отопления, чтобы помещение прогрелось. Помогают сделать это легко и быстро, даже без участия человека, терморегуляторы для водяного отопления.

Как происходит регулировка обогрева теплого пола

Если дом или квартира не большие, регион проживания — южный, теплые полы можно оставлять основным источником отопления. В других случаях его делают как приятное дополнение, которое сделает жизнь более комфортной. Например, в детской комнате, в ванной или на кухне, в рабочей зоне. Всё дело в том, что делать пол очень горячим по понятной причине нельзя. Если за окном минус 40 градусов, отопительная система должна быть более мощной.

Очень удобно иметь полы, уровень нагрева которых контролируется. Есть множество устройств для регулировки температуры теплого пола. Их работа основана на едином принципе.

Отопительные контуры контролируются индивидуально, через обустройство специальных коллекторов, которые собирают вместе входы и выходы системы отопления:

Термодатчик для водяного теплого пола сигнализирует терморегулятору о том, что температура в помещении (или на поверхности пола) повысилась. В цепочку включается сервопривод, управляющий вентилями. Получив соответствующий сигнал от термостата, он впускает в систему новую партию горячей воды. Или, наоборот, перекроет её движение, если терморегулятор даст сигнал, что в комнате стало жарко. Помогает регулировать поток теплоносителя термоклапан для водяного теплого пола. Подобный термостатический клапан для теплого пола позволяет эффективно регулировать температуру подачи теплоносителя. Для подкачки воды обязательно устанавливается насос.


Итак, для контроля показателей температуры теплых полов нужны:

  • коллектор, куда сводятся все контуры;
  • терморегулятор;
  • термодатчик;
  • сервопривод, управляющий вентилями;
  • насос для подкачки воды.

Всё это вместе даёт возможность сделать систему отопления автоматизированной. Это не простое удобство, а экономия энергоресурсов. Терморегуляторы можно выставить так, что в отсутствие людей обогрев помещения будет снижен. Автоматы позволяют сэкономить от 30 до 40 процентов объёма энергоносителей. Причём на условиях проживания людей это не отразится, наоборот, сделает более комфортным пребывание в квартире или доме.

Для того, чтоб повысить безопасность эксплуатации приборов, предусмотрена установка предохранительных клапанов и защитной арматуры от скачков напряжения в электрической сети и перегрева электрооборудования.

Что могут контролировать термостаты

 Современные терморегуляторы для водяного теплого пола могут контролировать следующие показатели:

  • температуру воздуха в помещении;
  • уровень прогрева пола;
  • совмещать контроль температуры воздуха и поверхности пола.

Чтобы проконтролировать температуру воздуха в комнате, датчики встраивают в корпус термостата. Настраивают его специально для учёта уровня показателей в контролируемом помещении. Такой контроль эффективен только внутри зданий, которые имеют хорошую теплоизоляцию, а потери тепла сведены к минимуму. Если это условие не выдержано, датчик контроля температуры в помещении ставить не рентабельно.


Если надо проконтролировать прогрев поверхности напольного покрытия, датчик температуры водяного теплого пола устанавливают как можно ближе к отопительному контуру. Такая система эффективна, когда теплый пол выполняет функцию дополнительного обогрева помещения. Температурный режим воздуха устанавливают основные источники тепла.

Термостат для водяного теплого пола с комбинированной системой контроля применяется редко, в отдельных современных отопительных контурах. Он может одновременно контролировать уровень прогрева пола и воздуха, или, по выбору, что-то одно.

Типы терморегуляторов по конструкции и способу монтажа

Когда встаёт вопрос о том, как регулировать температуру водяного теплого пола, в многообразии различных видов термостатов нужно правильно сориентироваться. Несмотря на то, что они выполняют одну и ту же функцию, дополнительные возможности разные, и, соответственно, цена.

Устройства, которые выпускают производители, можно по сложности конструкции распределить на пять групп:

  1. механические;
  2. дистанционные сенсорные;
  3. обычные электронные;
  4. программируемые терморегуляторы;
  5. радиоуправляемые.

Надёжность моделей зависит не от конструкции, а от добросовестности производителя и условий эксплуатации.

По способу монтажа терморегуляторы бывают:

  • обычными настенными, которые крепятся в каждой комнате и подходят для небольших квартир;
  • щитовыми, позволяющими из одной точки контролировать процесс в большом здании.

Каждый из этих способов позволяет удобно эксплуатировать систему регулировки температурного режима.

Механический тип

Механические терморегуляторы для водяного теплого пола — самые простейшие модели, напоминающие устройства для регулировки холода в холодильниках. Стоят недорого, лёгкие в обслуживании. Температурный режим выбирается путём поворота термометрической головки. Специальная метка совмещается с нужной цифрой на шкале градации. Если что-то выставлено неправильно, всё можно без труда исправить. Есть модели, где установлен тумблер полного выключения/включения работы системы. Бывают механические терморегуляторы с таймером. Он позволяет выставить определённый промежуток времени, на время которого будут включены теплые полы.


Единственный минус — это необходимость постоянного контроля температуры, изменение показателей возможно только вручную. Никакой электроники, которая сможет распределить уровень температурного режима во времени, в них нет.

Следует знать, что встречаются некачественные экземпляры, не совсем точно отображающие температуру. Это, в принципе, не так страшно. Рекомендуется сразу после пуска устройства сверить его показания с комнатным термометром. Затем контроль осуществлять с учётом разницы.

Сенсорные термоклапаны с пультом управления

Регулировка температуры водяных теплых полов может осуществляться с помощью сенсорных моделей, которыми управляют дистанционно, с помощью пульта.

Устройства имеют современную легко управляемую сенсорную панель. На неё выводится вся текущая информация о температурном режиме, в том числе, и предупреждение о наличии какого-то сбоя в системе.


Привлекательность таких конструкций не только в их «дистанционном» обслуживании, но и в том, что они могут регулировать сразу несколько контуров. Именно для таких сложных систем применяют чаще всего сенсорные модели, управляемые с помощью пульта. Термостат от надёжного производителя прослужит долго.

Обычные электронные термостаты для водяного теплого пола

Некоторые потребители предпочитают установить в своём доме обычные электронные терморегуляторы. Они практически не отличаются от сенсорных с дистанционным управлением. На пластиковой панели расположены электронное табло и кнопки. С их помощью задаётся необходимый температурный режим, который может меняться за сутки несколько раз.


Разобраться самостоятельно в настройках такого устройства несложно. Конструкция на порядок выше, чем у термостата для теплого водяного пола механического типа.

«Умные» программируемые терморегуляторы

Устройства, которые сами могут менять уровень температуры в помещении в отсутствие людей, гораздо более сложные, но экономия от их использования огромная. Затраты на их покупку и установку окупятся в первый же зимний сезон. Речь идёт о программируемых терморегуляторах. Они могут обслуживать одновременно несколько контуров. Есть возможность подключения к системе «умного дома».


Программируемый терморегулятор решает множество проблем с отоплением, обеспечивает комфортное пребывание в помещении. Позволяет настроить определённые дни, часы и недели на заданную температуру. Поэтому даже в отсутствие хозяев он сам переведёт отопительную систему в экономный режим. Вся информация о его работе отображается на дисплее.

Устанавливать их может только специально обученный мастер. Аппаратура эта дорогостоящая, требует бережного к себе отношения, но вполне оправдывает себя.

Беспроводные радиоуправляемые термостаты

Еще более дорогостоящие, чем электронные программируемые, радио термостаты устанавливают редко. Используют в домах, где принято решение не использовать электрические кабели.

Команды сервоприводам подаются с помощью радиосигналов. Происходит это следующим образом. Сигнал от датчиков для водяного теплого пола поступает на радио термостат. Он перенаправляет их радио контролёру. Цепочка радиосигналов приводит к механизму подачи горячей воды. Цена такой аппаратуры высокая из-за того, что приёмники и передатчики установлены на каждом этапе передачи радиосигналов.

Ремонт такой системы, если она выйдет из строя, дорогостоящий.

Как определиться с выбором термостата для регулировки

Первое, на что обращают внимание, когда речь заходит об комфортном пребывании квартире или доме, это температура воздуха в помещении. Каким ни был интерьер, а способ отопления, и все связанные с этим последствия оказываются более важными. Если помещение равномерно прогрето, нет сырых полов, углов и закоулков с холодными сквозняками, в помещении находиться приятно. Терморегулятор для теплого пола с выносным датчиком позволяет добиться комфортного уровня температуры в каждом помещении отдельно. Однако механический термостат для таких целей покупать не целесообразно. У него нет возможности контролировать температурный режим одновременно в нескольких помещениях.

Перед покупкой терморегулятора нужно подумать, какие проблемы по контролю за температурным режимом решит это устройство. Если есть необходимость отрегулировать тепло в отсутствие хозяев, с этой задачей прекрасно справится программируемый термостат.

Когда члены семьи не могут определиться с общим температурным режимом в доме, поможет многоканальный электронный термостат, который с помощью датчиков, установленных в разных комнатах, будет регулировать уровень тепла.

Самый недорогой и простой в использовании механический терморегулятор поможет поддерживать нужный уровень температуры в небольшой квартире.

При выборе терморегулятора нужно обязательно знать его мощность. Она должна соответствовать мощности системы отопления теплого пола.

Разные виды комнатных термостатов для водяного теплого пола предназначены для отопительных систем с определёнными техническими характеристиками и теплосберегающими показателями зданий, климатом данного региона. Учитываются пожелания потребителя. Так, например, у разных моделей и производителей отличаются интерфейсы, с помощью которых удобно следить за работой прибора.

Советы по установке терморегуляторов

Перед тем, как выполнять монтаж, нужно познакомиться с инструкцией и схемой подключения, чтобы установка датчика теплого пола была выполнена правильно. Она изображена на обратной стороне корпуса. Если порядок подключения будет нарушен, аппарат выйдет из строя. Поэтому на этом этапе очень важно правильное подключение, от которого зависит, насколько эффективно будет работать вся саморегулирующая система. Конечно, немаловажно и то, насколько грамотно был сделан монтаж контуров теплого пола.


Следует учесть, что у сервопривода двигатель с двусторонним вращением. Он вращается по часовой стрелке или в обратную сторону в зависимости от сигнала, который подаёт ему термостат. При этом клапан увеличивает или делает меньше просвет в трубе, по которой идёт теплоноситель.

Термостаты нужно располагать поближе к электрическим розеткам, на высоте от пола от 0,5 до 1 метра. Если в семье маленький ребёнок, то прибор нужно крепить повыше. Особенно это касается программируемых электронных моделей, которые легко вывести из строя неумелым обращением.

Оборудование работает от сети напряжением 220 В (кроме радиоуправляемых).

Подсоединение к электросети всех приборов нужно выполнять в соответствии с правилами устройства электроустановок.


Датчик температуры воздуха регулируемый

На чтение: 6 минут Нет времени?

Регулятор с датчиком температуры воздуха – незаменимый прибор для системы отопления. Именно он помогает регулировать температуру в доме в промозглый осенний вечер или тёплым днём. Каковы особенности прибора, где его устанавливают чаще всего, как сделать такой датчик своими руками, – будем разбираться вместе с экспертами интернет-портала для мастеровитых людей housechief.ru.

Температура воздуха может контролироваться в широком диапазоне

Читайте в статье

Что такое терморегуляторы с датчиком температуры воздуха

Терморегулятор – специальный контроллер, обеспечивающий управление обогревательным устройством. Гарантирует поддержание температуры теплоносителя в заданном диапазоне. Режим работы терморегулятора задаётся вручную, после чего он начинает автоматически регулировать работу отопительного оборудования.

Режим работы выставляется вручную

Основные функции термореле с регулировкой температуры

Функциональные возможности устройства позволяют:

  1. Сократить эксплуатационные расходы за счёт экономии используемого топлива. Термореле с регулировкой температуры отключает оборудование после достижения максимального значения температуры и подключает после снижения до минимального.
  2. Обезопасить потребителя. При перегреве котла или возникновении неисправности раздастся характерный звуковой сигнал.
  3. Создать комфортные условия внутри дома, так как датчик температуры воздуха будет автоматически менять режим работы оборудования.

Термореле имеет широкие функциональные возможности

Принцип действия терморегулятора и датчика температуры

Регулировка температуры воздуха осуществляется следующим образом:

  • на терморегулятор поступают данные о степени нагрева теплоносителя;
  • датчики, находящиеся непосредственно в помещении, предоставляют данные о температуре воздуха;
  • собранная информация поступает на блок управления;
  • регулятор температуры воздуха в помещении сравнивает поступившие значения, а затем изменяет температуру теплоносителя в нужном направлении.

Температура теплоносителя зависит от поступившей на блок управления информации

Виды датчиков для измерения температуры

Датчик температуры воздуха в помещении может иметь различное конструктивное исполнение, определяющее порядок его работы, срок службы и стоимость. Прежде чем отдать предпочтение определённому варианту, стоит ознакомиться с существующими.

Датчики бывают разного вида

Выносные датчики температуры

Большинство терморегуляторов оснащается встроенными датчиками, позволяющими определить температуру воздуха непосредственно в той комнате, где установлено отопительное оборудование. Используя терморегуляторы с выносным датчиком температуры воздуха, можно определить температуру за пределами помещения, в котором находится блок управления. При этом прибор выполняет ту же функцию – принимает данные, чтобы отрегулировать степень нагрева воздуха.

Чаще всего терморегуляторы с выносными датчиками устанавливают непосредственно около котла, а для чувствительного элемента выбирают место в отапливаемой комнате. Возможна также установка за пределами дома, чтобы адаптировать системы отопления под внешние условия. В этом случае они выступают в качестве дополнительных индикаторов, а основными являются устройства, располагающиеся внутри.

Приборы с выносными датчиками позволяют измерить температуру воздуха на расстоянии

Электронные датчики температуры

Электронные приборы комплектуются полупроводниковыми деталями, с помощью которых измеряется изменение температуры. Позволяют автоматизировать процесс. Электронные датчики температуры устанавливаются на котлы и другое отопительное оборудование. Отличаются широкими функциональными возможностями.

Бывают с открытой и закрытой системой управления. Первый тип имеет большой набор функций. Такие устройства можно программировать, выполняя тонкую настройку. Однако сложное конструктивное исполнение предъявляет определённые требования к знаниям потребителя.

Датчики с закрытой системой работают по строго заданному алгоритму. Возможно изменение ограниченного числа программ и настроек. Благодаря простоте обслуживания их чаще всего приобретают для оснащения бытовых систем. Для питания датчиков необходим электрический ток. Их подключают к розетке, устанавливают на дин-рейку либо используют батарейки.

Внимание! Для работы большинства электронных датчиков необходимо напряжение в 24 Вольта.

Управление электронными моделями осуществляется за счёт использования специальных кнопок либо сенсорной панели. С их помощью пользователь может изменить температурные настройки. На мониторах дополнительно отражается дата и время.

Современные устройства способны работать в режиме дня/ночи, выходных дней/будней. Возможно наличие других функций, увеличивающих стоимость терморегулятора. Перед покупкой стоит сопоставить потребность в перечисленных возможностях с затратами на приобретение конкретной модели.

Электронные модели способны работать в различных режимах

Прочие

Термореле с выносным датчиком температуры принято делить на различные виды в зависимости от используемого при изготовлении материала, функционалу, особенностям монтажа. Способ контроля температуры позволяет разделить прибор на устройства:

  • с контролем по датчику воздуха;
  • с контролем по датчику пола;
  • комбинированные. Учитывают данные от различных источников.

Первый тип получил наибольшее распространение, если требуется автоматизировать работу отопительного котла или батареи отопления. Второй актуален при устройстве системы «тёплый пол», что значительно сокращает возможную область использования.

В зависимости от используемого материала датчики могут быть:

  • биметаллическими, при изготовлении которых используется упрочнённая пластмасса;
  • электронными термисторами;
  • электронными термопарами.

В качестве терморегулятора для отопительного оборудования используются два последних вида. Могут быть механическими и электронными. В основу работы механических приборов положен принцип изменения объёма биметаллических пластин с последующей передачей данных блоку управления.

Механические приборы обладают некоторой инертностью

Преимущества и недостатки использования терморегуляторов с выносным датчиком температуры воздуха

Прибор со встроенным датчиком может показывать некорректные данные. Особенно располагаясь около отопительного оборудования. Отдав предпочтение электронному термостату с выносным датчиком, можно значительно уменьшить ошибку измерения.

Терморегулятор демонстрирует высокую точность измерения

К преимуществам устройств данного типа стоит отнести:

В настоящее время большинство современных технологических процессов движется в направлении автоматизации. Ввиду этого, современное управление агрегатами и механизмами, зачастую просто невозможно без точного контроля различных физических величин. Не маловажным является также измерение температуры, а также и многое-многое иное. На долю контроля температуры приходится около 50 % от всех измерений.

Так как условия работы и диапазон измерений довольно сильно могут разнится друг от друга, то и были разработаны разные по помехоустойчивости, точности и скорости работы датчики температуры.

Датчики температуры и термопреобразователи

Какого бы типа не был датчик температуры или термопреобразователь, общим для них всех будет сам принцип преобразования. А конкретно: контролируемая температура всегда преобразовывается в электрическую величину. Обусловливается это тем, что электрический сигнал гораздо легче передать на расстояние с большой скоростью, легче обработать и, как следствие — высокое быстродействие.

Таким образом, датчиком температуры является устройство, принимающее и преобразующее контролируемую величину температуры в сигнал, пригодный для его передачи на приборы или управляющие устройства, как-то, например, автоматики котельной и оборудования. Датчики температуры активно применяются для производства измерений температуры в автоматических системах контроля, регулирования и управления различными технологическими процессами, практически во всех отраслях промышленности.

К датчикам температуры относятся:

  1. Термопреобразователи сопротивления.
  2. Пирометры.
  3. Термопары — термоэлектрические преобразователи.
  4. Термометры ядерного квадрупольного резонанса, иначе — ЯКР-термометры.
  5. Термопреобразователи кварцевые.
  6. Датчики температуры шумовые.
  7. Датчики температуры акустические.
  8. Преобразователи дилатометрические.

Терморегуляторы – термостаты

Терморегуляторы, иначе — термостаты – это устройства для регулировки температуры теплоносителя внутри действующей системы отопления. В настоящее время производители терморегуляторов предлагают, в основном, три вида таковых устройств, отличающихся друг от друга лишь внутренним сигналом, от которого они и работают. Такие сигналы в терморегуляторах исходят:

  • от теплоносителя;
  • от окружающего воздуха внутри помещения;
  • от воздуха снаружи помещения или дома.

Учтите, что вид терморегуляторов с сигналами от теплоносителя в настоящее время относится к «устаревшей» категории сейчас применяется крайне редко, как мало эффективная модель, которая реагирует лишь температуру теплоносителя, что само по себе довольно не эффективно и почти всегда не оправдано.

Также термостаты делятся на:

  • терморегуляторы прямого действия;
  • терморегуляторы с электроуправлением;
  • терморегуляторы электрические.

Итак, подытоживая сказанное, следует отметить, что в том, что терморегуляторы необходимы видимо ни у кого нет сомнений. Именно с их помощью возможно существенно экономить на оплате отопления, которое зимой съедает чувствительную часть бюджета в любой семье.

Термометры

Термометры – это приборы осуществляющие измерения температуры воздуха, воды, тела, почвы и прочего. Существуют термометры нескольких видов, как-то:

  • механические;
  • жидкостные;
  • электронные;
  • газовые;
  • оптические;
  • инфракрасные.

Специальные технические термометры повсеместно применяются на предприятиях нефтегазовой, нефтехимической и горно-металлургической промышленностях, в сельском хозяйстве и машиностроении, в сфере ЖКХ, на транспорте, в строительстве и даже в медицине, словом практически везде.

Время чтения: 5 минут Нет времени?

Отправим материал вам на e-mail

Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха — это устройства для контроля за электрическими и газовыми обогревательными приборами с вмонтированной функцией автоматического контроля. Они позволяют поддерживать необходимый температурный режим внутри жилища. Термостат осуществляет контроль за процессом и избавляет от необходимости выполнять ручную регулировку отопительного оборудования.

