أجهزة استشعار درجة الحرارة للتدفئة: الغرض والأنواع وتعليمات التثبيت
عند تشغيل أجهزة التدفئة، من الضروري التحكم في درجة تسخين سائل التبريد، وكذلك الهواء في الغرفة.تساعد مستشعرات درجة الحرارة للتدفئة على التقاط المعلومات ونقلها، حيث يمكن قراءة المعلومات منها بصريًا أو إرسالها على الفور إلى وحدة التحكم.
نقترح عليك فهم كيفية عمل أجهزة استشعار درجة الحرارة، وما هي أنواع أجهزة المراقبة الموجودة، وما هي المعلمات التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار الجهاز. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بإعداد تعليمات خطوة بخطوة ستساعدك على تثبيت جهاز استشعار درجة الحرارة على مشعاع التدفئة بنفسك.
محتوى المقال:
مبدأ تشغيل المستشعر الحراري
يمكنك التحكم في نظام التدفئة باستخدام عدة طرق، منها:
- أجهزة أوتوماتيكية لتوفير الطاقة في الوقت المناسب؛
- كتل مراقبة الأمن؛
- وحدات الخلط.
للتشغيل الصحيح لجميع هذه المجموعات، يلزم وجود أجهزة استشعار لدرجة الحرارة لتوفير إشارات حول تشغيل الأجهزة. تتيح لنا مراقبة قراءات هذه الأجهزة تحديد الأخطاء في النظام في الوقت المناسب واتخاذ الإجراءات التصحيحية.
يمكن استخدام جهاز استشعار درجة الحرارة كجهاز منفصل، على سبيل المثال، لمراقبة درجة حرارة الغرفة، أو أن يكون جزءا لا يتجزأ من جهاز معقد، على سبيل المثال، غلاية التدفئة.
أساس هذه الأجهزة المستخدمة في التحكم الآلي هو مبدأ تحويل مؤشرات درجة الحرارة إلى إشارة كهربائية. وبفضل هذا، يمكن نقل نتائج القياس بسرعة عبر الشبكة في شكل رمز رقمي، مما يضمن سرعة وحساسية ودقة عالية في القياس.
في الوقت نفسه، قد تحتوي الأجهزة المختلفة لقياس مرحلة التسخين على ميزات تصميمية تؤثر على عدد من المعلمات: التشغيل في بيئة معينة، وطريقة النقل، وطريقة التصور، وغيرها.
أنواع أجهزة قياس درجة الحرارة
يمكن تصنيف الأجهزة الحرارية وفقًا لعدد من المعايير المهمة، بما في ذلك طريقة نقل المعلومات، وموقع وشروط التثبيت، بالإضافة إلى خوارزمية أخذ القراءات.
عن طريق نقل المعلومات
وفقًا لطريقة نقل المعلومات المستخدمة، تنقسم أجهزة الاستشعار إلى فئتين كبيرتين:
- الأجهزة السلكية
- أجهزة استشعار لاسلكية.
في البداية، تم تجهيز جميع هذه الأجهزة بأسلاك تتواصل من خلالها أجهزة الاستشعار الحرارية مع وحدة التحكم، وتنقل المعلومات إليها. على الرغم من أن هذه الأجهزة قد حلت الآن محل نظيراتها اللاسلكية، إلا أنها لا تزال تستخدم غالبًا في الدوائر البسيطة.
بالإضافة إلى ذلك، فإن أجهزة الاستشعار السلكية أكثر دقة وموثوقية في التشغيل.
في الوقت الحالي، أصبحت الأجهزة اللاسلكية منتشرة على نطاق واسع، والتي غالبًا ما تنقل المعلومات باستخدام جهاز إرسال واستقبال موجات الراديو. يمكن تركيب هذه الأجهزة في أي مكان تقريبًا، بما في ذلك غرفة منفصلة أو في الهواء الطلق.
الخصائص الهامة لأجهزة استشعار درجة الحرارة هذه هي:
- وجود البطارية
- خطأ في القياسات
- نطاق نقل الإشارة.