Оптимальная температура воздуха в помещении позволяет создать комфортные условия для проживания

Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха: характеристики и особенности

Терморегулятор или термостат – это прибор, отвечающий за поддержание заданного температурного значения в устройстве отопления. Данный механизм считается основным элементам управления теплоносителя.

Современные терморегуляторы оборудуются небольшим дисплеем

В ручном режиме выставляется нужное значение, а затем прибор его автоматически поддерживает. Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха считаются частью охладительной или отопительной системы. Их вставляют в разное оборудование климатического контроля.

Термостаты отличаются определенным набором функций и дизайном

Функции устройства

Термостат обладает следующими функциями:

  • экономия ресурсов, прибор контролирует заданное температурное значение и при необходимости отключает оборудование;
  • безопасностью, так как при поломке оборудования устройство оповестит о проблеме звуковым сигналом;
  • комфортные условия, при работе термостата нет необходимости регулировать систему ручным способом.

Простые модели устройств отличаются компактностью

Для радиаторов отопления предусмотрено использование специальных моделей. Они устанавливаются на трубе прибора отопления.

Принцип работы механизма с регулировкой температурного режима

Термореле с регулировкой работает по следующему принципу:

  • в теплоносителе задаются необходимый температурный режим;
  • данные о температуре воздуха попадает в прибор;
  • собранная информация подается в блок управления;
  • регулятор проводит сравнение данных и регулирует температуру.

Радиатор отопления с встроенным механизмом

Типы термодатчиков

Прежде, чем купить терморегулятор с датчиком температуры воздуха нужно разобраться в отличительных особенностях приборов. Изделия отличаются материалом изготовления, принципом работы и особенностями установки.

Приборы делятся на следующие варианты в зависимости от материала:

  • биметаллические;
  • электронные термопары;
  • электронные термисторы для отопительных схем.

По принципу действия бывают следующие виды:

  • электронные оборудованы встроенными термометрами;
  • работа механических изделий основывается на расширение пластин и передаче данных регулирующему устройству.

Механические изделия являются более бюджетным вариантом

Контроль за температурой выполняется по термодатчику воздуха, пола или с помощью комбинированных вариантов. Чаще всего сбор информации осуществляется по приборам, которые монтируются на радиаторы отопления.

Статья по теме:

Термоголовка для радиатора отопления. Назначение, принцип действия, монтаж, регулировка и рекомендации в отдельной публикации нашего онлайн-журнала.

Термостат незаменимое устройство в системе отопления

Бывают регуляторы с выносным механизмом, который устанавливается в отдалении от отопительного устройства, что позволяет получить более достоверные данные. Прибор с выносным устройством фиксируется на стене и подсоединяется в общую схему.

Термостат для радиатора отопления

Полезная информация! Чтобы избежать ненужных хлопот и трат при выборе подходящей модели стоит обратиться за консультацией к специалистам.

Регуляторы встроенного типа применяются для сплит-систем

Цены на некоторые модели термостатов можно увидеть в таблице.

Нюансы терморегуляторов с выносным датчиком температуры воздуха

Некоторые модели оборудуются выносным датчиком. Устройство получает показания и в зависимости от полученных значений, прибор включается или отключается.

Подобные изделия могут управлять разным оборудованием:

  • водяным полом;
  • электрическими обогревателями;
  • инфракрасными обогревателями;
  • кондиционерами.

Для инфракрасных устройств применяются термостаты розеточного типа

Электрические датчики

Электронные устройства пользуются все большей популярностью. Для контроля температуры в подобных устройствах используются полупроводниковые материалы. Схемы подключения теплого пола к терморегулятору предполагают использование тока, поэтому их подключают к розетке или используют батарейки или аккумуляторы. Электронные модели оборудуются мониторами, на которых отображаются температурные настройки, дата и время.

Современные приборы с дисплеем

Наличие дополнительных функций оказывает влияние на стоимость изделий.

Электронные устройства имеют определенные преимущества перед механическими:

  • их проще устанавливать;
  • обладают большим диапазоном температур, при этом могут применяться в подвальных помещениях и гаражах.

Можно собрать терморегулятор с температурным механизмом своими руками. Для этого понадобится микроконтроллер, дисплей и другие детали. Также в приборе должен механизм, измеряющий температуру. Важно правильно настроить прибор и подключить его к отопительному устройству. Разрабатывая схему подключения терморегулятора к инфракрасному обогревателю можно применять несколько устройств.

Полезная информация! Выбор терморегуляторов с датчиком температуры воздуха для котла лучше производить того же производителя, что и котел. При этом устройство без проблем подключается к отопительной системе.

Характеристики терморегуляторов с датчиком температуры воздуха для погреба

В погребе хранятся запасы продуктов, поэтому так важно поддерживать оптимальный температурный режим в данном помещении. Если данный показатель не контролировать, то температура может опуститься слишком низко холодной зимой или слишком высоко при потеплении на улице.

В решении подобных проблем поможет термостат. Он контролирует температуру в погребе и поддерживает ее на нужном уровне. Устройство оснащено механизмом, который может быть встроенным или дистанционным. Терморегулятор нужно размещать на небольшой высоте над полом и поблизости с овощами и другими продуктами, которые хранятся в погребе.

В подвальном помещении не стоит использовать сильно мощное оборудование. Если площадь погреба более 10 кв. м., то стоит установить тепловентилятор, который позволяет равномерно распределять тепло.

Электронный прибор ТРо-02 для погреба

Приобретение и монтаж регулятора для отопительной системы считается выгодным решением. Термостат способен облегчить жизнь и поддерживать оптимальное температурное значение, а также помогает сэкономить средства на оплату коммунальных средств.

Видео: комнатный регулятор

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Регулировка датчика температуры котла | Датчики температуры

Информация

Отвечаем на ваши наиболее частые вопросы

…на каком принципе работает регулятор ACD 01?

… регулятор ACD 01 – это эквитермический (погодозависимый) регулятор, который в зависимости от наружной температуры регулирует температуру воды для системы отопления на основе кривых, установленных таким образом, чтобы в обогреваемых помещениях поддерживалась требуемая температура. В случае если к регулятору ACD 01 подключены комнатные модули SDW 10 или SDW 20, регулятор оптимизирует температуру отопительной воды (кривые) для системы отопления полностью автоматически, практически без необходимости дополнительной регулировки. Регулятор ACD 01 позволяет также регулировать температуру воды для системы только на основе комнатных температур в эталонных помещениях без учета наружной температуры, что в некоторых случаях является идеальным решением. Преимуществом регулятора является и то, что все значения температуры и состояния вы можете наблюдать на большом дисплее регулятора в месте установки котла, а при использовании комнатного модуля SDW 20 также и в жилой комнате.

…что регулирует регулятор ACD 01в системе отопления.

… регулятор ACD 01 при одном варианте использования может регулировать два отопительных контура в системе отопления или при другом варианте одну электрическую цепь котла для поддержания минимальной температуры воды, возвращаемой в котел, и один отопительный контур в системе отопления объекта. Кроме того, регулятор может регулировать оптимальный нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, например, через комбинированный бойлер, и солнечные коллекторы через накопительный бак, что является интересным вариантом в настоящее время. Регулятор может оптимизировать зарядку и разрядку бойлеров (накопительных баков) с учетом оптимальной работы котла на дровах или угле. Регулятор также запрограммирован для использования котла на пеллетах с буферной емкостью.

…может ли регулятор ACD 01 регулировать и работу котла, или только работу системы отопления.

… регулятор ACD 01 может регулировать работу любого котла ATMOS. В случае необходимости регулятор управляет элементами котла, такими, как вентилятор (приточный и вытяжной), горелка для пеллет, сервисный привод с клапаном в моделях GSE и т.п. При установке регулятора для конкретного технического решения системы выбирается конкретное подключение из большого количества предварительно установленных производителем гидравлических схем согласно руководству (инструкции), входящему в комплект поставки. В случае если вы хотите одновременно с системой отопления регулировать и работу котла с ручной загрузкой (вентилятор котла), или в случае установки солнечных панелей, к каждому установленному комплекту регулятора необходимо докупить датчик температуры дымовых газов. Для котлов на пеллетах DxxP датчик температуры дымовых газов не требуется.

…может ли регулятор ACD 01 регулировать работу нескольких источников тепла? (например, газового котла, работающего одновременно с котлом на дровах и т.п.)…

… кроме котла ATMOS, к регулятору можно подключить источник тепла с простым управлением, например, газовый котел или электрический котел. Согласно «Руководству по эксплуатации регулятора» необходимо установить вид и подключение вторичного источника.

…регулятор ACD 01 может регулировать только два контура.

… каждый регулятор ACD01 может регулировать два контура; если необходимо регулирование нескольких контуров, то к системе можно подключить дополнительные регуляторы ACD 01; всего можно регулировать до 16 отопительных контуров.

…всегда ли регулятор должен быть помещен на панели котла.

… модуль регулятора можно помещать практически в любом месте; у котлов ATMOS, начиная с 2006 года, можно использовать подготовленное отверстие в приборном капоте. Регулятор можно также поместить на стену около котла в коробке со стандартно предлагаемым клеммным блоком SWS12. В том случае, если речь идет о котле более старой модели или о котле иного производителя, расстояние между регулятором и котлом ограничивается только максимальной длиной кабелей.

…какой может быть максимальная длина кабелей к регулятору? …

… максимальная длина кабелей к регулятору указана в главе 3.2.5 руководства:

  • кабели, подсоединенные к клеммному блоку — 100 м (комнатный термостат (модуль), другие регуляторы и т.п.)
  • кабели к датчикам, сенсорам, сервоприводам и т.п. – макс. рекомендуемая длина 200 м

… можно ли подключить к регулятору любой комнатный термостат иного производителя?

… нельзя, регулятор является совместимым с комнатными модулями SDW 10 или SDW 20, поставляемыми для данного регулятора.

… всегда ли комнатный модуль должен быть соединен с регулятором посредством кабеля?

… между комнатным модулем и регулятором осуществляется обмен данными, поэтому оба элемента должны быть соединены экранированным кабелем.

… какой сервисный привод следует использовать для управления смесительным устройством?

… сервисный привод, в первую очередь, должен быть рассчитан на 230 В/50 Гц, во вторую очередь сервисный привод следует выбирать так, чтобы его можно было подключить к смесительному клапану через соответствующий адаптер. Время реакции сервисного привода практически не имеет значения (100 — 150 сек.), так как в регуляторе ACD01 это время можно установить индивидуально, то есть время реакции должно соответствовать типу системы. Можно использовать, например, сервисные приводы ESBE 66 – 120 сек. MUT V70 – 100 сек. BELIMO HR230-3-T – 140 сек. или BELIMO HT230-3-T – 140 сек. и др.

… почему существует разница между температурой на регуляторе и, например, температурой на термометре в котле.

… регулятор ACD 01 является цифровым, то есть он изображает точную температуру, в то время как аналоговые термометры, термостаты и т.п. могут иметь значительные отклонения. В любом случае показание зависит от правильного размещения и крепления датчика (сенсора), то есть при установке датчиков необходимо тщательно выбирать место их установки и крепления с учетом влияния на датчик нежелательного нагрева или охлаждения (например, от расположенного рядом трубопровода, дымового канала, сквозняка, солнечного излучения и т.п.). Считывание температур является очень важным для правильной работы регулятора, иначе могут возникать различные ошибки в регулировании системы отопления и котла (например, недостаточное нагревание котла или его преждевременное отключение, перегрев котла, системы и т.п.).

… как действовать в случае необходимости защиты системы при незапланированном отключении электроэнергии.

… так как регулятор ACD01 регулирует работу целой системы, включая котел, необходимо рассчитать мощность целой системы, а также задуматься над временем защиты, кроме того, необходимо помнить, что речь идет об электронном регулировании, и поэтому выходное напряжение резервного источника питания должно иметь форму синусоиды. Таким образом, в первую очередь следует предохранять регулятор ACD 01, а в случае если не подключен контур охлаждения против перегрева, являющийся составной частью каждого котла ATMOS, следует зарезервировать, по крайней мере, один насос в системе так, чтобы он по крайней мере в течение одного часа отводил излишнее тепло котла. Перед вводом котла в эксплуатацию необходимо все опробовать, чтобы ни в одном из режимов работы котел не перегревался.

…что делать с котлом и регулятором в летний период, когда котел не используется?….

… по окончания сезона отопления необходимо котел тщательно вычистить, заменить неисправные детали (не следует ждать до осени), выключить вентилятор или горелку для пеллет. Но регулятор ACD 01 ни в коем случае не выключается! Это нужно для того, чтобы в летний период регулятор периодически на короткое время мог включать насосы и приводить в движение сервисные приводы, чтобы они не заедали и оставались пригодными для работы.

Автоматика твердотопливного котла

Проблема твёрдотопливных котлов в том, что они не контролируются по  температуре: заложили в котёл уголь, дрова, теплоноситель нагрелся до 90 градусов и шпарит; топливо прогорело – температура упала. Снова подкладывай топливо. Нам хочется жить комфортно: чтобы были в доме радиаторы или тёплый пол. И как можно меньше напрягаться, уж во всяком случае, не заглядывать в котельную по несколько раз в день. Существует ли автоматика для твердотопливного котла. Если да, то что собой представляет? Для ответа на поставленные вопросы и написана эта статья.

Простейшая автоматика для твердотопливного котла

До недавних пор единственный способ регулирования интенсивности горения топлива в твердотопливном котле было открывание/закрывание дверцы топливника или поддувала. Но не будешь же сидеть и делать это постоянно!

Чтобы избежать такого «счастья», умельцы придумали механизм, который условно назовем термостат. Он вкручивается в корпус котла. У него имеется градуировка, с помощью которой выставляется требуемая температура. Устройство может поворачиваться, и при поворотах поворачивается рычаг, который связан цепочкой с дверцей поддувала. Выглядит такая автоматика для твердотопливного котла так:

А котел с установленным на нём устройством так:

При поворотах рычага термостата, цепочка натягивается, либо отпускается, благодаря чему дверца поддувала приоткрывается или, наоборот, прикрывается. При этом горение топлива уменьшается или становится интенсивнее, соответственно температура теплоносителя тоже уменьшается или увеличивается.

Как устроен и как работает этот термостат?

У него есть термометр (датчик температуры), который погружается в теплоноситель в котле. Рукояткой на термостате задаём требуемую температуру. И при отклонении от заданной температуры механизм внутри корпуса термостат вращает рычаг, выступающий сбоку. К рычагу крепится цепочка, соединённая с дверцей поддувала (шибера).

Схема обвязки твердотопливного котла с котлом, работающим на другом топливе

Раньше я писал, что обвязка котлов. работающих на разных видах топлива, одинакова и от вида топлива не зависит. Тем не менее, приведу две схемы обвязки для твердотопливного котла, ибо стремление автоматизировать таковой котел привносит кой-какие дополнения.

Ниже предлагается схема обвязки для твердотопливных котлов:

Как видно на схеме, параллельно твердотопливному котлу подключается ещё какой-либо котёл: газовый, дизельный, электрический. (Как показывает практика, обычно подключают электрические котлы.) Какова роль этого котла? Если вас нет дома, и топливо в основном котле прогорело, для того, чтобы не разморозилась система, включается электрический котёл и просто поддерживает плюсовую температуру теплоносителя в системе.

Разбираемся далее по схеме.

Циркуляционный насос подаёт теплоноситель из системы, проталкивая его в котёл. Теплоноситель, проходя через котёл, нагревается. Далее через балансировочный кран БК1 нагретый теплоноситель поступает в ближайший радиатор, который может работать по принципу естественной циркуляции, то есть, без циркуляционного насоса. Для чего он нужен, этот радиатор? Для предотвращения перегрева в случае перебоя электрической энергии. Этот радиатор ставится без термовентиля!

Нагретый теплоноситель протекает также через бойлер косвенного нагрева. В бойлере имеется змеевик, по которому движется теплоноситель системы отопления, и змеевик погружён в воду, поступающую тоже в бойлер из водопровода. Так реализуется горячее водоснабжение в доме.

Далее, после нагрева бытовой воды в бойлере, теплоноситель поступает к радиаторам. А также, при необходимости, через термостатический двухходовой клапан Т2-20-50 поступает в систему подогрева пола. Датчик термостатического двухходового клапана открывает его, если поступающий в пол теплоноситель достигает установленного уровня температуры (обычно 35-40 градусов). Если же температура теплоносителя выше, то термостатический клапан закрывается, защищая полы от перегрева.

Благодаря циркуляционному насосу теплоноситель обильно циркулирует по змеевикам тёплого пола.

БК2 и БК3 – это регулирующие вентили с возможностью регулировать проходящий поток. Это могут быть вентили, задвижки, но не шаровые краны. Также это могут быть балансовые вентили – более совершенные для регулирования потока. При помощи этих вентилей поток от насоса распределяется таким образом, чтобы его хватило для подогрева пола и, в то же время, чтобы поток был достаточным для самого котла.

Кран БК1 – это кран защитного самотечного радиатора. При помощи этого крана поток настраивается таким образом, чтобы возвратный патрубок к радиатору был примерно на 40 градусов холоднее подающего патрубка.

Общий объём потока зависит от циркуляционного потока и может быть изменен переключением скорости насоса.

Схема обвязки твердотопливного котла без вспомогательного котла

Рассмотрим схему, где нет вспомогательного котла.

2 – предохранительный клапан; 4 – двухходовой клапан, соединённый датчиком температуры с циркуляционным насосом; этот датчик работает на теплый пол, контролируя температуру в нём; 5 – трехходовой клапан, от которого идёт провод к датчику; этот клапан контролирует возвращающуюся температуру, если она высока, то клапан не пускает теплоноситель в обратку, а направляет снова в подачу; 6 – балансировочный кран; БР – расширительный бак

На «натуре» приведенная схема выглядит так:

Как выбрать мощность циркуляционного насоса по мощности котла?

Если котёл до 10 кВт, то мощности насоса достаточно от 25 до 60 Вт. Для котла мощностью 20 кВт мощность насоса должна составлять от 40 до 80 Вт. Для котла 40 кВт мощность насоса от 50 до 100 Вт.

Устройства автоматики твердотопливного котла

Перечислим другие устройства, применяемые для автоматизации твердотопливных котлов.

Балансировочный кран выглядит так:

За счёт рукоятки на нём регулируется проток теплоносителя. На показанном на фото кране есть ещё и расходомер, по которому можно отрегулировать требуемый поток теплоносителя.

Трёхходовой клапан:

— с ручной регулировкой температуры (чёрным окрашена как раз та «крышечка», с помощью которой и выставляется нужная температура). Если присмотреться, то на фото можно разглядеть: на корпусе клапана выбита схема правильного его подключения.

Термоголовка с выносным датчиком температуры:

Датчик крепится либо в теплом полу, либо на трубопровод. В зависимости от температуры, определённой датчиком, головка срабатывает, открывая или закрывая клапан.

Как видим, для автоматизации системы отопления, работающей от твердотопливного котла, применяется такое же оборудование, какое было рассмотрено для систем с газовыми котлами.

автоматика твердотопливного котла

Жидкость для отопления. Температура и регулировка

Эта статья поможет понять, как подбирать и как регулировать температуру такой субстанции, как жидкость для отопления, а также – чем заполнить систему отопления и от чего вообще зависит температура теплоносителя. Поговорим и о регуляторах отопления, которые являются обязательными для того чтобы система теплоснабжения была эффективна.

Регулятор отопления

Перед тем, как заправить систему отопления, обязательно следует обратиться к специалистам за консультацией – будет ли это вода, или же антифриз. Выбирая температуру жидкости для отопления, учитывают такие факторы:

  • благоприятный температурный режим в помещении;
  • качественная работа котельного оборудования;
  • эффективная передача тепла по трубам.

Какой должна быть оптимальная температура в теплосети?

Задача отопительной системы – в обеспечении в здании тепла. Заполнение системы отопления определенным носителем тепла – важный момент. Нормы температурного режима отражены в документах. В жилых домах минимумом температуры в комнатах считается +18 градусов, а в детских садах и больницах он равен +21 градусу. Тепло в помещении зависит ещё и от температуры на улице, а также нужно учитывать потерю тепла и от вентиляции, через ограждающие конструкции.

Температурный режим в различных помещениях

Сам нагрев жидкости для системы отопления имеет довольно большой температурный диапазон: от 30-40 и до 85-90 градусов. Более 90  градусов не должно быть, так как при такой температуре начинается разложение лакокрасочных покрытий и пыли. Это недопустимо по санитарным нормам.

Для того чтобы определить как можно точнее, какая температура носителя в системе отопления необходима, нужно использовать температурные графики, в них указывается зависимость параметров носителя тепла от температуры воздуха снаружи или же применяется автоматическое регулирование по показаниям датчика в помещении.

Как определить подходящую температуру для работы котельной и передачи тепловой энергии

Для того чтобы от котлов была максимально эффективная отдача, нужна высокая температура. При использовании трубопроводов это тоже актуально, так как горячая жидкость для системы отопления переносит больше энергии. В связи с этим температуру воды на выходе из котла нужно приближать к самым высоким из допустимых пределов.

Зависимость эффективной работы  котла отопления от температуры теплоносителя

Минимальный  нагрев носителя тепла в котле не должен быть ниже точки росы, это зависит именно от конкретного оборудования, а также от определенного вида топлива.

В противном случае, котёл начнёт «плакать», то есть при горении конденсируется жидкость вместе с различными веществами дымовых газов,  что ведёт к быстрому износу оборудования.

Как согласовать нужную температуру жидкости для отопления и котла?

Изучая отзывы, можно отметить, что существует два варианта:

  1. выдать на выходе температуру, нужную для системы отопления в таких условиях, пренебрегая при этом эффективностью работы котлов. Обычно этот способ используют в небольших котельных, но даже в этом варианте не всегда получается подать теплоноситель по нужному температурному графику. Например, если на улице положительная температура, то нужный нагрев будет 40-45 градусов, а для горячей воды минимум 50. В данное время всё чаще используют иной подход. Устанавливают на выходе регулятор, он обеспечивает нужный режим для котлов, а также оптимальную температуру в системе отопления, применяя при этом датчики наружной температуры.
  2. жидкость в систему отопления дома нагревают максимально на выходе из котельной и при транспортировке по магистральным сетям в то время, как в близости к потребителю доводят параметры до нужных значений, делают это с помощью регулятора. Этот способ прогрессивный и применяется на крупных тепловых сетях. Так как дешевеют различные необходимые для отопления устройства, такие как регуляторы и датчики, этот способ становится всё более популярным и используется даже на маленьких котельных.

Как работает регулятор отопления?

Что такое регулятор? Это такое устройство, которое обеспечивает контроль и корректирует температурные параметры теплоносителя, который заливается в объем системы отопления  и циркулирует в системе отопления, выполняя это автоматически.

Принцип работы терморегулятора

Регулятор состоит из таких элементов и узлов:

  • коммутирующий и вычислительный блок;
  • исполнительный механизм, использующийся на линии подачи носителя тепла;
  • исполнительный механизм, использующийся для подмеса воды из обратки. Можно использовать и трёххордовый кран и совместить их.
  • повысительный насос на линии «холодного перепуска», хоть и не всегда;
  • повысительный насос на линии подачи;
  • различная запорная арматура и клапаны;
  • датчик, используемый на подаче теплоносителя;
  • датчик, используемый на обратке;
  • датчик для температуры внешнего воздуха;
  • датчик для температуры помещения.

Последние два пункта используются как совместно, так и заменяя друг друга. Это зависит от того, чем задаётся график отопления.

Как проходят процессы управления

Точки установки датчиков терморегулятора

Нужно помнить, что температура теплоносителя на выходе, зависит от того, какой объём воды прошёл через систему отопления. В связи с этим регулятор, когда прикрывает подачу воды, увеличивает различие между подачей и обраткой до нужного значения (на трубопроводях врезают датчики).

Если же необходимо увеличить поток, то в этом случае в систему отопления врезают циркуляционный  насос и им тоже руководит регулятор. Если нужно понизить температуру входящего потока, используют «холодный перепуск», то есть часть жидкости, уже проциркулировавшей по системе, опять направляют на вход.

Так, перераспределяя потоки, регулятор обеспечивает нужный температурный график системы отопления. Распределение потоков происходит исходя из данных, которые показывают датчики.

Бывает, что регулятор отопления совмещают с регулятором ГВС, при этом используя один вычислительный блок. Регулятор горячей воды намного проще в управлении и применении. При использовании датчика на линии горячего водоснабжения применяется регулировка прохода теплоносителя через бойлер, что обеспечивает стабильно 50 градусов, требуемых по стандарту.

Какие преимущества у регулятора:

  • выдерживается температурный график;
  • экономится энергия и топливо. Не происходит повышения нагрева теплоносителя;
  • выработка тепла, а также его транспортировка происходят наиболее эффективно для котельных и ТЭЦ;
  • регулятор обеспечивает одинаковые условия для всех потребителей, независимо от степени удалённости от самого источника теплоснабжения.

Регулятор температуры TZN4C с плавной регулировкой мощности

Autonics

 

Руководство по эксплуатации контроллера температуры TZN4S

Код заказа

  1. Тип прибора: TZN — PID регулятор температуры.  

  2. Количество знаков на дисплее.

  3. Типоразмер.

  4. Количество выходов.

  5. Тип питания.

  6. Управляющий выход.  

 

Диапазон для датчиков

Входной сенсор

Дисплей

Выбор температуры в °C

Выбор температуры в

°F

K(CA)H

 

-100 …1300 °C

-148 to 2372 °F

K(CA)L

 

-100.0 … 999. 9°C

This mode can not use as °F

J(IC)H

 

0 … 800 °C

32 to 1472 °F

J(IC)L

 

0.0 … 800.0 °C

This mode can not use as °F

R(PR)

 

0 … 1700°C

32 to 3092 °F

E(CR)H

 

0 … 800 °C

32 to 1472 °F

E(CR)L

 

0.0 … 800. 0 °C

This mode can not use as °F

T(CC)H

 

-200 … 400 °C

-328 to 752 °F

T(CC)L

 

-199.9 … 400.0 °C

This mode can not use as °F

S(PR)

 

0 … 1700°C

32 to 3092 °F

N(NN)

 

0 … 1300°C

32 to 2372 °F

W(TT)

 

0 … 2300 °C

32 to 4172 °F

JPtH

 

0 … 500 °C

32 to 932 °F

JPtL

-199.9 … 199.9 °C

-199.9 to392.0 °F

DPtH

 

0 … 500 °C

32 to 932 °F

DPtL

 

-199.9 … 199.9 °C

-199.9 to392.0 °F

0-10VDC

 

-1999 … 9999°C

-1999  to 9999 °F

1-5VDC

 

-1999 … 9999 13

-1999 to 9999 °F

4-20mADC

 

-1999 … 9999°C

-1999 to 9999 °F

 

Двойной контур PID регулятора

При работе контроллера характеристики регулирования могут иметь следующий вид:

         Режим PIDF

tx – требуемое время

S – перерегулирование (перегрев) SV – заданная величина  

PV – текущее значение  

 

          Режим PIDS

tx – требуемое время SV – заданная величина  

PV – текущее значение

 

Первый рисунок характеризует режим быстрого выхода на нужную температуру, но менее плавно и с некоторым перегревом (перерегулированием). Второй – относительно долгий выход на требуемую характеристику, но при этом – плавный.  

 

  • В приборе есть два режима выхода на нужную температуру: быстрый и медленный • Пользователь при настройке сам выбирает нужный режим.

  • Вы можете выбрать один из двух режимов PIDF или PIDS режимы в подменю PIDt

  • Режим PIDF (быстрый выход на уставку). Этот режим устанавливается  в системах, требующих быстрый нагрев (быстрый выход на уставку температуры).

Например,  для машин, которые необходимо предварительно нагреть перед началом их работы (нагнетательные машины, электрические печи и тп)

  • PIDS (плавный выход на уставку). Этот режим предназначен для использования в системах, не предусматривающих перегрев или допускающих небольшой перегрев и из-за перерегулирования может произойти возгорание продукта

  • Например, установка для нанесения гальванических покрытий, топливные системы, в которых требуется контролировать температуры топлава

  • Заводская уставка: PIDF. В зависимости от поставленной задачи выберите необходимый режим.

Характеристики

 

 

Модель

TZN4S

Питание

100-240VAC 50/60Hz

Допустимый диапазон  напряжения

90-110% от номинального напряжения

Потребление энергии

Приблизительно 5VA

 

Информация по безопасности:

* Пожалуйста, следуйте этой инструкции.

* Пожалуйста, примите во внимание нижеприведенные     предупреждения

 ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:     При     не     выполнении     инструкций     персонал     может    получить серьезные травмы

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: При невыполнении инструкции прибор может  прийти в негодность

 

   

  1. При использовании  прибора для промышленных целей необходимо устанавливать дополнительное защитное оборудование.  

-Это может привести к серьезным поломкам прибора, травмам или возгоранию.

  1. Этот прибор монтируется на панель.  

-Это может привести к поражению эл. током.  

  1. Клеммы подключать только при выключенном приборе.

-Это может привести к поражению эл. током.  

  1. Пожалуйста, проверьте все клеммы перед подключением питания или входов.

-Это может привести к поражению эл. током.  

  1. Не производите ремонт или проверку включенного прибора. -Это может привести к поражению эл. током.

 

  1. Этот прибор может быть установлен только внутри помещения.  

  2. При использовании проводов 0,5 мм2 необходимо затягивать винты на клеммах с силой 0,74-0,90 Нм.  

  3. Прочитайте внимательно номинальные условия работы  

  4. Не используйте нагрузку, большую номинального значения на релейных контактах.  — Это может привести к возгоранию и к повреждению оборудования.

  5. При чистке прибора не используйте воду или чистящие средства, имеющие масляную основу.

    • Это может привести к поражению электрическим током или возгоранию.  6.     Не допускайте попадания пыли и мелких частиц внутрь прибора.

    • Это может привести к поражению электрическим током или возгоранию.  

  1. Не используйте прибор во взрывоопасных зонах, в помещения с высокой влажностью, при прямом попадании солнечных лучей, при вибрации и тп. — Это может привести к возгоранию или к взрыву.

  2. При подключении термопары проверяйте полярность подключения.

— Это может привести к возгоранию или к взрыву.

Метод индикации

7-разрядный LED дисплей

Действительное значение(PV): Красный,

Заданное значение(SV): Зеленый

 

Термопара: K(CA), J(IC), R(PR), E(CR), T(CC), S(PP), N(NN), W (TT).

(Сопротивление линии связи не более 100 Ω)

Термосопротивление: DIN Pt100 Ω, JIS Pt100

    Ω,     3-х     проводная     схема     подключения

(Сопротивление линии связи не более 5 Ω)

Работа Автонастройки  

 

Автоматическая настройка ПИД  регулятора предназначена для автоматического определения термических характеристик и чувствительности приемника. Потом определяет величину при большой чувствительности и точности и далее вычисляет постоянную времени преобразователя для поддержания оптимальной температуры.  

 

  • Производите автонастройку сразу после подключения датчиков и включения контроллера

  • Автонастройка производится после нажатия и удержания кнопки АТ в течение 3 секунд или более

  • После начала автонастройки индикатор АТ  начинает мигать. Окончание мигания индикатора  свидетельствует об окончании автонастройки

  • Для ручной остановки автонастройки нажмите и удерживайте кнопку АТ в течение 5 с.

  • При отключении питания или пропадании сигнала после восстановления питания или соединения устанавливается предыдущая постоянная времени

  • Постоянная времени может быть скорректирована в первом режиме

настройки

 

Типы подключаемых датчиков

 

Напряжение: 1-5VDC, 0-10VDC,  Ток: 4-20 mA DC

Метод регулирования

ON/OFF Control (Релейный)

P, PI, PD, PIDF, PIDS

 

Контакты реле: 250VAC 3A 1c

SSR выход:12VDC ±3V Max. 30mA

Управляющие выходы

Токовый выход: 4-20 mA DC (Сопротивление нагрузки: Max. 600 Ω)

 

Дополнительный выход

Event 1 output: Контакты реле: 250VAC 1A 1a

Точность индикации

±0.3% based on F • S or 3’C Max.

Тип настройки

Настройка с передней панели прибора

Гистерезис

Настраиваемый: 1-100(0.1-100.0)°C при релейном методе регулирования

Сигнальный выход

Set interval between ON and OFF for alarm output from      1 to 100C(Decimal type : 0.1 to 100.01!)

Ручной режим сброса

 

Пропорциональное управление имеет расхождение по причине того, что время возрастания не равно времени падения даже если прибор работает в нормальном режиме.  

  • — Ручной режим используется только для режима пропорционального регулятора.  

  • — Ручной сброс разрешается, если в первой группе настроек установить rESt.  

  • При достижении текущего значения температуры(PV) значения уставки(SV), величина сброса составляет 50 % и когда управление включено (если текущая температура меньше уставки (SV) то величина сброса будет большей, или меньшей с другой стороны.

                     

Полоса пропорциональности (P)

0 … 100.0%

Постоянная времени интегрирования (I)

0 … 3600 с

Постоянная времени дифференцирования(D)

0 … 3600 с

Период     следования     выходных импульсов(T)

1 … 120 с

Стробирование времени

0,5 sec.

Управление Включением/Выключением

 

Эта функция подает сигнал на выход при снижении температуры PV ниже уставки SV и отключает сигнал на выходи при перегреве (PV становится больше SV).

Этот метод управления — не только для того, чтобы контролировать температурой, но также и это — основной метод управления для управления в заданной последовательности

Для включения «Управление вкл/выкл» необходимо в первой группе настроек выставить величину P в 0.

  • В приборе есть постоянный интервал времени, между включением и выключением управл. вкл/выкл. Если этот интервал слишком маленький, то нагревание может сопровождаться шумом. Интервал времени задается в настройке HIS (1…100 или 0,1…100,0)

  • Параметр HIS отображается только в случае, когда параметр P выставлен 0.  — Этот режим нельзя выключать в системах с частыми включениямит/выключениями (охлаждающий компрессор).  

  • Даже если режим работает в стабильном режиме, нагрев осуществляется после с помощью установки величины HIS или емкости нагревателя или частотной характеристики оборудования, которое управляется или установкой положения чувствительного элемента

LBA время захвата

1 to 999sec.

Ramp время захвата

Ramp up, Ramp down at 1 to 99 minute

Диэлектрическая прочность

2000VAC for 50/60Hz for 1 minute

 

Механическая

0.75mm amplitude at frequency of 10 to 55Hz in each of X, Y, Z directions for 2 hours

Вибрация

Malfunction

0.5mm amplitude at frequency of 10 to 55Hz in each of X, Y, Z directions for 10 minutes

 

 

Лицевая панель

 

  1. Действительное значение температуры. (Красный индикатор).

  2. Заданное значение температуры.     (Зеленый индикатор).

  3. Индикатор SV2 операции.

  4. Индикатор состояния автонастройки.  

  5. Установки для автонастройки.

  6. Кнопки настройки.

  7. Состояние вывода EVENT1.

  8. Состояние выхода

  9. Выбор режима

 

Основной выход

Механический: Min. 10, 000, 000 циклов

Электрический : Min. 100, 000 циклов (250VAC

3A активной нагрузки)

Коммутационная износостойкость

Доп. выход

Механический: Min. 20, 000, 000 циклов

Электрический : Min. 500, 000 циклов (250VAC

1A активной нагрузки)

 

Сопротивление изоляции

Min. 100MΩ (500VDC)

Сопротивление шуму

±2kV R Phase & S Phase 1/s

Хранение данных в памяти

10 лет

Температура окружающей сред

-10 to 50 °С (at non-freezing status)

Температура хранения

-20 to 60 °С (at non-freezing status)

Влажность окружающей среды

35 to 85% RH

Вес

Approx. 150g

Датчики температуры в регулируемой отрасли

[Предыдущая глава] [Содержание] [Следующая глава]

ОТДЕЛ. ЗДРАВООХРАНЕНИЯ, ОБРАЗОВАНИЯ И
СЛУЖБА БЛАГОПОЛУЧИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ
АДМИНИСТРАЦИЯ ПРОДУКТОВ И НАРКОТИКОВ
* ORA / ORO / DEIO / IB *

Дата: 1/7/83 Номер: 37
Смежные программные области:
Продукты питания, лекарства, биопрепараты, медицинские приборы
и диагностические продукты


ITG ТЕМА: ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ В РЕГУЛИРУЕМОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Измерение температуры может быть выполнено пятью основными методами: (1) жидкость в стекле, (2) термометрия сопротивления, (3) термоэлектрическая термометрия, (4) оптическая / радиационная пирометрия и (5) биметалл.Исследователи больше всего знакомы с жидкостями (обычно ртутью или спиртом) в стекле и с биметаллическими (индикатор часового типа) типами. Они не будут обсуждаться в данной ITG. Кроме того, исследователи редко, если вообще когда-либо, сталкиваются с использованием оптического / радиационного пирометра. Это тоже не обсуждается. Ниже приводится краткое объяснение различий между типами сопротивления и термоэлектрическими типами, что иногда вызывает путаницу или недопонимание.

Термометрия сопротивления

Термометр сопротивления — это прибор для измерения температуры, состоящий из датчика (элемента электрической цепи, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры), каркаса, на котором устанавливается датчик, оболочки, которой защищен датчик, и проводов, с помощью которых датчик подключен к измерительному прибору, который используется для индикации влияния изменений сопротивления датчика.Термометры сопротивления обеспечивают абсолютную калибровку температуры, поскольку не используются опорные спая и не требуются специальные удлинительные провода между датчиком и измерительным прибором (как в случае с термопарами). На рисунке 1 представлена ​​основная схема сопротивления.

Рисунок 1. Основная резистивная цепь.

(размер изображения 8 КБ)

Датчики могут быть двух типов: резистивные датчики температуры (RTD) и термисторы. Чувствительный элемент RTD состоит из сплошных проводников (обычно в виде проволоки), намотанных на изолирующий сердечник.(См. Рис. 2) Изоляционный сердечник обычно изготавливается из слюды или керамики. Проводники, намотанные в спиральную катушку для предотвращения механических ограничений во время теплового расширения, обычно изготавливаются из платины; однако никель и медь использовались. Платина лучше всего соответствует требованиям, поскольку, будучи благородным металлом, она может быть высокоочищена, устойчива к загрязнениям, механически и электрически стабильна, а зависимость между температурой и сопротивлением является довольно линейной.

Термисторы (сокращение от «термочувствительные резисторы») представляют собой элементы электрических цепей, изготовленные из твердых полупроводниковых материалов, таких как оксиды никеля, марганца, железа, кобальта, меди, магния, титана и других металлов.Металлический порошок формуют под давлением в желаемую форму, обычно в виде плоского диска (см. Рисунок 3). Диск спечен, выводы прикреплены и залиты эпоксидной смолой. Готовый термистор также может быть заключен в оболочку из пластика, нержавеющей стали, меди или алюминия, как показано на Рисунке 2 для RTD. И RTD, и термистор могут быть получены в различных конфигурациях, но обычно они выглядят, как показано на Рисунке 4, с разными диаметрами и длинами оболочки.

Термоэлектрическая термометрия

Термоэлектрический термометр — это прибор для измерения температуры, состоящий из двух непрерывных разнородных проводов термопары, идущих от измерительного спая к эталонному спайу, с медными соединительными проводами к потенциометру.В отличие от резистивных типов, в которых питание должно подаваться в цепь, схема термопары генерирует измеряемое низкое выходное напряжение, которое почти прямо пропорционально разнице температур между «горячим» и «холодным» спаями. Единичное изменение этой разницы температур приведет к некоторому чистому изменению электродвижущей силы (ЭДС или напряжения). На рисунке 5 изображена эта схема. Термоэлектрическая термометрия использует известную зависимость между разницей температур перехода и результирующей ЭДС, создаваемой цепью термопары.Температура одного спая (эталонного спая, T1) поддерживается на постоянном известном уровне. Обычно это достигается с помощью ванны с ледяной водой (32 F). Температура другого спая (измерительного спая, T2) определяется путем измерения ЭДС цепи термопары и обращения к таблицам калибровки для конкретных материалов термопары. (См. Также ITG № 14 «Поверхностные пирометры с термопарами» от 30.12.73). Спай термопары обычно формируется путем скручивания и сплавления двух проводов вместе, как показано на рисунке 6, или они могут быть сварены встык.Готовый элемент можно использовать без покрытия или в оболочке, как показано на рисунке 4 для датчиков резистивного типа.