يمكن للأجهزة اللاسلكية/السلكية أن تحل محل بعضها البعض تمامًا، ولكن هناك بعض الخصائص المميزة في عملها.
حسب الموقع وطريقة التنسيب
بناءً على موقع التركيب، تنقسم هذه الأجهزة إلى الأنواع التالية:
- النفقات العامة المرتبطة بدائرة التدفئة.
- غاطسة، على اتصال مع المبرد.
- داخلي، يقع داخل منطقة سكنية أو مكتبية؛
- الخارجية، والتي تقع في الخارج.
قد تستخدم بعض الوحدات عدة أنواع من أجهزة الاستشعار في وقت واحد للتحكم في درجة الحرارة.
وفق آلية أخذ القراءات
وفقًا لطريقة عرض المعلومات، يمكن أن تكون الأجهزة:
- ثنائية المعدن.
- الكحول.
يتضمن الخيار الأول استخدام لوحين مصنوعين من معادن مختلفة، بالإضافة إلى مؤشر الاتصال. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يتشوه أحد العناصر، مما يؤدي إلى الضغط على السهم. وتتميز قراءات هذه الأجهزة بدقة جيدة، ولكن عيبها الكبير هو القصور الذاتي.
أجهزة الاستشعار التي يعتمد تشغيلها على استخدام الكحول تكاد تكون خالية تمامًا من هذا العيب. في هذه الحالة، يتم سكب محلول يحتوي على الكحول في قارورة محكمة الغلق، والتي تتوسع عند تسخينها. التصميم أولي تمامًا وموثوق به ولكنه ليس مناسبًا جدًا للملاحظات.
أنواع مختلفة من أجهزة استشعار درجة الحرارة
لأخذ قراءات درجة الحرارة، يتم استخدام أجهزة ذات مبادئ تشغيل مختلفة. تشمل الأجهزة الأكثر شيوعًا الأجهزة المذكورة أدناه.
المزدوجات الحرارية: قراءة دقيقة – صعبة التفسير
يتكون هذا الجهاز من سلكين ملحومين ببعضهما البعض، مصنوعان من معادن مختلفة. يعمل فرق درجة الحرارة الذي يحدث بين الأطراف الساخنة والباردة كمصدر للتيار الكهربائي بمقدار 40-60 ميكروفولت (يعتمد المؤشر على مادة المزدوجات الحرارية).
تعتبر المزدوجة الحرارية مستشعر درجة حرارة عالي الدقة، ولكن من الصعب جدًا أخذ قراءات دقيقة منه. للقيام بذلك، تحتاج إلى معرفة القوة الدافعة الكهربائية (EMF) باستخدام الفرق في درجة حرارة الجهاز.
لكي تكون النتيجة صحيحة، من المهم التعويض عن درجة حرارة الوصلة الباردة، باستخدام، على سبيل المثال، طريقة الأجهزة التي يتم فيها وضع المزدوج الحراري الثاني في بيئة ذات درجة حرارة معروفة مسبقًا.
تتضمن طريقة التعويض البرمجي وضع مستشعر درجة حرارة آخر في الغرفة المتساوية مع الوصلات الباردة، مما يسمح لك بالتحكم في درجة الحرارة بدقة معينة.
تسبب عملية الحصول على البيانات من المزدوجة الحرارية بعض الصعوبات بسبب عدم خطيتها. لضمان صحة القراءات، يقدم GOST R 8.585-2001 معاملات متعددة الحدود تسمح لك بتحويل المجالات الكهرومغناطيسية إلى درجة حرارة، بالإضافة إلى إجراء عمليات عكسية.
وهناك مشكلة أخرى وهي أن القراءات تؤخذ بالميكروفولت، والتي لا يمكن تحويلها باستخدام الأدوات الرقمية المتاحة على نطاق واسع.لاستخدام المزدوجات الحرارية في التصاميم، من الضروري توفير محولات دقيقة ومتعددة الأرقام مع الحد الأدنى من مستوى الضوضاء.