В рамках регулируемой отрасли исследователь будет в то или иное время подвергаться воздействию любого или всех видов устройств для измерения температуры, упомянутых ранее. Важно, чтобы они были признаны, их работа понятна и была оценена их пригодность для каждого приложения.

Из рассмотренных типов наиболее точным, чувствительным и стабильным является RTD.Из-за стоимости он используется в основном как эталон или эталон для других датчиков температуры; однако все более широкое промышленное использование включает вводы для индикаторов, регистраторов, контроллеров, сканеров, регистраторов данных и компьютеров. Во многих случаях он заменяет точный, но хрупкий стеклянный ртутный термометр (MIG) в качестве основного средства контроля температуры стерилизатора, особенно в производстве лекарств или медицинских устройств. (Бюро пищевых продуктов на данный момент отклонило ходатайство об использовании RTD в качестве альтернативы MIG для термической обработки LACF на том основании, что существует недостаточно доказательств, подтверждающих надежность и точность.) Некоторые фирмы используют их как термопары при тепловых исследованиях стерилизаторов.

Термистор тесно связан с RTD по полезности в качестве эталона или для прямого измерения температуры. Одна из проблем в прошлом заключалась в отсутствии электрической и химической стабильности, но с новыми материалами и производственными процессами эта проблема сводится к минимуму.

Термопара широко используется в большинстве приложений для измерения температуры, особенно для исследований валидации тепла стерилизатора.Это простое устройство, состоящее всего из двух проводов, соединенных вместе на измерительном конце. Термопара может быть большой или маленькой в ​​зависимости от ожидаемого срока службы, дрейфа и времени отклика. Он может быть гибким, прочным и, как правило, простым в обращении и установке. Термопара охватывает широкий диапазон температур, но линейность может быть проблемой. Хотя напряжение, генерируемое переходом, пропорционально температуре измерительного перехода, оно является нелинейным, поэтому для его перевода требуется набор таблиц или встроенный линеаризатор в контрольно-измерительных приборах.В отличие от датчиков резистивного типа, термопары не подвержены проблемам самонагрева. Кроме того, термопары одного типа взаимозаменяемы в определенных пределах погрешности. Важно, чтобы в тех случаях, когда наборы термопар используются для проведения валидационных исследований критического нагрева, они должны быть приобретены или изготовлены из проволоки одной партии производителя. Это обеспечило бы практически идентичные рабочие характеристики для всех в наборе.

Артикул:

  1. Бенедикт, Роберт П., «Основы измерения температуры, давления и расхода», John Wiley & Sons, 2-е издание. 1977.
  2. Каллен, Ховард П., «Справочник по контрольно-измерительным приборам и средствам управления», McGraw-Hill, 1961.

[Предыдущая глава] [Содержание] [Следующая глава]

Типы

, принцип работы и приложения

Все мы используем датчики температуры в повседневной жизни, будь то термометры, бытовые водонагреватели, микроволновые печи или холодильники.Обычно датчики температуры имеют широкий спектр применения, в том числе в области геотехнического мониторинга.

Датчики температуры — это простой прибор, который измеряет степень тепла или холода и преобразует ее в считываемые единицы. Но задумывались ли вы, как измеряется температура почвы, скважин, огромных бетонных дамб или зданий? Что ж, это достигается с помощью некоторых специализированных датчиков температуры.

Датчики температуры предназначены для регулярного контроля бетонных конструкций, мостов, железнодорожных путей, грунта и т. Д.

Здесь мы расскажем вам, что такое датчик температуры, как он работает, где он используется и какие бывают его типы.

Что такое датчики температуры?

Датчик температуры — это устройство, обычно термопара или резистивный датчик температуры, которое обеспечивает измерение температуры в читаемой форме с помощью электрического сигнала.

Термометр — это самая простая форма измерителя температуры, которая используется для измерения степени жара и прохлады.

Измерители температуры используются в геотехнической области для контроля бетона, конструкций, почвы, воды, мостов и т. Д. На предмет структурных изменений в них из-за сезонных колебаний.

Термопара (Т / С) изготовлена ​​из двух разнородных металлов, которые генерируют электрическое напряжение прямо пропорционально изменению температуры. RTD (резистивный датчик температуры) — это переменный резистор, который изменяет свое электрическое сопротивление прямо пропорционально изменению температуры точным, воспроизводимым и почти линейным образом.

Для чего нужны датчики температуры?

Датчик температуры — это устройство, предназначенное для измерения степени жары или холода объекта. Работа измерителя температуры зависит от напряжения на диоде. Изменение температуры прямо пропорционально сопротивлению диода. Чем ниже температура, тем меньше сопротивление, и наоборот.

Сопротивление диода измеряется и преобразуется в считываемые единицы измерения температуры (Фаренгейт, Цельсий, Цельсия и т. Д.).) и отображается в числовой форме над блоками считывания. В области геотехнического мониторинга эти датчики температуры используются для измерения внутренней температуры таких конструкций, как мосты, плотины, здания, электростанции и т. Д.

Для чего нужен датчик температуры? | Каковы функции датчика температуры?

Есть много типов датчиков температуры, но наиболее распространенный способ их классификации основан на режиме подключения, который включает в себя контактные и бесконтактные датчики температуры.

Контактные датчики включают в себя термопары и термисторы, потому что они находятся в прямом контакте с объектом, который они должны измерять. А бесконтактные датчики температуры измеряют тепловое излучение, выделяемое источником тепла. Такие измерители температуры часто используются в опасных средах, таких как атомные электростанции или тепловые электростанции.

В геотехническом мониторинге датчики температуры измеряют теплоту гидратации в массивных бетонных конструкциях. Их также можно использовать для мониторинга миграции грунтовых вод или просачивания.Одна из наиболее распространенных областей, где они используются, — это время отверждения бетона, потому что он должен быть относительно теплым, чтобы схватиться и затвердеть должным образом. Сезонные колебания вызывают расширение или сжатие конструкции, тем самым изменяя ее общий объем.

Как работает датчик температуры?

Основным принципом работы датчиков температуры является напряжение на выводах диода. Если напряжение увеличивается, температура также повышается, за чем следует падение напряжения между выводами транзистора базы и эмиттера в диоде.

Помимо этого, Encardio-Rite имеет датчик температуры с вибрирующей проволокой, который работает по принципу изменения напряжения в результате изменения температуры.

Измеритель температуры с вибрирующей проволокой разработан по принципу, согласно которому разнородные металлы имеют разный линейный коэффициент расширения при изменении температуры.

В основном он состоит из магнитной, натянутой на разрыв проволоки с высокой прочностью на разрыв, два конца которой прикреплены к любому разнородному металлу таким образом, что любое изменение температуры напрямую влияет на натяжение проволоки и, следовательно, на ее собственную частоту колебаний.

В случае измерителя температуры Encardio-Rite разнородным металлом является алюминий (алюминий имеет больший коэффициент теплового расширения, чем сталь). Поскольку сигнал температуры преобразуется в частоту, то же устройство считывания используется для другие датчики с вибрирующей проволокой также могут использоваться для контроля температуры.

Изменение температуры регистрируется специально созданным датчиком с вибрирующей проволокой Encardio-rite и преобразуется в электрический сигнал, который передается в виде частоты на устройство считывания.

Частота, которая пропорциональна температуре и, в свою очередь, напряжению «σ» в проволоке, может быть определена следующим образом:

f = 1/2 [σg / ρ] / 2l Гц

Где:

σ = натяжение проволоки

g = ускорение свободного падения

ρ = плотность проволоки

l = длина провода

Какие бывают типы датчиков температуры?

Доступны датчики температуры различных типов, форм и размеров.Два основных типа датчиков температуры:

Датчики температуры контактного типа : Есть несколько измерителей температуры, которые измеряют степень тепла или холода в объекте, находясь в непосредственном контакте с ним. Такие датчики температуры относятся к категории контактных. Их можно использовать для обнаружения твердых тел, жидкостей или газов в широком диапазоне температур.

Датчики температуры бесконтактного типа : Эти типы измерителей температуры не находятся в прямом контакте с объектом, а измеряют степень тепла или холода посредством излучения, испускаемого источником тепла.

Контактные и бесконтактные датчики температуры делятся на:

Термостаты

Термостат — это датчик температуры контактного типа, состоящий из биметаллической полосы, состоящей из двух разнородных металлов, таких как алюминий, медь, никель или вольфрам.

Разница в коэффициентах линейного расширения обоих металлов заставляет их производить механическое изгибающее движение, когда они подвергаются нагреву.

Термисторы

Термисторы или термочувствительные резисторы — это те, которые меняют свой внешний вид при изменении температуры.Термисторы изготовлены из керамического материала, такого как оксиды никеля, марганца или кобальта, покрытого стеклом, что позволяет им легко деформироваться.

Большинство термисторов имеют отрицательный температурный коэффициент (NTC), что означает, что их сопротивление уменьшается с повышением температуры. Но есть несколько термисторов с положительным температурным коэффициентом (PTC), и их сопротивление увеличивается с повышением температуры.

Резистивные датчики температуры (RTD)

ТС

— это точные датчики температуры, которые состоят из проводящих металлов высокой чистоты, таких как платина, медь или никель, намотанных в катушку.Электрическое сопротивление RTD изменяется аналогично сопротивлению термистора.

Термопары

Один из наиболее распространенных датчиков температуры включает термопары из-за их широкого рабочего диапазона температур, надежности, точности, простоты и чувствительности.

Термопара обычно состоит из двух соединений разнородных металлов, таких как медь и константан, которые сварены или обжаты вместе. Один из этих переходов, известный как холодный спай, поддерживается при определенной температуре, в то время как другой является измерительным переходом, известным как горячий спай.

Под воздействием температуры на переходе возникает падение напряжения.

Термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC)

Термистор — это, по сути, чувствительный датчик температуры, который точно реагирует даже на незначительные изменения температуры. Он обеспечивает огромную стойкость при очень низких температурах. Это означает, что как только температура начинает повышаться, сопротивление начинает быстро падать.

Из-за большого изменения сопротивления на градус Цельсия даже небольшое изменение температуры точно отображается термистором с отрицательным температурным коэффициентом (NTC).Из-за этого экспоненциального принципа работы требуется линеаризация. Обычно они работают в диапазоне от -50 до 250 ° C.

Датчики на основе полупроводников

Датчик температуры на основе полупроводника работает с двойными интегральными схемами (ИС). Они содержат два одинаковых диода с температурно-чувствительными характеристиками напряжения и тока для эффективного измерения изменений температуры.

Однако они дают линейный выходной сигнал, но менее точны при температуре от 1 ° C до 5 ° C. Они также демонстрируют самую медленную реакцию (от 5 до 60 с) в самом узком температурном диапазоне (от -70 ° C до 150 ° C).

Датчик температуры вибрирующей проволоки модели ETT-10V

Измеритель температуры с вибрирующей проволокой Encardio-rite Model ETT-10V используется для измерения внутренней температуры в бетонных конструкциях или в воде. Он имеет разрешение лучше 0,1 ° C и работает аналогично термопарным датчикам температуры. Он также имеет диапазон высоких температур от -20 o до 80 o C.

Технические характеристики измерителя температуры вибрирующей проволоки ЭТТ-10В
Тип датчика Pt 100
Диапазон -20 o до 80 o C
Точность ± 0.Стандарт 5% полной шкалы; ± 0,1% полной шкалы опционально
Размер (Φ x L) 34 x 168 мм
Зонд
термистора сопротивления модели ЭТТ-10ТХ

Температурный датчик сопротивления Encardio-rite модели ETT-10TH представляет собой водостойкий температурный датчик малой массы для измерения температуры от –20 до 80 ° C. Благодаря низкой тепловой массе он имеет быстрое время отклика.

Датчик температуры сопротивления модели

ETT-10TH специально разработан для измерения температуры поверхности стали и измерения температуры поверхности бетонных конструкций.ETT-10TH может быть встроен в бетон для измерения объемной температуры внутри бетона и даже может работать под водой.

Термопреобразователи сопротивления ETT-10TH полностью взаимозаменяемы. Показания температуры не будут отличаться более чем на 1 ° C в указанном диапазоне рабочих температур. Это позволяет использовать один индикатор с любым датчиком ETT-10TH без повторной калибровки.

Индикатор с вибрирующей проволокой EDI-51V модели

Encardio-rite при использовании с ETT-10TH напрямую показывает температуру зонда в градусах Цельсия.

Как работает зонд термистора сопротивления модели ETT-10TH?
Датчик температуры

ETT-10TH состоит из термисторной эпоксидной смолы с согласованной температурной кривой, заключенной в медную трубку для более быстрого теплового отклика и защиты окружающей среды. Трубка сплющена на конце, чтобы ее можно было прикрепить к любой достаточно плоской металлической или бетонной поверхности для измерения температуры поверхности.

Плоский наконечник зонда можно прикрепить к большинству поверхностей с помощью легко доступных двухкомпонентных эпоксидных клеев.При желании зонд также можно прикрепить болтами к поверхности конструкции.

Датчик температуры снабжен четырехжильным кабелем, который используется в качестве стандарта во всех тензодатчиках Encardio-rite с вибрирующей проволокой. Провода белого и зеленого цветов используются для термистора, как и другие датчики с вибрирующим проводом Encardio-rite.

Пара красных и черных проводов не используется. Единая цветовая схема для разных датчиков упрощает безошибочное соединение с терминалом регистратора данных.

Технические характеристики модели ETT-10TH
Тип датчика Кривая R-T согласована с термистором NTC, эквивалентным YSI 44005
Диапазон -20 o до 80 o C
Точность 1 или С
Материал корпуса Луженая медь
Кабель 4-х жильный в оболочке из ПВХ
Датчик температуры RTD модели ETT-10PT

Датчик температуры RTD (резистивный датчик температуры) ETT-10PT состоит из керамического резистивного элемента (Pt.100) с европейским стандартом калибровки кривой DIN IEC 751 (бывший DIN 43760). Элемент сопротивления заключен в прочную трубку из нержавеющей стали с закрытым концом, которая защищает элемент от влаги.

Как работает датчик температуры RTD модели ETT-10PT?

Температурный датчик сопротивления работает по принципу, согласно которому сопротивление датчика является функцией измеренной температуры. Платиновый термометр сопротивления имеет очень хорошую точность, линейность, стабильность и воспроизводимость.

Датчик температуры сопротивления модели ETT-10PT снабжен трехжильным экранированным кабелем.Красный провод обеспечивает одно соединение, а два черных провода вместе — другое. Таким образом достигается компенсация сопротивления проводов и температурных изменений сопротивления проводов. Показания резистивного датчика температуры легко считываются с помощью цифрового индикатора температуры RTD.

Нажмите кнопку редактирования, чтобы изменить этот текст. Lorem ipsum dolor sit amet, conctetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Технические характеристики датчика RTD модели ETT-10PT
Тип датчика Pt 100
Диапазон -20 o до 80 o C
Точность ± (0.3 + 0,005 * t) o C
Калибровка DIN IEC 751
Кривая (европейская) 0,00385 Ом / Ом / o C
Размер (Φ x L) 8 x 135 мм
Кабель 3-жильный экранированный
Термопара Encardio-Rite

Encardio-rite предлагает термопару Т-типа (медь-константан) для измерения внутренней температуры в бетонных конструкциях.Он состоит из двух разнородных металлов, соединенных одним концом. Когда соединение двух металлов нагревается или охлаждается, создается напряжение, которое может быть обратно соотнесено с температурой.

Измерение с помощью термопары состоит из провода термопары с двумя разнородными проводниками (медь-константан), соединенными на одном конце для образования горячего спая. Этот конец защищен от коррозии и помещен в требуемые места для измерения температуры.

Другой конец провода термопары подсоединяется к подходящему разъему термопары для образования холодного спая.Показания термопары отображают прямое считывание температуры в месте установки и автоматически компенсируют температуру на холодном спайе.

Технические характеристики термопары Encardio-Rite
Тип провода Т-медь-константан
Изоляция проводов PFA тефлон C
Температура горячего спая до 260 o C (макс.)
Тип разъема Миниатюрный Стеклонаполненный нейлон
Рабочая температура -20 o до 100 o C
Температура холодного спая Окружающий

Где используется датчик температуры?

Область применения датчика температуры:

  1. Датчики температуры используются для проверки проектных предположений, что способствует более безопасному и экономичному проектированию и строительству.
  2. Они используются для измерения повышения температуры в процессе твердения бетона.
  3. Они могут измерять температуру горных пород вблизи резервуаров для хранения сжиженного газа и при проведении операций по замораживанию грунта.
  4. Датчики температуры также могут измерять температуру воды в резервуарах и скважинах.
  5. Его можно использовать для интерпретации температурных напряжений и изменений объема в плотинах.
  6. Их также можно использовать для изучения влияния температуры на другие установленные приборы.

Преимущества датчиков температуры Encardio-Rite

  1. Датчик температуры Encardio-Rite является точным, недорогим и чрезвычайно надежным.
  2. Они подходят как для поверхностного монтажа, так и для встраиваемых систем.
  3. Низкая тепловая масса сокращает время отклика.
  4. Датчик температуры вибрирующей проволоки полностью взаимозаменяемый; один индикатор может считывать данные со всех датчиков.
  5. Он имеет водонепроницаемый корпус со степенью защиты IP-68.
  6. Они поставляются с индикаторами, которые легко доступны для прямого отображения температуры.
  7. Датчики температуры обладают отличной линейностью и гистерезисом.
  8. Технология вибрирующей проволоки обеспечивает долгосрочную стабильность, быстрое и легкое считывание.
  9. Датчики герметично закрыты электронно-лучевой сваркой с вакуумом около 1/1000 Торр.
  10. Они подходят для удаленного чтения, сканирования, а также регистрации данных.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между датчиком температуры и преобразователем температуры?

Датчик температуры — это инструмент, используемый для измерения степени нагрева или охлаждения объекта, тогда как датчик температуры — это устройство, которое сопрягается с датчиком температуры для передачи сигналов в удаленное место для мониторинга и управления.

Это означает, что термопара, RTD или термистор подключены к регистратору данных для получения данных в любом удаленном месте.

Как измеряется температура в бетонной плотине?

За исключением процедуры, принятой во время строительства, наибольший фактор, вызывающий напряжение в массивном бетоне, связан с изменением температуры. Следовательно, для анализа развития термического напряжения и управления искусственным охлаждением необходимо отслеживать изменение температуры бетона во время строительства.

Для этого необходимо точно измерить температуру во многих точках конструкции, в воде и в воздухе. Должно быть встроено достаточное количество датчиков, чтобы получить правильную картину распределения температуры в различных точках конструкции.

В большой бетонной плотине типичная схема заключается в размещении датчика температуры через каждые 15-20 м по поперечному сечению и через каждые 10 м по высоте. Для небольших плотин интервал может быть уменьшен. Температурный зонд, установленный в верхней части плотины, оценивает температуру водохранилища, поскольку она меняется в течение года.

Это намного проще, чем то и дело ронять термометр в резервуар, чтобы проводить наблюдения. Во время эксплуатации бетонной плотины суточные и сезонные изменения окружающей среды наносят ущерб развитию термических напряжений в конструкции. Эффект более выражен на стороне нисходящего потока. Несколько датчиков температуры должны быть размещены рядом и в нижней части бетонной плотины для оценки быстрых суточных и еженедельных колебаний температуры.

Какой датчик температуры самый точный?

RTD — самый точный датчик температуры. Платиновый RTD имеет очень хорошую точность, линейность, стабильность и воспроизводимость по сравнению с термопарами или термисторами.

Что такое термопара?

Термопара — это тип датчика температуры, который используется для измерения внутренней температуры объекта.

Существует три закона для термопар, как указано ниже:

Закон однородного материала

Если все провода и термопара сделаны из одного материала, изменения температуры в проводке не влияют на выходное напряжение.Следовательно, необходимы провода, изготовленные из различных материалов.

Закон промежуточных материалов

Сумма всех термоэлектрических сил в цепи с несколькими разнородными материалами при постоянной температуре равна нулю. Это означает, что если третий материал добавляется при той же температуре, новый материал не генерирует никакого сетевого напряжения.

Закон последовательных или промежуточных температур

Если два разнородных однородных материала создают термоэдс 1, когда переходы находятся в точках T1 и T2, и создают термоэдс 2, когда переходы находятся в точках T2 и T3, то ЭДС, генерируемая, когда переходы находятся в точках T1 и T3, будет равна ЭДС1 + ЭДС2

Как проверить датчик температуры?

В Encardio-Rite есть специализированные камеры для испытания температуры (с уже известными системами контроля температуры и температуры) для проверки точности и качества наших датчиков температуры.

Это все о датчиках температуры, их различных типах, областях применения, использовании, а также о принципе работы. Сообщите нам свои вопросы в разделе комментариев ниже.

3.2: Датчики температуры — Engineering LibreTexts

Введение

Датчики температуры жизненно важны для множества повседневных товаров. Например, бытовые печи, холодильники и термостаты для правильного функционирования полагаются на поддержание и контроль температуры.Температурный контроль также находит применение в химическом машиностроении. Примеры этого включают поддержание температуры химического реактора на идеальном заданном уровне, мониторинг температуры возможной неуправляемой реакции для обеспечения безопасности сотрудников и поддержание температуры потоков, выбрасываемых в окружающую среду, для минимизации вредного воздействия на окружающую среду.

В то время как температура обычно воспринимается людьми как «горячая», «нейтральная» или «холодная», химическая инженерия требует точных количественных измерений температуры для точного управления процессом.Это достигается за счет использования датчиков температуры и регуляторов температуры, которые обрабатывают сигналы, получаемые от датчиков.

С точки зрения термодинамики, температура изменяется как функция средней энергии движения молекул. Когда к системе добавляется тепло, движение молекул увеличивается, и система испытывает повышение температуры. Однако трудно напрямую измерить энергию движения молекул, поэтому датчики температуры обычно предназначены для измерения свойства, которое изменяется в зависимости от температуры.Затем устройства калибруются по традиционным температурным шкалам с использованием эталона (то есть точки кипения воды при известном давлении). В следующих разделах обсуждаются различные типы датчиков и регуляторов.

Датчики температуры

Датчики температуры — это устройства, используемые для измерения температуры среды. Датчики температуры бывают двух видов: 1) контактные датчики и 2) бесконтактные датчики. Однако есть 3 основных типа: термометры, датчики температуры сопротивления и термопары.Все три этих датчика измеряют физическое свойство (например, объем жидкости, ток через провод), которое изменяется в зависимости от температуры. Помимо трех основных типов датчиков температуры, существует множество других датчиков температуры, доступных для использования.

Контактные датчики

Контактные датчики температуры измеряют температуру объекта, с которым датчик контактирует, предполагая или зная, что оба (датчик и объект) находятся в тепловом равновесии, другими словами, между ними нет теплового потока.

Примеры (подробное описание каждого примера приводится ниже)

  • Термопары
  • Температурные датчики сопротивления (RTD)
  • Термометры для полной системы
  • Биметаллические термометры

Бесконтактные датчики

Большинство коммерческих и научных бесконтактных датчиков температуры измеряют тепловую мощность инфракрасного или оптического излучения, получаемого от известной или рассчитанной области на ее поверхности или объема внутри нее.

Примером бесконтактных датчиков температуры является пирометр, более подробное описание которого приводится в конце этого раздела.

Термометры

Термометры — наиболее распространенные датчики температуры, используемые при простых повседневных измерениях температуры. Двумя примерами термометров являются термометры Filled System и Bimetal.

Термометр заполненной системы

Знакомый жидкостный термометр представляет собой жидкость, заключенную в трубку.Объем жидкости изменяется в зависимости от температуры. Увеличение молекулярного движения с повышением температуры заставляет жидкость расширяться и двигаться по калиброванным отметкам на стороне трубки. Жидкость должна иметь относительно большой коэффициент теплового расширения, чтобы небольшие изменения температуры приводили к заметным изменениям объема. Обычный материал трубок — стекло, а обычная жидкость — спирт. Раньше ртуть была более распространенной жидкостью, пока не осознали ее токсичность. Хотя термометр с заполненной системой является самым простым и дешевым способом измерения температуры, его точность ограничена калибровочными отметками по длине трубки.Поскольку термометры заполненной системы считываются визуально и не генерируют электрические сигналы, их трудно внедрить в средства управления технологическим процессом, которые в значительной степени зависят от электрического и компьютеризированного управления.

Биметаллический термометр

В биметаллическом термометре два металла (обычно сталь и медь) с разными коэффициентами теплового расширения крепятся друг к другу с помощью заклепок или сварки. По мере увеличения температуры полосы металл с более высокими коэффициентами теплового расширения расширяется в большей степени, вызывая напряжение в материалах и прогиб полосы.Величина этого отклонения зависит от температуры. Температурные диапазоны, в которых могут использоваться эти термометры, ограничены диапазоном, в котором металлы имеют существенно разные коэффициенты теплового расширения. Биметаллические полоски часто наматывают в катушки и помещают в термостаты. Подвижный конец полосы представляет собой электрический контакт, через который передается термостат температуры.

Температурные датчики сопротивления

Вторым широко используемым датчиком температуры является датчик температуры сопротивления (RTD, также известный как термометр сопротивления).В отличие от термометров с заполненной системой, RTD обеспечивает электрические средства измерения температуры, что делает его более удобным для использования с компьютеризированной системой. В RTD используется зависимость между электрическим сопротивлением и температурой, которая может быть линейной или нелинейной. RTD традиционно используются из-за их высокой точности и точности. Однако при высоких температурах (выше 700 ° C) они становятся очень неточными из-за разрушения внешней оболочки, в которой находится термометр. Следовательно, использование RTD предпочтительнее в более низких диапазонах температур, где они являются наиболее точными.

Существует два основных типа RTD: традиционный RTD и термистор. В традиционных RTD используются металлические чувствительные элементы, обеспечивающие линейную зависимость между температурой и сопротивлением. По мере увеличения температуры металла увеличивающееся беспорядочное движение молекул препятствует потоку электронов. Повышенное сопротивление измеряется как уменьшенный ток через металл при фиксированном приложенном напряжении. В термисторе используется полупроводниковый датчик, который дает зависимость степенной функции между температурой и сопротивлением.

Структура RTD

Принципиальная схема типичного RTD показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схематическая диаграмма температурного сопротивления

Как показано на рисунке 1, RTD содержит внешнюю оболочку для предотвращения загрязнения окружающей средой. В идеале эта оболочка состоит из материала, который эффективно отводит тепло к резистору, но сопротивляется разложению под воздействием тепла или окружающей среды.

Сам датчик сопротивления отвечает за измерение температуры, как показано на схеме.Датчики чаще всего состоят из металлов, таких как платина, никель или медь. Материал, выбранный для датчика, определяет диапазон температур, в котором может использоваться RTD. Например, платиновые датчики, наиболее распространенный тип резисторов, имеют диапазон приблизительно от -200 ° C до 800 ° C. (Примеры диапазонов температур и сопротивлений для наиболее распространенных металлов резисторов показаны в таблице 1). К датчику подключены два изолированных соединительных провода. Эти выводы продолжают замыкать цепь резистора.

Таблица 1. Стандартные диапазоны температуры и сопротивления металлов

Элемент Металл

Диапазон температур

Базовое сопротивление

TCR (Ом / Ом / ° C)

Медь

-100-260 ° С

10 Ом при 0 ° C

0.00427

Никель

-100-260 ° С

120 Ом при 0 ° C

0,00672

Платина

-260-800 ° С

100 Ом при 0 ° C

0.003916

Есть 4 основные категории датчиков RTD. Существуют углеродные резисторы, пленочные термометры, проволочные термометры и катушечные элементы.

  • Карбоновые резисторы являются наиболее часто используемыми. Они недорогие и подходят для низких температур. На них также не влияют эффекты гистерезиса или тензодатчика. Они обычно используются исследователями.
  • Пленочные термометры имеют очень тонкий слой металла, часто платины, на пластине.Этот слой очень маленький, в масштабе микрометра. Эти термометры имеют различные эффекты тензодатчика в зависимости от того, из чего состоят металл и пластина. Есть также проблемы со стабильностью, которые зависят от используемых компонентов.
  • В проволочных термометрах катушка обеспечивает стабильность измерения. Больший диаметр катушки увеличивает стабильность, но также увеличивает степень расширения проволоки, что увеличивает деформацию и дрейф. Они обладают очень хорошей точностью в большом диапазоне температур.
  • Катушки
  • похожи на проволочные термометры и обычно заменяют их во всех промышленных применениях. Змеевик может расширяться в широком диапазоне температур, при этом обеспечивая поддержку. Это позволяет использовать широкий диапазон температур при уменьшении дрейфа.

Работа RTD

Самый традиционный режим работы RTD основан на линейной зависимости между сопротивлением и температурой, где сопротивление увеличивается с температурой. По этой причине большинство RTD изготовлено из платины, которая является линейной в большем диапазоне температур и устойчива к коррозии.Однако при выборе материала резистора следует принимать во внимание такие факторы, как диапазон температур, температурная чувствительность, время отклика и долговечность. Различные материалы имеют разные диапазоны для каждой из этих характеристик.

Принцип работы RTD основан на уравнении Каллендара — Ван Дюзена , показанном в уравнении \ ref {1}, которое связывает электрическое сопротивление с температурой в ° C. Это уравнение представляет собой просто общий многочлен, который принимает форму на основе экспериментальных данных от конкретного RTD.{n} \ right) \ label {1} ​​\]

R T : Сопротивление при температуре T, Ом
R 0 : Сопротивление при температуре = 0 ° C, Ом
a n : Константа сопротивления материала, ° C n — 1

Другой тип RTD — это термистор, который работает на основе экспоненциальной зависимости между электрическим сопротивлением и температурой. Термисторы в основном состоят из полупроводников и обычно используются в качестве предохранителей или токоограничивающих устройств.Термисторы обладают высокой температурной чувствительностью, но низкими диапазонами измерения температуры и чрезвычайно нелинейными. Вместо уравнения Каллендара-Ван Дюзена термистор работает на основе нелинейного уравнения (2), показанного в градусах К.

\ [R_ {T} = R_ {0} \ exp \ left (b \ left (\ frac {1} {T} — \ frac {1} {T_ {0}} \ right) \ right) \ label { 2} \]

T 0 : Начальная температура, обычно устанавливается на 298K
b : Температурный коэффициент сопротивления материала, в K

Ошибки, связанные с термометрами сопротивления, возникают из-за индивидуальных или коллективных усилий: дефектной изоляции, загрязнения резистора или ненадежных соединений выводных проводов.

Термопары

Еще один датчик температуры, часто используемый в промышленности, — это термопара. Среди различных доступных датчиков температуры термопара является наиболее широко используемым датчиком. Подобно RTD, термопара обеспечивает электрическое измерение температуры.

Структура термопары

Термопара имеет длинную тонкую стержнеобразную форму, что позволяет удобно размещать ее в небольших узких местах, до которых иначе было бы трудно добраться.Принципиальная схема типичной термопары показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема конструкции термопары

Как показано на рисунке 2, термопара содержит внешнюю оболочку или защитную гильзу. Защитная гильза защищает содержимое термопары от механических и химических повреждений.

Внутри защитной гильзы проложены две металлические проволоки, каждая из которых состоит из разных металлов. Для этих металлических проволок возможны различные комбинации материалов. Три распространенных комбинации материалов термопар, используемых для измерений при умеренных температурах, — это металлические сплавы платина-родий, железо-константан и хромель-алюмель.Выбор металлических сплавов для термопары основан на значении ЭДС пары сплавов при данной температуре. Примеры значений ЭДС для наиболее распространенных материалов при различных температурах показаны в таблице 2. Для данной пары материалов два провода соединены на одном конце, образуя соединение. На другом конце два провода подключены к устройству измерения напряжения. Эти концы проводов выдерживаются при другой эталонной температуре.

Таблица 2. Общие значения температуры металла и ЭДС

Тип сплава

Значение ЭДС при 20 ° C

Значение ЭДС при 50 ° C

Значение ЭДС при 100 ° C

Платина-родий

0.113 мВ

0,299 мВ

0,646 мВ

Железо-константан

1,019 мВ

2,585 мВ

5,269 мВ

Хромель-Алюмель

0.798 мВ

2,023 мВ

4,096 мВ

Для поддержания эталонной температуры на известной постоянной температуре используются различные методы. Один из методов заключается в размещении эталонного спая либо в ледяной бане, либо в печи, поддерживаемой при постоянной температуре. Чаще эталонная температура поддерживается электронным способом.Хотя эталонные температуры с электронным управлением не так стабильны, как ледяная баня, они более удобны для использования. Эталонные температуры также могут поддерживаться с помощью температурной компенсации и зонных боксов, которые представляют собой области с однородной температурой. Разность напряжений на эталонном спайе измеряется и отправляется на компьютер, который затем вычисляет температуру на основе этих данных.

Работа термопары

Основным принципом, на котором основана функция термопары, является разница в проводимости двух материалов, из которых изготовлена ​​термопара, при заданной температуре.Эта разница проводимости увеличивается при более высоких температурах и, наоборот, разница проводимости уменьшается при более низких температурах. Это несоответствие приводит к тому, что термопары более эффективны и полезны при более высоких температурах. Поскольку разница в проводимости мала при более низких температурах и, следовательно, их труднее обнаружить, они неэффективны и крайне ненадежны при низких температурах.

Разница проводимости между двумя проводами, наряду с разницей температур между двумя соединениями, создает электрический ток, который течет через термопару.Первая точка соединения, то есть точка, в которой соединяются два провода, находится внутри среды, температура которой измеряется. Вторая точка соединения постоянно поддерживается при известной контрольной температуре. Когда температура среды отличается от эталонной температуры, через цепь протекает ток. Сила этого тока зависит от температуры среды, эталонной температуры и материалов металлических проводов. Поскольку эталонная температура и материалы известны, температуру среды можно определить по силе тока.

Ошибка, связанная с термопарой, возникает при более низких температурах из-за трудности определения разницы в проводимости. Поэтому термопары чаще используются при более высоких температурах (выше -125 ° C), потому что легче обнаружить разницу в проводимости. Термопары могут работать в широком диапазоне температур от -200 ° C до 2320 ° C, что указывает на их надежность и широкое применение. Термопары работают в этом широком диапазоне температур, не нуждаясь в батареях в качестве источника питания.Следует отметить, что изоляция провода может со временем изнашиваться при интенсивном использовании, что требует периодических проверок и технического обслуживания для сохранения точности термопары.

Для определения температуры среды по силе тока необходимо знать значения ЭДС или напряжения тока и материалов проводов при эталонных температурах. Часто измеренную температуру можно найти с помощью стандартных таблиц термопар. Однако эти таблицы часто ссылаются на 0 ° C.Чтобы исправить эту другую эталонную температуру, можно использовать уравнение (3) для расчета температуры по заданному току.

\ [\ xi_ {T_ {1}, T_ {3}} = \ xi_ {T_ {1}, T_ {2}} + \ xi_ {T_ {2}, T_ {3}} \ label {3} \ ]

: ЭДС комбинации сплавов, генерируемая при двух разных температурах
T 1 : температура среды, температуру которой необходимо определить
T 2 : эталонная температура термопары
T 3 : эталонная температура стандартной таблицы термопар, которая в данном случае составляет 0 ° C

После вычисления ЭДС между двумя сплавами относительно эталонной температуры, когда \ (T_3 \) равно 0 ° C, стандартную таблицу термопар можно использовать для определения температуры T1 среды.Эта температура обычно автоматически отображается на термопаре.

Помимо обычного случая, когда термопары помещают в жидкость для измерения изменения температуры, термопары также могут быть встроены в твердые тела с превосходными результатами. Это очень эффективно при установлении различных тепловых свойств твердого тела. Теплопередача к термопаре теперь будет в форме кондуктивной теплопередачи. В результате эта установка будет очень похожа на последовательную теплопроводность, поскольку термопара почти всегда изготавливается из другого материала, чем реальное твердое тело.Такие расхождения зависят от того, каким образом термопара встроена в твердое тело, и их следует учитывать при расчете и анализе тепловых свойств. Один из примеров показан на фото ниже.

Рисунок 3. Принципиальная схема работы термопары

Законы для термопар

  • Закон однородности материала: если все провода и термопара сделаны из одного материала, изменения температуры в проводке не влияют на выходное напряжение.Таким образом, нужны разные материалы, чтобы адекватно отражать температуру.
  • Закон промежуточных материалов: сумма всех термоэлектрических сил в цепи с несколькими разнородными материалами при постоянной температуре равна нулю. Это означает, что если третий материал добавляется при той же температуре, новый материал не генерирует никакого сетевого напряжения.
  • Закон последовательных или промежуточных температур: если два разнородных однородных материала производят термоэдс 1, когда переходы находятся в точках T1 и T2, и создают термоэдс 2, когда переходы находятся в точках T2 и T3, то ЭДС, генерируемая, когда переходы находятся в точках T1 и T3, будет равна эмф1 + эмф2.

Заявка

  • Сталелитейная промышленность: мониторинг температуры и химического состава на протяжении всего процесса производства стали
  • Безопасность отопительных приборов: термопары в отказоустойчивом режиме используются в печах и водонагревателях для определения, горит ли запальное пламя, чтобы предотвратить возгорание и опасность для здоровья
  • Производство: Испытание прототипа электрического и механического оборудования
  • Технологические заводы: химические производственные и нефтеперерабатывающие заводы используют компьютерные программы для просмотра температуры в различных местах.В этой ситуации несколько выводов термопары подводятся к общему эталонному блоку.

Пирометры

В отличие от термометра, RTD и термопары, пирометры (бесконтактные датчики температуры) измеряют количество излучаемого тепла, а не количество тепла, переданного и переданного датчику. Существуют различные типы пирометров, такие как пирометры полного излучения и фотоэлектрические пирометры. Ниже представлена ​​схема оптического пирометра на Рисунке 4.

Рисунок 4.Принципиальная схема оптического пирометра

Эти пирометры различаются по типу измеряемого излучения. Есть много факторов, которые влияют на количество обнаруженного излучаемого тепла, поэтому необходимо сделать много предположений относительно излучательной способности или меры того, как излучается тепло объекта. Эти предположения основаны на способе излучения тепла, а также на геометрии объекта. Поскольку температура зависит от излучательной способности тела, эти предположения относительно излучательной способности вносят неопределенности и неточности в показания температуры.Поэтому из-за связанной с ними ошибки пирометры не часто используются в промышленности.

Таблица 3. Обзор датчиков температуры

Существует несколько различных типов пирометров. Есть оптические и радиационные пирометры.

Как работают оптические пирометры:

  • Сравнивает цвет видимого света, испускаемого объектом, с цветом электрически нагреваемой проволоки.
  • Проволока может быть настроена на определенную температуру
  • Провод можно отрегулировать вручную для сравнения двух объектов

Как работают радиационные пирометры:

  • Этот датчик работает путем измерения излучения (инфракрасного или видимого света), испускаемого объектом
  • Излучение нагревает термопару в пирометре, которая, в свою очередь, индуцирует ток
  • Чем больше индуцируемый ток, тем выше температура.

Пирометры обычно используются при очень высоких температурах, но могут использоваться и при более низких температурах.Пирометры находят множество промышленных применений. Операторы завода могут использовать пирометры, чтобы определить, при какой температуре происходят определенные процессы. Обратной стороной пирометров является то, что они не очень точны, как термопары или датчики RTD. Это потому, что они полагаются на количественное определение цветов света.