الثرمستورات: سهلة وبسيطة
من الأسهل بكثير قياس درجة الحرارة باستخدام الثرمستورات، التي تعتمد على مبدأ اعتماد مقاومة المواد على درجة الحرارة المحيطة. تتمتع هذه الأجهزة، على سبيل المثال، المصنوعة من البلاتين، بمزايا مهمة مثل الدقة العالية والخطية.
من الخصائص المهمة للمقاوم هي المقاومة الأساسية عند درجة حرارة معينة. وفقًا لـ GOST 21342.7-76، يتم قياس هذا المؤشر عند 0 درجة مئوية. وفي هذه الحالة ينصح باستخدام عدد من قيم المقاومة (أوم)، وكذلك Tكانساس - معامل درجة الحرارة.
مؤشر Tكانساس تحسب بواسطة الصيغة:
تكانساس = (ره - ر0 ج)/(ته - ت0 ج) *1/ر0 ج,
أين:
- ره - المقاومة عند درجة الحرارة الحالية؛
- ر0 ج - المقاومة عند 0 درجة مئوية؛
- ته - درجة الحرارة الحالية؛
- ت0 ج – 0 درجة مئوية.
يوفر GOST أيضًا معاملات درجة الحرارة المتوفرة لأجهزة القياس المختلفة المصنوعة من النحاس والنيكل والبلاتين، ويشير أيضًا إلى معاملات متعددة الحدود المستخدمة لحساب درجة الحرارة بناءً على قيم المقاومة الحالية.
يمكنك قياس المقاومة عن طريق توصيل الجهاز بدائرة مصدر تيار وقياس الجهد التفاضلي. يمكنك مراقبة المؤشرات باستخدام دوائر متكاملة يكون خرجها التناظري مساويًا لجهد الإمداد.
يمكن توصيل المستشعرات الحرارية المزودة بمثل هذه الأجهزة بأمان بمحول تناظري إلى رقمي، ورقمنته باستخدام محول ADC ذي ثمانية أو عشرة بتات.
جهاز استشعار رقمي للقياسات المتزامنة
كما تستخدم على نطاق واسع أجهزة استشعار درجة الحرارة الرقمية، على سبيل المثال، نموذج DS18B20، الذي يعمل باستخدام دائرة كهربائية دقيقة مع ثلاثة مخارج. بفضل هذا الجهاز، من الممكن أخذ قراءات درجة الحرارة في وقت واحد من عدة أجهزة استشعار تعمل بالتوازي، مع خطأ قدره 0.5 فقطدرجة مئوية.
من بين المزايا الأخرى لهذا الجهاز، يمكن ملاحظة نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل (-55+125 درجة مئوية). العيب الرئيسي هو التشغيل البطيء: لإجراء الحسابات الأكثر دقة، يتطلب الجهاز 750 مللي ثانية على الأقل.
مقاييس عدم الاتصال (التصوير الحراري)
يعتمد عمل هذه المستشعرات اللاتلامسية على اكتشاف الإشعاع الحراري المنبعث من الأجسام. لتوصيف هذه الظاهرة، يتم استخدام كمية الطاقة المنطلقة لكل وحدة زمنية من سطح الوحدة، والذي يقع على نطاق وحدة الطول الموجي.
ويطلق على معيار مماثل يعكس شدة الإشعاع أحادي اللون اللمعان الطيفي.
توجد الأنواع التالية من البيرومترات:
- إشعاع؛
- السطوع (بصري) ؛
- لون.
إشعاع البيرومترات يسمح بإجراء قياسات في حدود 20-25000 درجة مئوية، ومع ذلك، لتحديد درجة الحرارة، من المهم أن نأخذ في الاعتبار معامل عدم الاكتمال الإشعاعي، الذي تعتمد قيمته الفعالة على الحالة الفيزيائية للجسم، وتركيبته الكيميائية. التكوين وعوامل أخرى.