Регуляторы температуры

Терморегуляторы, также известные как терморегулирующие клапаны (TCV), физически контролируют, а также измеряют температуру. Регуляторы температуры не могут напрямую поддерживать заданное значение; вместо этого они связывают нагрузку (в данном случае открытие клапана) с контролем (измерением температуры).Эти регуляторы наиболее полезны, когда температура соотносится с потоком вещества. Например, TCV можно использовать для контроля температуры экзотермической реакции, которая требует постоянного охлаждения. TCV измеряет температуру реакции и на основе этой температуры либо увеличивает, либо уменьшает расход охлаждающей жидкости для регулирования температуры реакции. Точно так же регулятор можно использовать для регулировки количества потока пара, который обычно используется для нагрева вещества.Следовательно, регулируя расход, регулятор может косвенно регулировать температуру данной среды.

Структура регулятора

Структура типичного терморегулятора состоит из четырех основных частей, как показано на рисунке 3. Элемент измерения температуры, который в большинстве случаев является датчиком температуры, как описано выше, посылает электрический или механический сигнал через разъем на привод. Затем привод использует этот сигнал для воздействия на источник питания, который определяет положение клапана.(Это будет подробнее описано в следующем разделе.)

Рисунок 3. Принципиальная схема конструкции регулятора температуры. Примечание. Привод состоит из капиллярной трубки, источника питания и регулятора.

Работа регулятора

Терморегулятор работает на основе механических средств регулирования температуры. Как упоминалось ранее, колба регулятора обычно заполнена теплопроводящим веществом. Из-за свойств теплового расширения этого вещества, вещество расширяется при повышении температуры.Это расширение вызывает изменение давления привода, которое коррелирует с температурой среды. Это изменение давления меняет положение клапана на регуляторе, который регулирует расход охлаждающей жидкости. Затем температура среды изменяется за счет изменения расхода этого хладагента.

Типы регуляторов температуры

Хотя все регуляторы имеют одинаковую базовую конструкцию и предназначение, они существуют во множестве форм. В частности, эти регуляторы различаются по четырем основным направлениям: элементы определения температуры, размещение датчика температуры, тип привода и тип клапана.

Элементы определения температуры

В большинстве систем регулирования температуры в качестве датчиков температуры используются термопары или RTD. (Описано выше) Для этих систем разъем — компьютер. Датчики посылают электрический сигнал на компьютер, который рассчитывает температуру. Затем компьютер сравнивает температуру, измеренную датчиком, с запрограммированной заданной температурой, тем самым определяя необходимое давление в приводе. Давление в приводе изменяет положение источника питания (диафрагмы или сильфона), что, следовательно, изменяет расход через клапан.

В некоторых системах регулирования температуры в качестве датчика температуры используется заполненная груша. Исходя из свойств теплового расширения материала внутри баллона, материал расширяется при повышении температуры. Это расширение вызывает изменение давления в приводе. Привод изменения давления затем меняет положение источника питания. Опять же, изменение источника питания изменяет расход через клапан.

Системы регулирования температуры, использующие термопары или RTD в качестве датчиков температуры, гораздо более распространены, чем системы регулирования, использующие заполненные лампочки.

Размещение датчика температуры: внутреннее и дистанционное обнаружение

Определение температуры может быть выполнено с помощью внутренних или удаленных элементов. Для внутренних датчиков температуры термопривод и датчик температуры полностью расположены внутри клапана. Для удаленных датчиков температуры первичный элемент определения температуры отделен от привода и клапана и подключается к приводу либо с помощью электрической проводки, либо с помощью капиллярной трубки, в зависимости от механизма датчика температуры.Дистанционные датчики температуры более распространены, поскольку использование внутренних датчиков температуры ограничено. Датчики внутренней температуры могут измерять только температуру жидкости, протекающей через клапан, но не температуру технологического процесса.

Тип привода: Тепловые системы

В терморегуляторах используются четыре основных категории термоприводов. Термоприводы производят мощность и работают на источнике питания пропорционально измеренной температуре технологического процесса.Типы приводов включают систему с паровым наполнением, систему с жидкостью, систему с горячей камерой и систему с плавлением или с воском. Из всех упомянутых тепловых систем наиболее распространены системы, заполненные жидкостью, поскольку они линейно связывают изменение температуры и давления.

Системы с паровым заполнением

В системе, заполненной паром, термопривод частично заполнен летучей жидкостью. По мере увеличения температуры датчика давление пара жидкости также увеличивается.Это увеличивает давление на источник питания и регулирует расход через клапан.

Системы с жидким заполнением

В системах, заполненных жидкостью, термопривод заполнен химически стабильной жидкостью, например углеводородом. При повышении температуры жидкость расширяется, создавая силу, действующую на источник энергии.

Системы с горячей камерой

В системах с горячей камерой термопривод частично заполнен летучей жидкостью.Повышение температуры системы заставляет часть этой жидкости попадать в силовой агрегат, где тепло агрегата заставляет эту жидкость превращаться в перегретый пар. Повышение давления создает силу на источнике энергии.

Системы плавленого типа (заполненные воском)

Из всех упомянутых систем система термоядерного типа является наименее распространенной. В системе плавления термопривод заполнен специальными парафинами, такими как углеводороды, силиконы и природные парафины.Воск содержит большое количество меди, что улучшает теплоотдачу воска. При повышении температуры воск расширяется, создавая силу, меняющую положение источника питания.

Тип клапана: с прямым и пилотным приводом

В терморегуляторах используются два основных типа клапанов: клапаны с прямым и пилотным приводом. Во всех таких терморегуляторах есть источник питания (например, сильфон и диафрагмы), который обеспечивает усилие, необходимое для изменения положения клапана для регулирования температуры.Эти источники энергии полагаются на изменение давления привода, чтобы правильно регулировать температуру. В TCV с прямым приводом этот силовой агрегат напрямую подключен к клапану, который обеспечивает усилие, необходимое для открытия и закрытия клапана. В TCV с пилотным приводом термический привод перемещает пилотный клапан, который затем передает энергию в виде давления на поршень, который затем обеспечивает работу, необходимую для изменения положения основного клапана.

TCV

с прямым приводом часто намного проще по конструкции, чем TCV с пилотным приводом, и поэтому они также намного дешевле.Кроме того, они лучше реагируют на меньшие изменения температуры и более точно отражают температуру среды. Таким образом, если для обеспечения правильной работы важна точная температура системы, следует использовать TCV с прямым приводом. TCV с пилотным приводом обычно имеют гораздо меньшие устройства измерения температуры, более быстрое время отклика и способность выдерживать гораздо более высокие давления через регулирующий клапан. Следовательно, при высоких давлениях или быстрых изменениях температуры следует использовать TCV с пилотным приводом.

Пример резистивного датчика температуры

Примечание. Этот пример задачи был создан для демонстрационных целей.

Недавно нанятый инженер-химик в Hypothetical Industries отвечает за мониторинг и поддержание температуры для одной из экзотермических реакций компании. В этом процессе для измерения температуры процесса используется термометр с платиновым резистором, свойства которого приведены ниже. Идеальный диапазон реакции составляет от 250 ° C до 350 ° C.Ниже 250 ° C катализатор перестает функционировать, а выше 350 ° C его можно классифицировать как неуправляемую реакцию. Инженер может управлять паром и охлаждающей водой, чтобы регулировать температуру процесса.

Опишите, какие изменения следует внести инженеру в расход охлаждающей жидкости или пара для обеспечения оптимального функционирования системы.

Вариант I: R T = 25 Ом

Вариант II: R T = 13,9 Ом

Вариант III: R T = 19.4 Ом

ПРЕДОСТАВЛЕННЫЕ ДАННЫЕ:

R T = R 0 (1 + a 1 T + a 2 T 2 )

02 R Ом
a 1 = 3,91 x 10 — 3 (° C)
a 2 = — 6,72 x 10 — 8 C — 2 )

Решение:

Замените данное значение R T для каждого из 3 случаев в математические вычисления ниже, чтобы получить ответы, мы разработали Случай I с соответствующими числами ниже.

Дело I:

1. Фактор R 0 по всей правой части уравнения.
2. Вычтем R T из обеих частей уравнения.
3. Решите относительно T с помощью квадратного уравнения.



АЛЬТЕРНАТИВНОЕ решение:
1. Поскольку константа a 2 настолько мала ( x 10 — 7 ), мы можем просто пренебречь этим членом.
2. Теперь проблема представляет собой простое линейное уравнение, которое можно решить, выделив T на одной стороне уравнения.


Ответов:

Случай I. Инженер должен начать вливать охлаждающую воду в процесс реакции, поскольку температура составляет ~ 500 ° C, что на
выше соответствующего диапазона.
Дело II. Инженер должен увеличить подачу пара в процесс реакции, поскольку температура составляет ~ 125 ° C, что ниже
соответствующего диапазона.
Дело III. Инженеру не нужно ничего делать, потому что температура находится в соответствующем диапазоне ~ 300 ° C.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): датчик температуры

Вы инженер-химик в компании Hypothetical Industries и отвечаете за мониторинг и регулирование температуры одной из реакций компании. Определите, какой датчик температуры следует использовать для оптимального измерения и регулирования температуры реакции в каждой из следующих ситуаций.

  • Корпус I. T = 900 ° C
  • Дело II. T = 500 ° C, но расположение датчика в большом реакторе непрерывного действия затрудняет ремонт
  • Дело III.T = 50 ° C, и вы оцениваете текущую температуру реакции лабораторного масштаба

Решение

Случай I. Мы знаем, что реакция протекает при 900 ° C. Принимая эту оптимальную температуру в качестве единственного необходимого параметра, датчик температуры будет термопарой. Температура вне диапазона для термометров сопротивления. Обычные термометры не посылают электрических сигналов; поэтому их нельзя использовать для этого процесса.
Дело II. Хотя эта температура находится в пределах рабочих диапазонов как термопар, так и RTD, поскольку датчик может быть труднодоступным для ремонта, мы должны использовать RTD, потому что термопары теряют точность после длительного использования.
Дело III. Поскольку температура находится в пределах диапазона всех трех датчиков, и нам нужна только приблизительная оценка температуры, мы можем использовать термометр, который будет намного дешевле, чем альтернативные датчики.

Датчики температуры — теперь вы их видите, а теперь нет

Ученым уже несколько десятилетий известно, что выбросы твердых частиц с судов могут оказывать сильнейшее влияние на низколежащие слоисто-кучевые облака над океаном. На спутниковых снимках части океанов Земли испещрены яркими белыми полосами облаков, которые соответствуют морским путям.Эти искусственно освещенные облака являются результатом крошечных частиц, производимых кораблями, и они отражают больше солнечного света обратно в космос, чем невозмущенные облака, и гораздо больше, чем темно-синий океан под ними. Поскольку эти «корабельные следы» блокируют часть солнечной энергии от достижения поверхности Земли, они предотвращают некоторое потепление, которое в противном случае произошло бы.

Формирование корабельных следов регулируется теми же основными принципами, что и все образования облаков. Облака появляются естественным образом, когда относительная влажность превышает 100 процентов, вызывая конденсацию в атмосфере.Отдельные облачные капли образуются вокруг микроскопических частиц, называемых ядрами конденсации облаков (CCN). Вообще говоря, увеличение CCN увеличивает количество облачных капель при уменьшении их размера. Через явление, известное как Эффект Туми , эта высокая концентрация капель увеличивает отражательную способность облаков (также называемую альбедо ). Источники CCN включают аэрозоли, такие как пыль, пыльца, сажа и даже бактерии, а также антропогенные загрязнения с фабрик и кораблей.В удаленных частях океана большинство CCN имеют естественное происхождение и содержат морскую соль от ударов океанских волн.

На спутниковых снимках видны «следы кораблей» над океаном: яркие облака, которые образуются из-за частиц, выброшенных кораблями. Джефф Шмальц / Группа быстрого реагирования MODIS / GSFC / NASA

Целью проекта MCB является рассмотрение вопроса о том, может ли намеренное добавление большего количества морской соли CCN к низким морским облакам охладить планету. CCN будет образовываться путем распыления морской воды с судов.Мы ожидаем, что распыленная морская вода мгновенно высохнет в воздухе и образует крошечные частицы соли, которые поднимутся в облачный слой за счет конвекции и будут действовать как семена для облачных капель. Эти сгенерированные частицы будут намного меньше, чем частицы от ударов волн, поэтому будет только небольшое относительное увеличение массы морской соли в атмосфере. Цель состоит в том, чтобы создать облака, которые будут немного ярче (на 5-10 процентов) и, возможно, более продолжительными, чем обычные облака, в результате чего больше солнечного света будет отражаться обратно в космос.

« Солнечное вмешательство в климат» « — это общий термин для таких проектов, как наш, которые связаны с отражением солнечного света для уменьшения глобального потепления и его наиболее опасных последствий. Другие предложения включают разбрызгивание отражающих силикатных шариков на полярные ледяные щиты и введение материалов с отражающими свойствами, таких как сульфаты или карбонат кальция, в стратосферу. Ни один из подходов в этой молодой области недостаточно изучен, и все они несут потенциально большие неизвестные риски.

Вмешательство солнечного климата , а не , замена для сокращения выбросов парниковых газов, что является обязательным условием. Но такое сокращение не повлияет на потепление от существующих парниковых газов, которые уже находятся в атмосфере. Поскольку последствия изменения климата усиливаются и достигаются переломные моменты, нам могут потребоваться варианты предотвращения самых катастрофических последствий для экосистем и жизни человека. И нам потребуется четкое понимание как эффективности, так и рисков, связанных с технологиями солнечного воздействия на климат, чтобы люди могли принимать информированные решения о том, следует ли их внедрять.

Наша команда, базирующаяся на Вашингтонский университет , Пало-Альто исследовательский центр (PARC) и Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория , объединяют экспертов в области моделирования климата, взаимодействия аэрозолей и облаков, динамики жидкости и систем распыления. Мы видим несколько ключевых преимуществ в повышении яркости морских облаков по сравнению с другими предлагаемыми формами воздействия солнечного климата на климат. Использование морской воды для образования частиц дает нам свободный, обильный источник экологически безвредного материала, большая часть которого будет возвращена в океан в результате осаждения.Кроме того, MCB может быть выполнен с уровня моря и не будет зависеть от самолетов, поэтому затраты и связанные с ними выбросы будут относительно низкими.

Воздействие частиц на облака носит временный и локальный характер, поэтому эксперименты с MCB можно проводить на небольших площадях и в короткие периоды времени (возможно, распыление в течение нескольких часов в день в течение нескольких недель или месяцев) без серьезного воздействия на окружающую среду или глобальный климат. Эти небольшие исследования все же дадут важную информацию о влиянии осветления.Более того, мы можем быстро прекратить использование MCB с очень быстрым прекращением его действия.

Солнечное вмешательство в климат — это общий термин для проектов, которые включают отражение солнечного света для уменьшения глобального потепления и его наиболее опасных последствий.

Наш проект охватывает три важнейшие области исследований. Во-первых, нам нужно выяснить, можем ли мы надежно и предсказуемо увеличить отражательную способность. Для этого нам нужно количественно оценить, как добавление сгенерированных частиц морской соли изменяет количество капель в этих облаках, и изучить, как облака ведут себя, когда в них больше капель.В зависимости от атмосферных условий MCB может влиять на такие вещи, как скорость испарения облачных капель, вероятность выпадения осадков и время жизни облаков. Количественная оценка таких эффектов потребует как моделирования, так и полевых экспериментов.

Во-вторых, нам нужно больше моделирования, чтобы понять, как MCB повлияет на погоду и климат как на местном, так и на глобальном уровне. Крайне важно изучить любые негативные непредвиденные последствия с помощью точного моделирования, прежде чем кто-либо подумает о реализации. Наша команда изначально фокусируется на моделировании реакции облаков на дополнительные CCN.В какой-то момент нам придется проверить нашу работу с мелкомасштабными полевыми исследованиями, которые, в свою очередь, улучшат региональное и глобальное моделирование, которое мы будем запускать, чтобы понять потенциальные воздействия MCB при различных сценариях изменения климата.

Третьей важной областью исследований является разработка распылительной системы, которая может производить частицы такого размера и концентрации, которые необходимы для первых небольших полевых экспериментов. Ниже мы объясним, как мы решаем эту проблему.

Одним из первых шагов в нашем проекте было определение облаков, наиболее подверженных осветлению.Путем моделирования и наблюдательных исследований мы определили, что наилучшей целью является слоисто-кучевых облаков , которые находятся на небольшой высоте (около 1-2 км) и неглубокие; нас особенно интересуют «чистые» слоисто-кучевые облака, в которых мало CCN. Увеличение альбедо облаков с добавлением CCN обычно сильно в этих облаках, тогда как в более глубоких и высококонвективных облаках их яркость определяют другие процессы. Облака над океаном, как правило, представляют собой чистые слоисто-кучевые облака, что хорошо, потому что повышение яркости облаков над темными поверхностями, такими как океан, приведет к наибольшему изменению альбедо.Они также удобно расположены рядом с жидкостью, которую мы хотим распылить.

В явлении, называемом эффектом Туми, облака с более высокой концентрацией мелких частиц имеют более высокое альбедо, что означает, что они обладают большей отражающей способностью. Вероятность появления дождя в таких облаках меньше, а удерживаемая облачная вода будет поддерживать высокое альбедо. С другой стороны, если сухой воздух сверху облака смешивается (унос), облако может производить дождь и иметь более низкое альбедо. В полной мере влияние MCB будет заключаться в сочетании эффекта Туми и этих настроек облака. Роб Вуд

Основываясь на нашем типе облака, мы можем оценить количество генерируемых частиц, чтобы увидеть измеримое изменение альбедо. Наш расчет включает типичные концентрации аэрозолей в чистых морских слоисто-кучевых облаках и увеличение концентрации CCN, необходимое для оптимизации эффекта осветления облаков, который, по нашим оценкам, составляет от 300 до 400 на кубический сантиметр. Мы также принимаем во внимание динамику этой части атмосферы, называемой морским пограничным слоем, учитывая как глубину слоя, так и примерно трехдневную продолжительность жизни частиц в нем.С учетом всех этих факторов, по нашим оценкам, одна система распыления должна непрерывно подавать примерно 3х10 15 частиц в секунду в облачный слой, покрывающий около 2000 квадратных километров. Поскольку вероятно, что не каждая частица достигнет облаков, мы должны стремиться к тому, чтобы на порядок или два больше.

Мы также можем определить идеальный размер частиц на основе начальных исследований моделирования облаков и соображений эффективности. Эти исследования показывают, что распылительная система должна генерировать капли морской воды, которые при высыхании превращаются в кристаллы соли диаметром всего 30–100 нанометров.Если размер меньше, то частицы не будут действовать как CCN. Частицы размером более пары сотен нанометров по-прежнему эффективны, но их большая масса означает, что на их создание тратится энергия. А частицы, размер которых значительно превышает несколько сотен нанометров, могут иметь негативный эффект, поскольку они могут вызвать выпадение дождя, которое приведет к потере облаков.

Нам необходимо четкое понимание как эффективности, так и рисков, связанных с технологиями солнечного воздействия на климат, чтобы люди могли принимать информированные решения о том, применять ли их.

Для создания сухих кристаллов соли оптимального размера требуется распыление капель морской воды диаметром 120–400 нм, что на удивление трудно сделать с точки зрения энергоэффективности. Обычные форсунки, в которых вода проходит через узкое отверстие, создают туман диаметром от десятков микрометров до нескольких миллиметров. Чтобы уменьшить размер капель в десять раз, давление через сопло должно увеличиться более чем в 2000 раз. Другие распылители, такие как ультразвуковые распылители в домашних увлажнителях, также не могут производить достаточно маленькие капли без чрезвычайно высоких частот и требований к мощности.

Решение этой проблемы потребовало нестандартного мышления и опыта в производстве мелких частиц. Это где Пришел Armand Neukermans .

После успешной карьеры в HP и Xerox, специализирующихся на производстве частиц тонера и струйных принтеров, в 2009 году к Нойкермансу обратились несколько выдающихся ученых-климатологов, которые попросили его применить свои знания в области создания капель морской воды. Он быстро собрал кадры добровольцев — в основном инженеров и ученых на пенсии ., и в течение следующего десятилетия эти самопровозглашенные «Старые соли» решили эту задачу. Они работали в лаборатории Кремниевой долины, взятой напрокат, используя оборудование, купленное в их гаражах или из собственных карманов. Они исследовали несколько способов получения желаемого распределения частиц по размеру с различными компромиссами между размером частиц, энергоэффективностью, технической сложностью, надежностью и стоимостью. В 2019 году они переехали в лабораторию PARC, где у них есть доступ к оборудованию, материалам, объектам и другим ученым, имеющим опыт в аэрозолях, гидродинамике, микротехнологии и электронике.

Тремя наиболее многообещающими методами, идентифицированными командой, были шипучие распылительные форсунки, распыление соленой воды в сверхкритических условиях и электрораспыление для формирования конусов Тейлора (которые мы объясним позже). Первый вариант был признан наиболее простым для быстрого масштабирования, поэтому команда продвинулась вперед. В шипучей форсунке сжатый воздух и соленая вода перекачиваются в один канал, где воздух проходит через центр, а вода кружится по сторонам.Когда смесь выходит из сопла, она производит капли размером от десятков нанометров до нескольких микрометров, с подавляющим числом частиц желаемого диапазона размеров. Шипучие форсунки используются в самых разных областях, включая двигатели, газовые турбины и покрытия распылением.

Ключ к этой технологии заключается в сжимаемости воздуха. Когда газ течет через ограниченное пространство, его скорость увеличивается с увеличением отношения давлений на входе и выходе.Это соотношение сохраняется до тех пор, пока скорость газа не достигнет скорости звука. Когда сжатый воздух покидает сопло со звуковой скоростью и попадает в окружающую среду, которая находится под гораздо более низким давлением, воздух подвергается быстрому радиальному расширению, которое разрывает окружающее водяное кольцо на крошечные капли.

Соавтор службы Гэри Купер и стажер Джессика Медрадо тестируют шипучую насадку внутри палатки. Кейт Мерфи

Нойкерманс и компания обнаружили, что шипучая форсунка работает достаточно хорошо для небольших испытаний, но эффективность — энергия, необходимая на каплю правильного размера — все еще требует повышения.Два основных источника отходов в нашей системе — это необходимое количество сжатого воздуха и большая часть слишком больших капель. Наши последние усилия были сосредоточены на изменении конструкции путей потока в сопле, чтобы требовать меньших объемов воздуха. Мы также работаем над фильтрацией крупных капель, которые могут вызвать дождь. И чтобы улучшить распределение капель по размеру, мы рассматриваем способы увеличения заряда капель; отталкивание между заряженными каплями будет препятствовать коалесценции, уменьшая количество капель слишком большого размера.

Хотя мы делаем progress с шипучей насадкой, никогда не помешает иметь запасной план. И поэтому мы также изучаем технологию электрораспыления , которая может дать спрей, в котором почти 100 процентов капель находятся в пределах желаемого диапазона размеров. В этом методе морская вода подается через излучатель — узкое отверстие или капилляр — в то время как экстрактор создает большое электрическое поле. Если электрическая сила аналогична величине поверхностного натяжения воды, жидкость деформируется в конус, обычно называемый конусом Тейлора .При превышении некоторого порогового напряжения наконечник конуса излучает струю, которая быстро распадается на сильно заряженные капли. Капли разделяются, пока не достигнут своего рэлеевского предела , точки, где отталкивание заряда уравновешивает поверхностное натяжение. К счастью, типичная проводимость поверхностной морской воды (4 Сименса на метр) и поверхностное натяжение (73 миллиньютона на метр) дают капли желаемого размера. Конечный размер капель можно даже настроить с помощью электрического поля до десятков нанометров, с более узким распределением по размерам, чем мы получаем от механических сопел.

На этой схеме (не в масштабе) изображена система электрораспыления, которая использует электрическое поле для создания водяных конусов, которые распадаются на крошечные капли. Кейт Мерфи

Электрораспыление относительно просто продемонстрировать с помощью одной пары эмиттер-экстрактор, но один эмиттер производит только 10 7 –10 9 капель в секунду, тогда как нам нужно 10 16 –10 17 в секунду. Для производства такого количества требуется массив из 100 000 на 100 000 капилляров.Создание такого массива — непростая задача. Мы полагаемся на методы, которые чаще ассоциируются с облачными вычислениями, чем с настоящими облаками. Используя те же методы литографии, травления и осаждения, которые используются при создании интегральных схем, мы можем изготовить большие массивы крошечных капилляров с выровненными экстракторами и точно расположенными электродами.

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают капиллярные излучатели, используемые в системе электрораспыления. Кейт Мерфи

Тестирование наших технологий представляет собой еще один набор проблем.В идеале мы хотели бы знать начальное распределение капель соленой воды по размерам. На практике это практически невозможно измерить. Большинство наших капель меньше длины волны света, что исключает возможность бесконтактных измерений на основе светорассеяния. Вместо этого мы должны измерять размеры частиц ниже по потоку, после того, как шлейф эволюционировал. Наш основной инструмент, называемый Сканирующий спектрометр электрической подвижности измеряет подвижность заряженных сухих частиц в электрическом поле для определения их диаметра.Но этот метод чувствителен к таким факторам, как размер комнаты и воздушные потоки, а также к тому, сталкиваются ли частицы с предметами в комнате.

Для решения этих проблем мы построили герметичную палатку объемом 425 кубометров, оснащенную осушителями, вентиляторами, фильтрами и набором подключенных датчиков. Работа в палатке позволяет нам распылять в течение более длительных периодов времени и с помощью нескольких форсунок, при этом концентрация частиц или влажность не становятся выше, чем мы наблюдаем в поле. Мы также можем изучить, как струи распыления от нескольких сопел взаимодействуют и развиваются с течением времени.Более того, мы можем более точно имитировать условия над океаном и настраивать такие параметры, как скорость и влажность воздуха.

Часть команды в испытательной палатке; Слева направо: «Old Salts» Ли Гэлбрейт и Гэри Купер, Кейт Мерфи из PARC и стажер Джессика Медрадо. Кейт Мерфи

В конечном итоге мы перерастем палатку , и нам придется переехать в большое закрытое пространство, чтобы продолжить наши испытания. Следующим шагом будет тестирование на открытом воздухе для изучения поведения шлейфа в реальных условиях, хотя и не с достаточно высокой скоростью, чтобы мы могли измерить возмущение облаков.Мы хотели бы измерить размер и концентрацию частиц далеко за нашим распылителем, от сотен метров до нескольких километров, чтобы определить, поднимаются ли частицы или опускаются, и насколько далеко они распространяются. Такие эксперименты помогут нам оптимизировать нашу технологию, ответив на такие вопросы, как, например, нужно ли добавлять тепло в нашу систему, чтобы побудить частицы подняться в облачный слой.

Данные, полученные в ходе этих предварительных испытаний, также будут полезны для наших моделей. И если результаты модельных исследований будут обнадеживающими, мы можем перейти к полевым экспериментам, в которых облака становятся достаточно яркими для изучения ключевых процессов.Как обсуждалось выше, такие эксперименты будут проводиться в течение небольшого и короткого времени, так что любое воздействие на климат не будет значительным. Эти эксперименты обеспечат критическую проверку нашего моделирования и, следовательно, нашей способности точно предсказать воздействие MCB.

До сих пор неясно, может ли MCB помочь обществу избежать наихудших последствий изменения климата, или это слишком рискованно или недостаточно эффективно, чтобы быть полезным. На данный момент мы недостаточно знаем, чтобы отстаивать его реализацию, и мы определенно не предлагаем его в качестве альтернативы сокращению выбросов.Цель нашего исследования — предоставить политикам и обществу данные, необходимые для оценки MCB как одного из подходов к медленному потеплению, предоставляя информацию как о его потенциале, так и о рисках. С этой целью мы отправили наши экспериментальные планы на рассмотрение Национальное управление океанических и атмосферных исследований США и для открытой публикации в рамках исследования Национальной академии наук США исследований в области воздействия солнечного климата. Мы надеемся, что сможем пролить свет на возможность использования MCB в качестве инструмента для повышения безопасности планеты.

Статьи с вашего сайта

Статьи по теме в Интернете

Датчик температуры

— обзор

1.14.3.1.1 Болометры

Болометры основаны на резистивных датчиках температуры. Согласно обзору Ричардса (1994), доступно большое количество типов болометров: охлаждаемые, неохлаждаемые, составные, одноэлементные, линейные и двумерные матрицы и другие. Поскольку некоторые из них больше подходят для астрономических миссий с очень низким уровнем фона или использования в лабораториях, мы ограничим обсуждение здесь проектами, которые использовались для миссий дистанционного зондирования Земли.Как правило, эти приложения связаны с относительно большими потоками и коротким временем интегрирования по сравнению с тем, что может быть типичным в астрономии.

Мы показываем одноэлементный болометр и простую схему усилителя на рис. 3, чтобы проиллюстрировать основные составляющие шума в сигнальной цепи болометра. Смещение детектора здесь не рассматривается и в правильно спроектированной схеме не должно вносить значительный вклад в шум. Мы рассмотрим шум тепловых флуктуаций детектора, фотонный шум, шум Джонсона, а также шум напряжения и тока усилителя, все относящиеся к входу детектора.В зависимости от полосы сигнала также может потребоваться учитывать избыточные низкие частоты или шум 1 / f. Ричардс (1994) дает более подробное обсуждение.

Рис. 3. Схема усилителя простого болометра. Шум по току и напряжению усилителя обозначен I a и V a соответственно. Болометр R смещен постоянным напряжением V смещением через нагрузочный резистор RL .

Шум тепловых флуктуаций возникает в результате квантования передачи энергии между болометром и подложкой. NEP, относящийся к мощности, падающей на детектор, определяется выражением

(12) NEPtf = a − 14kT2GΔf

, где k = 1,380638 × 10 — 23 Дж K — 1 (Андерсон, 1989) — коэффициент Больцмана. константа, Δ f — ширина полосы сигнала, а a — поглощающая способность детектора. НЭП выражается в единицах мощности.

Фотонный шум возникает из-за случайного прибытия фотонов и, как следствие, изменения поглощенной мощности.Для сцены со спектральной яркостью Lν¯, наблюдаемой с помощью оптической системы, имеющей область сбора A , телесный угол Ω и пропускание τ , фотонный шум определяется как

(13) NEPpn = 2AΩτΔfa − 1∫Lν¯ hcν¯dν¯

, где h = 1.05457266 × 10 — 34 Дж с — постоянная Планка, а c = 2.99792458 × 10 8 м с — 1 — скорость света (Anderson, 1989 ).

Остальные источники непосредственно генерируют электронный шум, поэтому их необходимо разделить на чувствительность детектора S , чтобы отнести к входу детектора.Напряжение шума Джонсона выражается просто как Vjn = 4kTRΔf, где R — сопротивление болометра, а V jn выражено в вольтах. Напряжение шума усилителя В a вносит непосредственный вклад, в то время как влияние шума тока усилителя I a зависит от сопротивления болометра: В cn = I а R . Общий NEP определяется суммированием квадратов отдельных членов:

(14) NEP2 = a − 1Δf4a − 1kT2G + 2AΩτ∫Lν¯hcν¯dν¯ + S − 24kTRΔf + Va2 + Ia2R2

В идеале, фотонный шум Этот термин будет доминировать, но на самом деле он зависит от яркости сцены, температуры детектора и наличия охлаждения для конкретного приложения, а также от чувствительности.

Чувствительность болометра зависит от деталей того, как сопротивление реагирует на температуру, тепловой постоянной времени детектора, а также от того, обеспечивает ли усилитель смещение постоянного тока, смещение постоянного напряжения или какой-либо другой тип смещения. Следуя Ричардсу (1994), полезно изучить простой случай, чтобы увидеть, как чувствительность зависит от основных физических параметров. Мы рассматриваем случай болометра, смещенного постоянным током I , который освещается источником, изменяющимся синусоидально с угловой частотой ω.Чувствительность в выходном напряжении на ватт, падающем на детектор, может быть выражена как

(15) Si = aIRαGe1 + iωτe

, где α = R — 1 dR / dT — температурный коэффициент сопротивления датчика, G e = G I 2 — эффективная теплопроводность после поправки на эффект обратной связи самонагрева, а τ e = CG e — 1 (Ричардс, 1994).Мы использовали сложную форму чувствительности для учета фазового сдвига, возникающего из-за конечной постоянной времени. Сопротивление полупроводников уменьшается с температурой, так что для болометров, изготовленных из таких материалов, α <0, G e > G , а электрическая постоянная времени короче тепловой постоянной времени. Сопротивление увеличивается с повышением температуры для сверхпроводящих болометров с переходной кромкой, так что в этом случае α > 0.

Линейность болометра может быть проблемой для приложений, требующих высокой точности радиометрической калибровки, учитывая, что многие параметры устройства в формуле. (15) зависят от температуры детектора, а температура детектора зависит от мощности падающего излучения. Например, рассмотрим идеализированный полупроводниковый болометр, в котором количество носителей заряда пропорционально e T 0/ T , где T 0 = 0,5 E g k — 1 и E g — ширина запрещенной зоны полупроводника (Ashcroft and Mermin, 1976).Сопротивление обратно пропорционально количеству несущих, так что R = R 0 e T 0/ T , dR / dT = — T 0 T — 2 R и α = — T 0 T — 2 . Поскольку температура детектора для фиксированной температуры подложки и тока смещения зависит от средней мощности, поглощаемой детектором, а это, в свою очередь, зависит от фонового излучения и уровня модулированного сигнала, ожидается α , R , G e , τ e , и, следовательно, S i в зависимости от уровня сигнала.Тщательные измерения чувствительности композитного кремниевого болометра в зависимости от уровня фоновой засветки показали, что нелинейность превышает 10% (Makai and Andor, 1998). В спектрометре с преобразованием Фурье уровень модуляции мощности (сигнал переменного тока) во время сканирования интерферограммы может быть значительно меньше, чем полное изменение мощности, освещающей детектор при переходе от вида сцены к виду калибровки, и, что удивительно, можно эффективно скорректировать нелинейность в это приложение путем простого деления выходного сигнала детектора, связанного по переменному току, на напряжение смещения (эквивалентно делению сигнала переменного тока на сумму сигнала переменного тока и гораздо большего смещения постоянного тока; см. Latvakoski et al., 2014).

Матрицы для дистанционного зондирования Земли иногда создавались из дискретных болометров (например, см. Mlynczak et al., 2006), но теперь можно получить матрицы микромашинных болометров (микроболометров), которые работают без охлаждения и доступны в форматах до до 1920 × 1200 пикселей (Puschell, Masini, 2014). Промышленные решетки микроболометров обычно оптимизированы для диапазона длин волн 8–13 мкм, области относительно хорошего пропускания через атмосферу у поверхности Земли.Доступны постоянные времени 10 мс, поддержка частоты кадров до 100 Гц, а разница температур, эквивалентная интегральному по полосе шума, 35 мК для сцены 300 К была продемонстрирована с помощью оптической системы f / 1 (Puschell and Masini, 2014). .

За некоторыми исключениями, неохлаждаемые дискретные (не микромашинные) болометры нашли мало приложений для дистанционного зондирования. Без охлаждения до гелиевых температур или ниже относительно большая теплоемкость устройства требует значительной теплопроводности по отношению к подложке, что приводит к низкой чувствительности.Низкая чувствительность приемлема для высоких уровней сигнала, как в случае с инструментами Облака и Системы радиантной энергии Земли (CERES) (Haeffelin et al., 1997).

Thermal Sensor — обзор

11.3.1 Датчики давления

Датчики давления, наряду с датчиками температуры, являются одними из самых распространенных датчиков и широко используются в повседневной жизни. Датчики давления используются для прямого измерения давления, например, в микрофоне или гидрофоне, или могут использоваться для косвенного измерения таких переменных, как высота, скорость потока жидкости / газа, калибровка и т. Д.Для определения давления используется множество различных инженерных принципов и физических явлений. Пьезорезистивные и пьезоэлектрические свойства материалов, потенциометрические, электростатические или магнитные изменения из-за смещения диафрагмы, а также оптическое отклонение используются для измерения давления (Eatony and Smith, 1997). Другие методы, такие как резонансный сдвиг, теплопроводность, тепловидение и ионизация, также использовались для измерения давления (Eatony and Smith, 1997). Хотя каждый из этих принципов предлагает такие преимущества, как дальность обнаружения, чувствительность и дистанционное зондирование, выбор правильного принципа зондирования в основном основан на критических требованиях приложения, таких как область имплантации, ожидаемый срок службы имплантата (долговечность), интеграция с беспроводной связью, требования к питанию и т. д.

Датчики давления MEMS используют те же принципы измерения и являются уменьшенной версией своего макроскопического аналога. Деформируемые диафрагмы являются наиболее часто используемыми датчиками давления MEMS в сочетании с емкостным или пьезорезистивным преобразователем сигнала. Здесь давление определяется степенью деформации диафрагмы из-за приложения давления, а деформация измеряется как изменение емкости или сопротивления. Полученное значение давления всегда относится к известному эталонному давлению.На рисунке 11.2 представлена ​​схема типичного датчика давления с деформируемой мембраной (Eatony and Smith, 1997).

11.2. Иллюстрация поперечного сечения типичной диафрагмы датчика давления. Пунктирные линии обозначают необнаруженную диафрагму.

Предпринимаются активные усилия по применению датчиков давления MEMS в качестве имплантируемых датчиков. В этом разделе описаны примеры датчиков давления MEMS, разработанных для приложений in vivo . Имплантируемый беспроводной МЭМС-датчик внутриглазного давления (ВГД) с микромашинной обработкой поверхности был разработан Chen et al. (2008), чтобы помочь в выявлении глаукомы, оптической невропатии, характеризующейся высоким давлением глазной жидкости в глазу, которое постепенно повреждает зрительный нерв и может привести к необратимой потере зрения. Парилен использовался как функциональный, так и конструкционный материал. Биосовместимость парилена также обеспечивает преимущества для интеграции в среду хозяина. Устройство первого поколения (Meng et al., 2005) состояло из механического датчика давления, который состоял из отдельно стоящей париленовой спиральной трубки с центральной опорой.

Когда в конструкции создается перепад давления, создается изгибающий момент, вызывающий радиальную и угловую деформацию в плоскости. Этот эффект контролировали путем визуального отслеживания движения кончика индикатора. Возникшая деформация была линейно связана с перепадом давления. Хотя это устройство продемонстрировало доказательство концепции, визуальное обнаружение отклонения и отсутствие эффективных протоколов наложения швов затрудняло фактическое тестирование в сценарии имплантата.

Второе поколение (Chen et al., 2008) устройства, которое преодолело недостатки предшественника, было разработано с использованием резонансного контура электрического резервуара LC для облегчения пассивного беспроводного считывания с использованием внешней опрашивающей катушки, подключенной к блоку считывания. Для реализации компонентов, чувствительных к давлению, использовались две конструкции датчиков с микромеханической обработкой поверхности, включающие в себя резонансные цепи переменного конденсатора и переменного конденсатора / индуктора. Чувствительный к давлению конденсатор был выполнен с гибкой мембранной камерой, объединенной с параллельными металлическими пластинами.Электрическая цепь LC-резервуара представляет собой цепь, соединенную индуктором и конденсатором, значения которой могут быть установлены на расчетную резонансную частоту. Изменения емкости из-за вариаций ВГД вызывают изменение резонансной частоты LC-контура, которое можно охарактеризовать с помощью внешней считывающей катушки, которая индуктивно связана с имплантированным датчиком. Таким образом, такая конфигурация обеспечивает непрерывный беспроводной мониторинг IOP. Для получения дополнительных сведений о полном процессе изготовления читатель может обратиться к Chen et al. (2008).

Размеры устройства для имплантации 4 мм × 1 мм обеспечивают достаточно малый форм-фактор для имплантации. Стендовые испытания системы ex vivo показали чувствительность 7000 ppm / мм рт. Ст. С высоким разрешением 1 мм рт. Ст. Использование парилена в качестве структурного материала обеспечило биосовместимость, которая была подтверждена шестимесячным исследованием имплантатов на животных с использованием модели глаза живого кролика. Для изучения биосовместимости полностью упакованную систему имплантировали в участок pars plana в глазах двух кроликов.Имплантаты изучались в течение шести месяцев, и не наблюдалось воспалительной реакции или инкапсуляции тканей. Чтобы проверить работу датчика, датчик давления был имплантирован в энуклеированный глаз свиньи под роговицей. Результаты зондирования, хотя и не идеальные из-за характера тестирования ex-vivo , показали многообещающие улучшения протоколов имплантации и тестирования.