السطوع (البصري) البيرومترات مصممة لقياس درجات الحرارة 500-4000 درجة مئوية. إنها توفر دقة قياس عالية، ولكنها يمكن أن تشوه القراءات بسبب احتمال امتصاص الإشعاع من الأجسام بواسطة الوسط الوسيط الذي يتم من خلاله إجراء الملاحظات.
البيرومترات الملونة، والتي يعتمد عملها على تحديد شدة الإشعاع عند طولين موجيين - ويفضل أن يكون ذلك في الجزء الأحمر أو الأزرق من الطيف، تُستخدم للقياسات في نطاق 800 إلى 0 درجة مئوية.
ميزتها الرئيسية هي أن عدم اكتمال الإشعاع لا يؤثر على أخطاء القياس. بالإضافة إلى ذلك، لا تعتمد المؤشرات على المسافة إلى الكائن.
محولات درجة حرارة الكوارتز (كهرضغطية)
للحصول على قراءات درجة الحرارة في نطاق -80 +250 درجة مئوية، يمكنك استخدام محولات طاقة الكوارتز (عناصر كهرضغطية)، والتي يعتمد مبدأ تشغيلها على اعتماد تردد الكوارتز على التسخين. في هذه الحالة، تتأثر وظيفة محول الطاقة بموقع القطع على طول المحاور البلورية.
تتميز أجهزة الاستشعار الكهرضغطية بحساسية دقيقة ودقة عالية وقادرة على العمل بشكل موثوق على مدى فترة طويلة من الزمن. وتستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في صناعة موازين الحرارة الرقمية وتعتبر من أكثر الأجهزة الواعدة للتقنيات المستقبلية.
أجهزة استشعار درجة الحرارة (الصوتية).
يتم ضمان تشغيل هذه الأجهزة عن طريق إزالة فرق الجهد الصوتي اعتمادًا على درجة حرارة المقاوم.
طريقة القياس بمثل هذه المستشعرات بسيطة للغاية: من الضروري مقارنة الضوضاء الناتجة عن عنصرين متشابهين، أحدهما عند درجة حرارة معروفة مسبقًا، والثاني عند درجة حرارة محددة.
أجهزة استشعار درجة الحرارة الصوتية مناسبة لقياس النطاق -270 - +1100°ج. في الوقت نفسه، تكمن صعوبة العملية في مستوى الضوضاء المنخفض جدًا: فالأصوات التي يصدرها مكبر الصوت تطغى عليها أحيانًا.
أجهزة استشعار درجة الحرارة NQR
إن جوهر تشغيل موازين الحرارة بالرنين الرباعي النووي هو عمل التدرج الميداني، الذي يتكون من الشبكات البلورية والعزم النووي - وهو مؤشر ناتج عن انحراف الشحنة عن تماثل الكرة.
ونتيجة لهذه الظاهرة، يحدث موكب من النوى: ويعتمد تردده على تدرج مجال الشبكة.تتأثر قيمة هذا المؤشر أيضًا بدرجة الحرارة: حيث يؤدي ارتفاعها إلى انخفاض في تردد NQR.
العنصر الرئيسي لهذه المستشعرات هو أمبولة تحتوي على مادة يتم وضعها في ملف محاثة متصل بدائرة المولد.
ميزة الأجهزة هي المدة غير المحدودة للقياسات والموثوقية والتشغيل المستقر. والعيب هو عدم خطية القياسات، الأمر الذي يستلزم استخدام دالة التحويل.
أجهزة أشباه الموصلات
فئة من الأجهزة التي تعمل بناءً على التغيرات في خصائص وصلة p-n الناتجة عن التعرض لدرجات الحرارة. يتناسب الجهد عبر الترانزستور دائمًا مع تأثير درجة الحرارة، مما يجعل من السهل حساب هذا العامل.
تتمثل مزايا هذه الأجهزة في دقة البيانات العالية والتكلفة المنخفضة والخصائص الخطية على نطاق القياس بأكمله. ومن الملائم تركيب هذه الأجهزة مباشرة على ركيزة من أشباه الموصلات، مما يجعلها ممتازة للإلكترونيات الدقيقة.
محولات الطاقة الحجمية لقراءات درجة الحرارة
تعتمد هذه الأجهزة على المبدأ المعروف المتمثل في تمدد وتقلص المواد التي يتم ملاحظتها أثناء التسخين أو التبريد. هذه المجسات عملية للغاية. ويمكن استخدامها لتحديد درجات الحرارة ضمن النطاق -60 - +400 درجة مئوية.
ومن المهم أن نتذكر أن قياسات السوائل بمثل هذه الأجهزة تقتصر على درجات حرارة الغليان والتجمد، وقياسات الغازات تقتصر على انتقالها إلى الحالة السائلة.خطأ القياس الناتج عن التأثيرات البيئية لهذه الأجهزة صغير جدًا: فهو يتراوح بين 1-5%.
اختيار أجهزة استشعار درجة الحرارة
عند اختيار مثل هذه الأجهزة، هناك عوامل مثل:
- نطاق درجة الحرارة الذي يتم فيه أخذ القياسات؛
- الحاجة وإمكانية غمر المستشعر في جسم أو بيئة؛
- شروط القياس: لأخذ قراءات في بيئة عدوانية، من الأفضل تفضيل نسخة غير متصلة أو نموذج موضوع في غلاف مقاوم للتآكل؛
- عمر خدمة الجهاز قبل المعايرة أو الاستبدال - تفشل بعض أنواع الأجهزة (على سبيل المثال، الثرمستورات) بسرعة؛
- البيانات الفنية: الدقة، والجهد، وسرعة الإشارة، والخطأ؛
- قيمة إشارة الإخراج.
في بعض الحالات، تكون مادة جسم الجهاز مهمة أيضًا، وعند استخدامها في الداخل، تكون الأبعاد والتصميم مهمًا أيضًا.
توصيات التثبيت افعلها بنفسك
تستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع لأغراض مختلفة: فهي مجهزة بمشعات وغلايات التدفئة وغيرها من الأجهزة المنزلية.
قبل بدء التثبيت، يجب عليك قراءة التعليمات بعناية: فهي لا تشير فقط إلى ميزات التثبيت (على سبيل المثال، أبعاد التوصيل بالأنبوب)، ولكن أيضًا إلى قواعد التشغيل، بالإضافة إلى حدود درجة الحرارة التي يناسبها جهاز القياس.
من الضروري أيضًا مراعاة حجم الغلاف الذي يمكن أن يتراوح بين 120-160 ملم.
دعونا نفكر في الحالتين الأكثر شيوعًا لتركيب جهاز استشعار درجة الحرارة.
توصيل الجهاز بالرادياتير
ليس من الضروري تجهيز جميع أجهزة التدفئة بمنظم حرارة. وفقا للوائح، يتم تثبيت أجهزة الاستشعار على البطاريةإذا تجاوز إجمالي قوتها 50٪ من الحرارة الناتجة عن الأنظمة المماثلة.إذا كان هناك سخانان في الغرفة، فسيتم تثبيت منظم الحرارة على أحدهما فقط، والذي يتمتع بمعدل طاقة أعلى.
يتم تثبيت صمام الجهاز على خط أنابيب الإمداد عند النقطة التي يتصل فيها الرادياتير بشبكة التدفئة. إذا كان من المستحيل إدراجه في سلسلة موجودة، فيجب تفكيك خط الإمداد، مما قد يسبب بعض الصعوبات.
لتنفيذ هذا التلاعب، تحتاج إلى استخدام أداة لقطع الأنابيب، في حين أن تركيب الرأس الحراري يمكن أن يتم بسهولة دون الحاجة إلى معدات خاصة. بمجرد تركيب المستشعر، يكفي محاذاة العلامات المصنوعة على الجسم والجهاز، وبعد ذلك يتم تثبيت الرأس بضغطة يد ناعمة.
تركيب جهاز استشعار درجة حرارة الهواء
يتم تثبيت مثل هذا الجهاز في أبرد غرفة معيشة بدون مسودات (في القاعة أو المطبخ أو غرفة المرجل، تركيبه غير مرغوب فيه، لأنه يمكن أن يسبب اضطرابات في تشغيل النظام).
عند اختيار الموقع، عليك التأكد من عدم تعرض الجهاز لأشعة الشمس، ويجب ألا تكون هناك أجهزة تدفئة قريبة (سخانات، مشعات، أنابيب).
يتم توصيل الجهاز وفقًا للتعليمات الواردة في ورقة البيانات الفنية، باستخدام المحطات الطرفية أو الكابل الموجود في المجموعة.
إذا كنت بحاجة لمراقبة درجة حرارتك مستشعر درجة الحرارة في "الأرضية الدافئة" يمكن أن يكون موجودا في عمق الممله الخرساني. في هذه الحالة، للحماية، يمكنك استخدام أنبوب مموج بنهاية مغلقة واحدة وثني مائل.
وتسمح الميزة الأخيرة، إذا لزم الأمر، بإزالة الجهاز المعطل واستبداله بجهاز جديد.
يتم تركيب الجهاز على النحو التالي:
- يتم عمل فجوة في الحائط لتركيب المرفق.
- تتم إزالة الجزء الأمامي من جهاز استشعار درجة الحرارة، وبعد ذلك يتم تثبيت الجهاز على المنطقة المعدة.
- بعد ذلك، يتم توصيل كابل التسخين بجهات الاتصال، بينما يتم توصيل الأطراف بأجهزة الاستشعار.
المرحلة النهائية هي توصيل كابل الطاقة وتركيب اللوحة الأمامية في مكانها.
تم وصف مخطط اتصال منظم الحرارة لغلاية التدفئة بالتفصيل في هذا المقال.
إذا كان الجهاز الذي تتطلب وظيفته توصيل أجهزة استشعار داخلية بتصميم معقد، فمن الأفضل الاتصال بالمتخصصين.
استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع
يصف الفيديو أدناه بالتفصيل كيفية تثبيت الأجهزة الحرارية على غلاية التدفئة:
هل تركيب الحساسات على أنابيب الإمداد والعودة مختلف؟
تستخدم أجهزة استشعار درجة الحرارة على نطاق واسع في مختلف الصناعات والأغراض المنزلية. تتيح لك مجموعة كبيرة من الأجهزة المماثلة، والتي تعتمد على مبادئ تشغيل مختلفة، اختيار الخيار الأفضل لحل مشكلة معينة.
في المنازل والشقق، غالبا ما تستخدم هذه الأجهزة للحفاظ على درجة حرارة مريحة في المبنى، وكذلك لتنظيم أنظمة التدفئة - مشعات، أرضيات ساخنة.
هل لديك ما تضيفه، أو لديك أسئلة حول اختيار وتركيب جهاز استشعار درجة الحرارة؟ يمكنك ترك تعليقات على المنشور والمشاركة في المناقشات ومشاركة تجربتك الخاصة في استخدام هذه الأجهزة. يقع نموذج الاتصال في الكتلة السفلية.
لم أنفق الكثير على أجهزة الاستشعار، فنظام التدفئة الخاص بي يتطلب العديد منها. لدي غلاية تعمل بالوقود الصلب وعازل للماء الساخن.
اشتريته بقرص ثنائي المعدن، في رأيي، من شركة Watts الألمانية، يوجد مقياس يصل إلى 120 درجة مئوية، ويمكنك رؤية الدرجات بوضوح. تأتي الغلاية نفسها أيضًا مع واحدة من الشركة المصنعة، لقد أضفتها للتو إلى العرض والعودة وفي عدة أماكن إلى الإدخال والإخراج من المخزن المؤقت.
أنا راضٍ تمامًا عن دقتها ووضوحها، فالاتصال الهاتفي كبير. أما بالنسبة للقصور الذاتي: أعتقد أن 1-2 دقيقة أمر طبيعي من حيث الوقت.