Датчики давления

MEMS также использовались для мониторинга артериального давления in vivo .Cong et al. Компания (2006) разработала имплантируемую емкостную систему измерения кровяного давления MEMS для мониторинга кровяного давления в реальном времени. В системе используется биосовместимая мягкая силиконовая эластичная манжета, обернутая вокруг кровеносного сосуда, соединенная с емкостным датчиком MEMS для измерения давления, а интегрированная электроника с низким энергопотреблением передает сигнал для сбора данных в реальном времени. Датчик состоит из кремниевой диафрагмы, закрепленной кромкой над вакуумной полостью, которая отклоняется под действием приложенного давления.Отклонение изменяет емкость, которая может коррелировать с приложенным давлением. Датчик работал с чувствительностью 1 фФ / мм рт. Подобно ранее обсужденному датчику IOP, эта система соединена с настраиваемой цепью резервуара LC для обеспечения беспроводной передачи данных во внешнюю систему записи. В этой работе подробно рассматривается критический вопрос потребности в энергии и, следовательно, устойчивости. Интегрированная электроника датчика предназначена для преобразования входящего радиочастотного (РЧ) сигнала в стабильный источник постоянного тока 2 В для питания всей системы.Это помогает в создании автономного имплантируемого устройства MEMS без батареи. Хотя размеры архитектуры ASIC (Application Specific Integrated Circuit) составляют 2 мм × 2 мм, фактический размер датчика составляет 0,4 × 0,5 × 0,4 мм 3 . Этот форм-фактор обеспечивает реалистичную интеграцию с кровеносными сосудами. Однако заметным недостатком является необходимость размещения внешней катушки вблизи манжеты для питания электроники манжеты.

Еще одно успешное применение имплантируемых датчиков давления MEMS — мониторинг давления в мочевом пузыре.Это очень важное приложение, поскольку недержание мочи поражает более половины населения мира старше 60 лет. Cong et al. Компания (2009 г.) разработала систему беспроводного микроманометра, которая предназначена для измерения давления в мочевом пузыре и телеметрической передачи данных на внешний приемник. В системе МЭМС используется коммерчески доступный датчик давления МЭМС (Silicon Microstructure Inc., SM5102, Калифорния, США), основанный на изменении пьезосопротивления деформируемой мембраны. Система состоит из датчика MEMS в сочетании с аккумуляторной батареей, которая имплантируется под слой слизистой оболочки мочевого пузыря для хронического контроля давления в мочевом пузыре.Архитектура ASIC предоставляет вспомогательную электронику для передачи данных на внешнее устройство. Двумя внешними компонентами являются радиоприемник и беспроводное зарядное устройство. Вся система спроектирована так, чтобы поместиться в капсулу размером 7 мм шириной × 3 мм толщиной × 17 мм длиной. Хотя конструкция системы была продемонстрирована как доказательство концепции, остается посмотреть, сможет ли система соответствовать долгосрочным требованиям биосовместимости.

Разработка различных других имплантируемых датчиков давления MEMS (Castro et al., 2007; Чен и др., 2007; Young, 2009) для различных заявок in vivo в настоящее время находится в стадии разработки. По мере развития технологии емкостных датчиков давления MEMS и достижения успешной коммерциализации в автомобильной промышленности в качестве основных компонентов подушек безопасности, тенденция смещается в сторону использования этих имеющихся в продаже датчиков MEMS вместе с ASIC для создания законченной системы. Однако самая большая проблема по-прежнему заключается в эффективной упаковке системы для безопасной имплантации в организм.Многие из хорошо изученных биоматериалов, которые использовались из-за их структурных свойств, в настоящее время исследуются на предмет их функциональных возможностей для достижения более легкой биосовместимости устройств MEMS. Коммерциализация описанных выше и других систем потребует дальнейшей обширной характеристики и одобрения соответствующих руководящих органов, которые поддерживают строго регулируемые стандарты для утверждения имплантируемых устройств.

ОСНОВЫ РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ — Электроника длины волны

Источник тока регулятора температуры: Одной из ключевых частей регулятора температуры является регулируемый двунаправленный источник тока.Его также можно назвать выходным каскадом. Эта секция реагирует на секцию системы управления, направляя ток на исполнительный механизм температуры (термоэлектрический или резистивный нагреватель). Направление тока имеет решающее значение для термоэлектриков. На блок-схеме термоэлектрический элемент подключен между двумя выводами на контроллере. Для резистивного нагревателя может потребоваться специальная проводка, чтобы ограничить ток через резистивный нагреватель только в одном направлении.

Система управления : Пользовательские входы включают в себя предельную уставку (в терминах максимального тока, разрешенного для термоэлектрического или резистивного нагревателя) и рабочую уставку.Кроме того, если требуется удаленная уставка, обычно доступен вход удаленной уставки.

  • Уставка : это аналоговое напряжение в системе. Его можно создать путем сочетания регулировки бортового триммера и ввода удаленной уставки. В некоторых случаях эти входы суммируются. Некоторые действуют самостоятельно.
  • Прецизионный источник тока смещения датчика: Этот источник тока управляет датчиком температуры на известном уровне, делая фактическое напряжение датчика стабильным и точным.Напряжение на датчике определяется законом Ома: V = I * R, где V — напряжение, I — ток, а R — сопротивление датчика. Напряжение ограничено максимумом и минимумом (указанным в паспорте контроллера температуры). Следует использовать минимально возможный ток, чтобы свести к минимуму эффекты самонагрева. Термистор нагревается при более высоких уровнях тока и ложно сообщает о более высокой температуре.
  • Генерация ошибки : Чтобы узнать, как работает система, фактическая температура сравнивается с заданной температурой.Эти два напряжения вычитаются, и результат называется «Ошибка». Выходной сигнал регулируемого источника тока будет изменяться, чтобы сигнал обратной связи по температуре оставался неизменным.
  • Система ПИД-регулирования : Преобразует сигнал ошибки в сигнал управления для регулируемого источника тока. Более подробное обсуждение ПИД-регулирования можно найти в Техническом примечании TN-TC01
  • .
  • Limit Circuit: Один из способов повредить термоэлектрик — пропустить через него слишком большой ток.В каждом техническом описании привода указывается максимальный рабочий ток. Превышение этого тока приведет к повреждению устройства. Чтобы этого избежать, в терморегулятор включен ограничительный контур. Пользователь определяет максимальную настройку, и выходной ток не должен превышать этот уровень. Большинство цепей ограничения ограничивают ток на максимальном уровне и продолжают работать.
  • Функции безопасности : Термоэлектрики и резистивные нагреватели чувствительны к избыточной мощности, но они устойчивы к быстрым изменениям тока или напряжения.Функции безопасности могут включать индикатор состояния «теплового разгона». Температурные пределы — как высокие, так и низкие — также могут быть доступны для включения индикаторов или отключения выходного тока.

Питание : питание должно подаваться на управляющую электронику и источник тока. Это может быть источник питания постоянного тока (некоторые драйверы используют входы с одним источником питания, другие используют два источника питания) или входной разъем переменного тока и кабель. В некоторых случаях, когда требуется более высокое напряжение для термоэлектрического или резистивного нагревателя, могут быть доступны отдельные входы источника питания постоянного тока для питания управляющей электроники от источника низкого напряжения +5 В и термоэлектрического элемента от источника более высокого напряжения.

В чем разница между инструментом, модулем и компонентом?

Обычно цена, набор функций и размер. Прибор обычно имеет переднюю панель с ручками и кнопками для регулировки, а также какой-либо дисплей для отслеживания датчика. Все это можно автоматизировать с помощью компьютерного управления через USB, RS-232, RS-485 или GPIB. Инструмент обычно питается от источника переменного тока, а не от источника постоянного тока. По нашему определению, модуль не включает в себя дисплей или источник питания и имеет минимально необходимые настройки.Для контроля состояния вольтметр измеряет напряжение, а в таблице данных модуля предусмотрена передаточная функция для преобразования напряжения в фактическое сопротивление датчика. В паспорте датчика сопротивление датчика преобразуется в температуру. Некоторые устройства выделяют память для калибровки отклика датчика. Компонент дополнительно урезан, без движущихся частей. Внешние резисторы или конденсаторы задают рабочие параметры. Функции безопасности являются общими для всех трех форм. Обычно модули можно разместить на столе или интегрировать в систему с помощью кабелей.Компоненты монтируются непосредственно на печатную плату (PCB) с помощью выводов для сквозного монтажа или поверхностного монтажа (SMT). Два ряда контактов называются DIP-упаковкой (двойной ряд), а один ряд выводов называется упаковкой SIP (одинарный ряд).

Разнообразные стандартные контроллеры доступны как в приборной, так и в OEM-упаковке. Некоторые производители стирают границы, например, предлагая USB-управление компонентами в качестве мини-инструментов.

Упаковка компонентов и модулей включает надлежащий теплоотвод элементов схемы (или инструкции о том, как устройство должно быть теплоотводом) и обычно включает соответствующие кабели для термоэлектрического элемента, датчика и источника питания.Инструменты включают шнур питания, и доступ пользователя внутрь корпуса не требуется.

Типовая терминология:

Термоэлектрик: Это устройство, состоящее из двух керамических пластин, которые скрепляют металлические соединения двух разнородных металлов. Если ток протекает через соединение разнородных металлов, тепло генерируется с одной стороны, а поглощается с другой. Пропуская ток через термоэлектрик, тепло передается от одной керамической пластины к другой.Направление тока определяет, какая пластина станет «горячей», а какая — «холодной» относительно друг друга. Изменение направления тока немедленно меняет эффект. Контроллер температуры работает, оптимально контролируя величину и направление тока через переход, чтобы поддерживать фиксированную температуру устройства, подключенного к «холодной» стороне. Термоэлектрики можно накладывать друг на друга, чтобы создать более широкий температурный перепад. Их называют многоступенчатыми или каскадными термоэлектриками. Термоэлектрик также может преобразовывать перепад температур в электричество.Это называется эффектом Зеебека. Термоэлектрик также известен как термоэлектрический охладитель, устройство Пельтье или твердотельный тепловой насос.

Q MAX: Спецификация термоэлектрика. Это максимальная мощность, которую он может поглотить холодной пластиной.

Delta T MAX: Спецификация термоэлектрика. Это максимальный перепад температур, который может создать термоэлектрик между своими пластинами. Он указан в IMAX и VMAX и для определенной температуры «горячей» пластины.

I MAX и V MAX: Максимальный ток и напряжение термоэлектрика, соответственно. Не превышайте эти условия эксплуатации.

Резистивный нагреватель: Обычно эти нагреватели гибкие, с резистивным элементом, зажатым между двумя изоляторами. Материалы резистивного элемента и изоляторов сильно различаются в зависимости от области применения. Некоторым требуется питание переменного тока, а не постоянного тока, который вырабатывается обычным контроллером температуры. В резистивном нагревателе при протекании тока в любом направлении выделяется тепло; следовательно, активная функция охлаждения отсутствует.Охлаждение достигается за счет снижения тока до нуля и рассеивания тепла в окружающую среду. Стабильность обычно не так хороша, как та, которая достигается с помощью термоэлектрика, если только рабочая температура не превышает температуру окружающей среды.

Температура окружающей среды: Обычно это температура воздуха / условий окружающей среды вокруг нагрузки.

Отключить: Когда выходной ток отключен, все механизмы безопасности обычно устанавливаются на начальное состояние включения, и на термоэлектрический элемент подается только остаточный ток утечки.

DVM: Цифровой вольтметр , измеритель напряжения.

Амперметр: Измеритель, контролирующий ток.

ESD: Электростатический разряд. Чувство «взрыва», которое возникает при переходе по ковру и прикосновении к металлической ручке двери, является наиболее распространенным примером электростатического разряда. Лазерные диоды чувствительны к электростатическому разряду. «Взрыва», которого не чувствует человек, по-прежнему достаточно, чтобы повредить лазерный диод. При обращении с лазерным диодом или другим электронным оборудованием, чувствительным к электростатическому разряду, следует соблюдать соответствующие меры предосторожности.

Внутреннее рассеяние мощности: При линейном источнике тока часть мощности, передаваемой источником питания, поступает на термоэлектрический или резистивный нагреватель, а часть используется в контроллере температуры. Максимальное внутреннее рассеивание мощности контроллера — это предел, при превышении которого возможно тепловое повреждение внутренних электронных компонентов. Проектирование системы контроля температуры включает выбор напряжения питания. Если для управления термоэлектриком с напряжением 6 В выбрано питание 28 В, на выходном каскаде регулятора температуры (или источнике тока) будет падать 22 В.Если драйвер работает на 1 А, внутренне рассеиваемая мощность будет V * I или 22 * ​​1 = 22 Вт. Если внутренняя мощность рассеивания составляет 9 Вт, компоненты источника тока будут перегреваться и необратимо повредятся. Wavelength предоставляет онлайн-калькуляторы безопасной рабочей зоны для всех компонентов и модулей, чтобы упростить выбор конструкции.

Напряжение соответствия: Источник тока имеет соответствующее падение напряжения на нем. Соответствующее напряжение — это напряжение источника питания за вычетом этого внутреннего падения напряжения.Это максимальное напряжение, которое может подаваться на термоэлектрический или резистивный нагреватель. Обычно указывается при полном токе.

Предел тока: В таблице данных термоэлектрического или резистивного нагревателя максимальный ток будет указан при температуре окружающей среды. Выше этого тока устройство может выйти из строя. При более высоких температурах это максимальное значение будет уменьшаться. Current Limit — это максимальный ток, который подает источник тока. Предел тока можно установить ниже максимального термоэлектрического тока и использовать в качестве инструмента для минимизации внутреннего рассеивания мощности терморегулятора.При более высоком пределе тока термоэлектрик будет быстрее передавать больше тепла, поэтому время достижения температуры может быть уменьшено (если система управления оптимизирована, чтобы избежать перерегулирования и звона).

Нагрузка: Для регулятора температуры нагрузка состоит из регулятора температуры (термоэлектрического или резистивного нагревателя) и датчика температуры.

ACTUAL TEMP MON: Это аналоговое напряжение, пропорциональное сопротивлению датчика температуры. Функции перехода к сопротивлению представлены в отдельных технических паспортах контроллеров.Для преобразования сопротивления в температуру используются передаточные функции из таблицы данных датчика. Его также можно назвать монитором ACT T или монитором температуры.

VSET: Это общий термин, используемый для обозначения входного сигнала удаленной уставки. V указывает на сигнал напряжения, в то время как SET указывает его цель: заданное значение системы управления. Его также можно назвать MOD, MOD IN или ANALOG IN.

Каковы типичные характеристики и как их интерпретировать для моего приложения?

В настоящее время каждый производитель проводит собственное тестирование, и стандарта для измерения не существует.После того, как вы определите решение для своего приложения, критически важно протестировать продукт в своем приложении, чтобы проверить его работу. Вот некоторые из определений, которые использует длина волны, и способы интерпретации спецификаций в вашем дизайне.

Входное сопротивление: Указывается для аналоговых входов напряжения, таких как VSET или MOD IN. Он используется для расчета силы тока, которую должен выдавать внешний генератор сигналов. Например, если VSET управляется цифро-аналоговым преобразователем с максимальным напряжением 5 В и входным сопротивлением 20 кОм, цифро-аналоговый преобразователь должен выдавать не менее 5 В / 20000 Ом или 0.25 мА.

Стабильность: Для регулятора температуры, насколько стабильной может быть система, обычно является критическим параметром. Испытания на длину волны с использованием термисторов, поскольку они обеспечивают максимальное изменение сопротивления на градус C. Испытательная нагрузка также хорошо спроектирована, с датчиком, расположенным рядом с управляемым устройством, и термоэлектрическим датчиком, теплоотводом надлежащего размера и компонентами, соединенными с помощью высококачественной термопастой, чтобы минимизировать тепловое сопротивление между ними. Стабильность указывается в градусах Кельвина или Цельсия.Типичная стабильность может достигать 0,001 ° C. Более подробное техническое примечание TN-TC02, описывающее тестирование, доступно в Интернете.

Диапазон рабочих температур: Электроника разработана для правильной работы в указанном диапазоне температур. За пределами минимальной и максимальной температуры может произойти повреждение или измениться поведение. Рабочий диапазон, который указывает длина волны, связан со спецификацией максимального внутреннего рассеивания мощности. Выше определенной температуры окружающей среды (обычно 35 ° C или 50 ° C) максимальное внутреннее рассеивание мощности снижается до нуля при максимальной рабочей температуре.

Диапазон рабочего напряжения: В некоторых регуляторах температуры можно использовать два напряжения питания — одно для питания управляющей электроники (VDD), а второе для обеспечения более высокого напряжения согласования для термоэлектрического или резистивного нагревателя (VS). Обычно управляющая электроника работает при более низких напряжениях: от 3,3 до 5,5 В. Превышение этого напряжения может повредить элементы в секциях управления или питания. Источник тока (или выходной каскад) разработан для более высоких напряжений (например, 30 В для контроллеров температуры семейства PTC).Эту спецификацию необходимо рассматривать вместе с приводным током и мощностью, подаваемой на нагрузку, чтобы гарантировать, что конструкция не превышает спецификацию максимального внутреннего рассеивания мощности. Например, PTC5K-CH рассчитан на работу до 5 А и может принимать входное напряжение 30 В. Максимальная внутренняя рассеиваемая мощность составляет 60 Вт. Если 28 В используется для питания термоэлектрика, который падает на 4 В, 24 В будет падать на PTC5K-CH. При 24 В максимальный ток в пределах безопасного рабочего диапазона составляет менее 60/24 или 2.5 ампер. Использование большего значения тока приведет к перегреву компонентов выходного каскада и необратимому повреждению контроллера. Максимальные характеристики тока и напряжения связаны, а не достижимы независимо.

Монитор в сравнении с фактической погрешностью: Сигнал ACT T MON представляет собой аналоговое напряжение, пропорциональное сопротивлению датчика. Точность фактического сопротивления по отношению к измеренным значениям указана в отдельных технических паспортах драйвера. Для обеспечения этой точности в длине волны используется откалиброванное оборудование, отслеживаемое NIST.

Отдельное заземление монитора и питания: Одно заземление высокой мощности предназначено для подключения к источнику питания на любом контроллере температуры. Несколько слаботочных заземлений расположены среди сигналов монитора, чтобы минимизировать смещения и погрешности. Несмотря на то, что заземления с высоким и низким током связаны внутри, для достижения наилучших результатов используйте заземление с низким током с любым монитором.

Линейные или импульсные блоки питания для компонентов и модулей: Линейные блоки питания относительно неэффективны и имеют большие размеры по сравнению с импульсными блоками питания.Однако они малошумные. Если шум критичен для вашей системы, вы можете попробовать импульсный источник питания, чтобы увидеть, влияет ли частота переключения на производительность в любом месте системы.

Thermal Runaway: Если термоэлектрик отводит тепло от устройства (охлаждает его до температуры ниже окружающей), это тепло должно отводиться из системы. Дополнительное тепло от неэффективности термоэлектрика также должно рассеиваться. Если конструкция радиатора подходящая, удаляется достаточно тепла, чтобы устройство могло работать при температуре ниже окружающей среды.Однако, если конструкция является предельной, тепло остается в нагрузке, а температура датчика повышается вместо того, чтобы оставаться на желаемой температуре. Система управления реагирует, пропуская больше охлаждающего тока через термоэлектрический элемент. Это приводит к увеличению количества тепла, выделяемого нагрузкой, и продолжающемуся повышению температуры датчика. Это называется «тепловым разгоном». Температура системы не контролируется, но определяется недостаточным отводом тепла в окружающую среду.

Wavelength разрабатывает регуляторы температуры и производит их на предприятии в Бозмане, штат Монтана, США.Чтобы просмотреть список текущих вариантов регуляторов температуры, щелкните здесь.

Полезных сайтов:

Что такое термоэлектрик?

Что такое термистор?

Внешние ссылки предназначены для справочных целей. Wavelength Electronics не несет ответственности за содержание внешних сайтов.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *