Где датчик температуры

Приборы для измерения температуры

Температура — это физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела.

Согласно кинетической теории температурой называют физическую величину, количественно характеризующую меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого — либо тела или вещества.

В начале 18 века Г. Фаренгейтом была введена первая температурная шкала, названная его именем.

В 1742 году А. Цельсием была предложена привычная нам десятичная — 32температурная шкала. В качестве опорных точек для неё используются температура плавления льда (00 С) и температура кипения воды (100 0С).

В начале 19 века английский лорд Кельвин предложил универсальную абсолютную термодинамическую шкалу, которая стала стандартной в современной термометрии. Он также обосновал понятие абсолютного нуля температуры.

Температуру в термодинамической шкале обозначают в 0К, а в практической шкале — в 0С.

Формулы перевода температуры из одной шкалы в другую:

Т (К)= Т(0 С) +273,15

Т(0 С) =5/9(Т(0 F) – 32)

Классификация приборов для измерения температуры

В зависимости от методики измерений все типы термометров делятся на 2 класса: контактные и бесконтактные.

Контактные – их отличительной особенностью является необходимость теплового контакта между датчиком термометра и средой, температура которой измеряется.

Контактные приборы по принципу измерения делятся на:

1. Термометры расширения.

2. Манометрические термометры.

3. Термометры сопротивления.

4. Термопары.

Бесконтактные — это такие термометры, для измерения которыми нет необходимости в тепловом контакте среды и прибора, а достаточно измерений собственного теплового или оптического излучения.

Бесконтактные делятся на:

1. пирометры излучения;

2. радиометры;

3. тепловизоры.

Термометры расширения

В них используются свойства твердых и жидких тел изменять свою длину или объем под влиянием температуры окружающей среды.

Термометры расширения бывают двух типов:

1. жидкостные;

2. твердых тел (биметаллические).

Термометры жидкостные стеклянные

Они получили большое распространение, благодаря простоте отсчета температуры, широкому температурному интервалу (от -1900С до +10000С) и достаточной точности измерения.

Измерение температуры основано на изменении объема термометрической жидкости. Термометрической жидкостью служит: ртуть, толуол, этиловый спирт, пентан и др., но лучшей жидкостью является ртуть, которая не смачивает стекло, а потому дает наиболее точные показания (от -300С до +7000С). Технические термометры градуируют в 0С. Погрешность показаний не превышает 1 деление шкалы. В зависимости от конструкции термометры бывают двух типов: палочные и со вложенной шкалой. В зависимости от назначения термометры бывают лабораторные, образцовые и технические. Разновидностью ртутных являются контактные термометры, их используют для сигнализации температуры.

Недостатки:

1. Механическая непрочность.

2. Недостаточная четкость и наглядность шкалы.

3. Невозможность регистрации показаний на бумаге и передачи их на расстояние.

Манометрические термометры

Принцип действия основан на зависимости давления в замкнутой термосистеме от измеряемой температуры.

Устройство:

1 — манометрическая часть;

2 – капилляр;

3- термобаллон.

Рис. Манометрические термометры

Прибор состоит из термобаллона, капилляра и манометрической части. Эта термосистема (1, 2, 3) заполняется газом, жидкостью или смесью жидкости с ее насыщенным паром. Термобаллон помещают в зону измерения температуры. При нагревании термобаллона давление рабочего вещества внутри замкнутой системы увеличивается. Увеличение давления воспринимается манометрической пружиной, которая воздействует через передаточный механизм на стрелку или перо прибора. Шкала градуируется в 0С. В качестве манометрической части могут быть: ОБМ, МТ, ЭКМ, МСС. Длина и диаметр термобаллона могут быть различны. Термобаллон обычно изготавливают из стали или латуни, капилляр — из медной или стальной трубки с внутренним диаметром от 0,15 до 0,5 мм. Длина капилляра может быть до 60 метров. Для защиты от механических повреждений капилляр помещают в защитную оболочку из оцинкованного стального провода. Эти приборы измеряют температуру в интервале от — 1200С до + 6000С.

Различают манометрические термометры:

1. Газовые – (заполняются азотом, аргоном или гелием).

2. Жидкостные — (заполнитель — полиметилсилоксановая жидкость, спирт, ртуть)

3. Конденсационные — термобаллон частично заполняются низкокипящей жидкостью (ацетон, фреон); остальное его пространство — пары этой жидкости.

Манометрические термометры бывают: показывающими, самопишущими, контактными. Основная их погрешность ±1,5%. Манометрические термометры широко применяются в химических производствах. Они просты по устройству, надежны в работе и при отсутствии электропривода диаграммной бумаги взрывопожаробезопасны. Основной их недостаток — интерционность.

Наиболее распространены:

ТПГ — термометр показывающий газовый.

ТПЖ — термометр показывающий жидкостный.

ТГС-711-ТГС-712 — термометр газовый самопишущий

ТКП- 160 – термометр конденсационный показывающий

Термометры сопротивления (Rt)

Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве проводниковых и полупроводниковых материалов изменять электрическое сопротивление при изменении температуры окружающей среды. Однако, измерить температуру одним лишь термометром сопротивления нельзя. Они работают в комплекте со вторичным прибором — мостом или логометром. Термометр сопротивления погружают в контролируемую среду и соединяют электрическими проводами со вторичным прибором, шкала которого отградуирована в 0С.

Преимущества термометров сопротивления перед манометрическими термометрами:

1. более высокая точность измерения;

2. возможность передачи показаний на большие расстояния;

3. возможность централизации контроля температуры (до 12 Rt может быть подключено к одному мосту);

4. меньшее запаздывание показаний.

Термометр сопротивления состоит из чувствительного элемента и наружной (защитной) арматуры. В качестве материала для чувствительного элемента используют медь и платину. Эти материалы выбраны потому, что на их сопротивление заметно влияет изменение температуры окружающей среды (большой температурный коэффициент сопротивления), причем это зависимость близка к линейной:

Rt = Rо (1+ αt0) ,

где α — температурный коэффициент сопротивления.

Кроме того, медь и платина химически стойки в пределах измеряемых температур.

Чувствительный элемент термометра сопротивления представляет собой тонкую платиновую или медную проволоку, намотанную на каркас из диэлектрика. Концы проволоки припаивают к выводам, которые присоединяют к зажимам головки термометра. Такой чувствительный элемент помещают в стальную защитную арматуру, снабженную устройством для установки на объекте измерения.

Термометры сопротивления бывают двух типов: платиновые (ТСП) и медные (ТСМ).

ТСП — предназначены для измерения температуры от — 2000С до + 6500С; имеют следующие градуировки:

Гр. 20 (Rо=10 Ом)

Гр. 21 (Rо=46 Ом)

Гр. 22 (Rо=100 Ом).

Новые градуировки ТСП: 10П, 50П, 100П.

10, 50, 100 – сопротивление при 00С;

П – платиновые.

ТСМ — предназначены для измерения температуры от -500 до +1800С. Имеют следующие градуировки:

Гр. 23 (Rо=53 Ом) → 50 М

Гр. 24 (Rо=100 Ом) → 100 М

Выпускаются термометры сопротивления различной длины; длина монтажной части может быть до 3200 мм. В качестве вторичных приборов в комплекте с термометрами сопротивления применяют автоматические электронные мосты.

Подключение датчиков термосопротивления производиться по двух, трех или четырех проводной схеме. Двухпроводная схема подключения используется крайне редко, так как в этом случае сопротивление соединительных проводов вносит существенную погрешность в измерение. Наиболее часто используется трехпроводная схема подключения – именно по этой схеме датчики термосопротивления подключаются к контроллерам Siemens серии S300 как впрочем и к контроллерам других серий и других производителей. Четырехпроводная схема в основном используется при подключении датчиков

термосопротивления к приборам технического и коммерческого учета потребления энергоресурсов, где важно максимально точное измерение температуры. Именно при четырехпроводной схеме осуществляется полная компенсация сопротивления соединительных проводов и наибольшая точность показаний. Датчики термосопротивления чаще всего имеют четыре клеммы для подключения соединительных проводов, широко распространены и датчики с тремя клеммами. Датчики с двумя клеммами встречаются редко и, как правило, они имеют соединительные провода фиксированной длины заводского изготовления, с помощью которых датчик присоединяется к вторичному прибору.

Электронный равновесный мост

В качестве вторич­ных приборов в ком­плекте с термомет­рами сопротивления применяются обычно автоматические электронные равно­весные мосты. Равновесные мосты служат для измерения сопротивления термометра сопротивления.

Принципиальная схема равновесного моста

Устройство:

ab; bc; cd; ad — плечи моста;

ас; bd — диагонали моста;

ас — диагональ питания;

bd — измерительная диагональ;

R1, R2 — постоянные сопротивления из манганина;

Rр — переменное калиброванное сопротивление из манганина (рео­хорд);

Rл — сопротивление линий (соединительных проводов);

Rt — термометр сопротивления;

НП – нуль — прибор

Термометр сопротивления, величина сопротивления которого должна быть измерена, включается в одно из плеч моста посредством соедини­тельных проводов, имеющих сопротивление Rл. Другие плечи моста состоят из постоянных манганиновых сопротивлений R1 и R2 и переменного калиброванного сопротивления реохорда Rp, выполненного из манганина.

К одной диагонали моста подведен постоянный или переменный ток, в другую диагональ моста включен нуль — прибор.

В основу работы моста положен принцип равновесия. Он гласит: «Мост находится в равновесии, если произведения сопротивлений противолежащих плеч равны». При равновесии моста удовлетворяется равенство:

R1(Rt + 2Rл) = R2 ∙ Rp,

откуда

В этом случае разность потенциалов Ubd = 0, ток не будет протекать че­рез НП, и стрелка установится на нулевой отметке.

При изменении измеряемой температуры величина Rt изменится, и мост разбалансируется.

Чтобы восстановить равновесие, необходимо при постоянных сопро­тивлениях R1, R2, Rл изменить величину сопротивления реохорда Rр, пе­реместив его движок.

Таким образом, если откалибровать сопротивление Rр, то по положе­нию его движка при равновесии моста можно однозначно судить о вели­чине сопротивления Rt и, следовательно, об измеряемой температуре.

Тепловые пожарные извещатели: виды и описание, принцип работы

Тепловые извещатели пожарные (ИП) – это устройства оперативного обнаружения признаков пожара по резкому повышению температуры в помещениях. Устойчивые к внешним факторам – влажности, запыленности, загазованности, задымленности в помещениях, они надежно эксплуатируются в неисчислимом количестве установок, систем АПС, АУПТ; везде, где использование других извещателей – дымовых, пламени нецелесообразно, и просто бессмысленно.

ДТЛ. Эта аббревиатура расшифровывается как датчик тепловой легкоплавкий. Такие извещатели для раннего обнаружения возникшего очага пожара в помещениях были широко распространены во времена Советского Союза.

Прошло время. На смену ДТЛ, простейшему устройству однократного использования, срабатывающего при тепловом воздействии высокой температуры огня на каплю из легкоплавкого припоя, соединяющую две пружинящие металлические пластинки, подлежащего после этого замене; пришли современные автоматические тепловые пожарные извещатели, выгодно отличающиеся от него как по конструкции, техническим характеристикам, так и по материалу, качеству изготовления. Немаловажным фактором для заказчиков стало изменение крайне примитивного дизайна, формы корпуса «тепловиков» советской эпохи.

До сих пор, они, как и дымовые извещатели, являются основными индикаторами начала пожара в установках/системах АПС, а также многих АУПТ; там, где горение в основном сопровождается первоначальным/большим выделением тепловой энергии, а не плотных частиц дыма, газов, аэрозольных взвесей.

Принцип действия и виды

Смотрим с 6 минуты видео

Он основан на изменении физических, и связанных с ними механических, свойств термочувствительных элементов таких устройств.

В связи с этим существуют такие виды/типы тепловых извещателей и их классификация:

• С применением легкоплавких материалов. Обозначение/маркировка изделия, согласно принятой в нормах ПБ классификации – ИП 104.
• Разрушающиеся под воздействием высокой температуры воздушно-газовой среды, реагирующие на температурную деформацию материала датчика – ИП 103.
• Использующие зависимости электрического сопротивления/магнитной индукции, а также термоэлектродвижущей силы от температуры среды – ИП 101/102/105.
• Комбинированные – на основе различных принципов действия для увеличения надежности срабатывания теплового извещателя.

Диапазон значений температуры срабатывания тепловых датчиков весьма широк – от 50 до 250℃. Поэтому подобрать нужный тип в зависимости от предстоящих условий длительной эксплуатации; а срок для теплового извещателя, в нормативных документах, литературе о ПБ, обозначаемым ИП, принят не менее 10 лет; не составит труда.

Следует сказать, что в процессе выбора следует учитывать не только вид/тип теплового извещателя, но и то, что их температура срабатывания должна как минимум на 20℃ превышать максимально возможную в защищаемом помещении, пожарном отсеке/зоне при нормальных условиях.

Потому как срабатывает чувствительный элемент пожарного теплового извещателя, который собственно и является датчиком резкого, скачкообразного изменения температуры воздуха в защищаемых помещениях, они в соответствие НПБ 85-2000 делятся на три основные группы:

• Максимальные, которые реагируют на превышение заданного порогового/критичного значения температуры воздуха в объеме помещения, пожарного отсека, технологической коммуникации, ниши, шкафа, корпуса оборудования. Основанные на этом принципе действия самые первые «тепловики» не ушли в небытие.

Подробный материал:

Максимально тепловые извещатели

Так, устаревший ДТЛ как птица Феникс возродился в ИП 104-1 – тепловом извещателе контактного типа, срабатывающем при расплавлении термочувствительного припоя при температуре около 72℃. В конструкции все тот же радикальный минимализм – две гибкие пластинки из металла, спаянные вместе и заключенные в пластиковый корпус без декоративных излишеств; соединения под винт для подключения в двухпроводной шлейф пожарной сигнализации, с питанием от ПКОП АПС/ОПС.

К сожалению, он, как и его предшественник ДТЛ является невосстанавливаемым извещателем АПС, но зато обладает и многими преимуществами перед более сложными изделиями многократного действия – низкой стоимостью, малым весом – всего 20 г, возможностью эксплуатации в крайне жестких условиях от – 50 до + 50℃, при высокой запыленности, загазованности, влажности воздуха до 95% при 35℃. Поэтому востребован, особенно для монтажа в запыленных, загазованных зданиях производственных цехов, гаражах автотранспортных предприятий, складских комплексах, с наличием пыли, муки, подобных летучих веществ. Выпускается многими отечественными производителями.

Кроме того, он может устанавливаться не только в помещениях с нормальной средой, но и категорий А, Б по взрывопожарной опасности, если включен в схему с приборами АПС, обеспечивающими искробезопасные условия эксплуатации установки/системы сигнализации защищаемого объекта.

Другой пример – это максимальные ИП 101-1А-А1/А3, срабатывающие при температуре +54–65℃ и 64–76℃, производства НПО «Сибирский Арсенал» из Новосибирска. Отличаются отличным качеством изготовления, гладким высококачественным пластиком корпуса, дизайном формы, наличием светового индикатора наличия питания в шлейфе ПС.

Хотя его цена несколько выше, чем у ИП 104-1 и подобных изделий, но очень востребован как специалистами проектных, монтажных организаций, выполняющих работы по защите системами АПС/АУПТ объектов, так и заказчиками за приятный внешний вид, подходящий для установки в помещениях административно-бытовых, офисных, торговых зданий.

• Дифференциальные. Их принцип действия – реакция на скорость резкого повышения температуры в защищаемом объеме пространства. Срабатывание зависит от заводских установок, варьирующихся скоростью изменения температуры от 3 до 30℃/мин или постепенного ее повышения порога в 30, 50, 100℃. По сути, были переходным вариантом изобретения/конструирования следующего широко используемого вида тепловых датчиков.

Подробный материал:

Дифференциальные тепловые извещатели

• Максимально-дифференциальные. Отличаются высокой чувствительностью за счет двойного принципа действия, когда срабатывание происходит из-за быстрого изменения температуры (дифференциальный) или достижения установленного критического/порогового значения (максимальный), что делает их наиболее современными устройствами обнаружения очага пожара даже по незначительному, по сравнению с традиционными видами изделий, выделению тепла на небольшой площади возгорания.

Подробный материал:

Максимально-дифференциальный тепловые извещатели

Примеры распространенных максимально-дифференциальных извещателей, производимых сегодня в России:

• ИП 101-3А-А3R производства НПО «Сибирский Арсенал». Сообщение о пожаре формируется при повышении температуры больше, чем на 10℃ со скоростью более 5℃/мин или при достижении установленного критического значения 64-76℃ в двухпроводных шлейфах ПС напряжением 10–25 В. Совместим практически со всеми приборами АПС. Потребляемый ток 60мкА, интервал измерения температуры – 8 с. Эксплуатируется в условиях от – 30 до 55℃. Степень защиты – IP
• Миниатюрный МАК-ДМ исп. 1 производства НПП «Специнформатика-СИ» (Москва), он же ИП 101-18-А2R с весьма сходными данными по отношению к предыдущему изделию.
• Артон RTL–BR (Украина). Питание по двухпроводному шлейфу ПС 9–30 В. Температура срабатывания 69–85℃. Размеры 85 х 33 мм. Вес 50 г. Два световых индикатора – наличие электропитания/пожар. Характеризуется высокой устойчивостью к ложным срабатываниям даже в жестких условиях эксплуатации.

Автономные тепловые извещатели

Автономные тепловые извещатели пожарные

В отличие от их дымовых «собратьев», в основном защищающих жилые помещения зданий, не получили практически никакого распространения. О них даже нет упоминания в НПБ 66-97, регламентирующем требования, методы испытания автономных извещателей о пожаре.

Правда, есть два исключения из правил:

• Автономные комбинированные извещатели с наличием теплового канала, т.е. срабатывания на повышение температуры/ее критическое значение.
• Оригинальное сигнально-пусковое устройство УСПАА-1 для установок пожаротушения, работающее в автономном автоматическом режиме; разработанное, выпускаемое много лет производственным объединением «Спецавтоматика» из Бийска. Фактически это дифференциальный тепловой извещатель, переходящий тревожный режим при температуре воздуха в помещении до 60℃, а при ее быстром нарастании до 70℃ формируется пусковой ток на запуск модулей порошкового пожаротушения типа «Ураган», «Тунгус» и подобных им. Возможна эксплуатация в неотапливаемых помещениях – от – 40 до + 50℃. Защита устройства – IP Звуковая/световая индикация обо всех режимах работы, неисправности, разряда источников питания – двух плоских аккумуляторов типа CR 2032 напряжением 3 В, которых если не экономить на производителе, на практике хватает на 5 лет до замены. Устойчив к технологическим помехам.

Более подробно Вы можете ознакомиться в нашей статье:

“Автономный пожарный извещатель: устройство, принцип работы и область применения“

Взрывозащищенные тепловые пожарные извещатели

Взрывозащищенные тепловые извещатели пожарные

Где необходимы такие устройства видно из названия. Опасность взрыва, последующего пожара в цехах, участках/зонах категорий А и Б всегда диктует весьма жесткие требования к конструкции, исполнению любого электрооборудования, включая слаботочное; к которым относятся приборы, извещатели, оповещатели о пожаре систем АПС.

Поэтому выпуском тепловых датчиков во взрывозащищенном исполнении занимаются многие компании, как специализирующиеся на аппаратуре ОПС, так и выпускающие промышленные приборы связи, контроля/управления, освещения, автоматики для опасных технологических производств:

• «МАК-1» исп.11 ИБ максимальный, 54–70℃. Используется для работы как во взрывопожароопасной, так и в обычной воздушной среде помещений, что, естественно, относится ко всем аналогичным датчикам других производителей. Степень защиты от взрыва – «0ExiaIICT6». Для эксплуатации в опасных зонах эксплуатируется совместно с приборами АПС соответствующего класса защиты, например, серии «Корунд» производства НПП «Специнформатика-СИ», связанных между собой искробезопасной цепью.
• ИП 103-1В, изготавливающийся НПК «Эталон» из Волгодонска, специализирующейся на производстве оборудования для нефтегазовой, химической промышленности. В защитной оболочке из нержавеющей стали в этом извещателе заключены два тепловых датчика с замкнутыми контактами реле. Может устанавливаться во любых взрывоопасных зонах согласно «ПУЭ».

Искробезопасные шлейфы с установленными в них тепловыми извещателями зависят как от взрывозащищенного исполнения извещателей (маркировка ИБ, Ex), а также от степени защиты приборов АПС, в искробезопасные шлейфы которых они включены.

Большая статья по теме:

Извещатели пожарные взрывозащищенные

Извещатели тепловые адресно-аналоговые

Извещатели пожарные тепловые адресно-аналоговые

О том, что современные решения построения схем систем АПС все больше связаны с компьютерными технологиями, позволяющими вести куда более четкое, надежное обнаружение очагов пожара, наглядный полномасштабный контроль/управление за ситуацией на защищаемом объекте, написано немало. Тепловые извещатели, как составная часть адресно-аналоговых систем, можно показать на примере продукции НВП «Болид» (г. Королев), одним из первых в России ставшего выпускать всю линейку такого оборудования, как минимум не уступающего зарубежным аналогам:

С2000-ИП-03. Это максимально-дифференцированный адресно-аналоговый извещатель, в котором максимально реализованы многие желания разработчиков, специалистов монтажных, обслуживающих организаций: контроль работоспособности, занесение адреса в энергонезависимую память, цифровая обработка режимов изменения температуры и многое другое.

• Извещатели тепловые адресные представлены другим отличным изделием – С2000-ИП-ПА-03, являющимся также максимально-дифференцированным. К одному прибору «Сигнал-10» возможно подключение 10 шлейфов ПС по 10 извещателей в каждом, итого до 100 шт. Контроль/управление можно вести через сетевой контроллер ПКУ «С2000М» или ПК с установленным программным обеспечением АРМ «Орион», что значительно упрощает работу дежурного персонала, сотрудников служб охраны/безопасности предприятий/организаций.

Линейные тепловые пожарные извещатели

Линейные тепловые извещатели пожарные

Такие устройства были изобретены/сконструированы для защиты тех объектов, где установка традиционных точечных датчиков, включенных в шлейфы ПС, затруднена/невозможна из-за стесненности, например, в кабельных коллекторах/каналах; агрессивной среды, сильной запыленности/загрязненности в цехах химических и иных производств.

Дополнительный материал:

Линейные пожарные извещатели

В качестве датчика линейного пожарного извещателя используются:

• Кабель «витая пара» с термочувствительным покрытием медных жил, количество которых от двух и больше. Степень защиты, устойчивости к агрессивной среды зависит от предстоящих условий эксплуатации. При тепловом воздействии происходит контакт токонесущих жил и прибор/блок обработки интерфейса определяет место короткого замыкания, выдавая сообщение.
• Сенсорный кабель со встроенными электронными датчиками. Здесь дело до короткого замыкания не доходит, вполне достаточно резкого изменения сопротивления датчиков в месте теплового воздействия, затем следует анализ этой информации приемным блоком, выдача тревожного сообщения.
• Оптический кабель, реагирующий на изменении прозрачности при нарастании температуры в месте нагрева, которое определяется приемно-контрольной аппаратурой/прибором по мощности прямого/отраженного света.

Подобные изделия производятся как зарубежными, так и отечественными компаниями. Например, линейный извещатель ИПЛТ 68/155 ЕРС от группы компаний «Пожтехника» (Москва). Обладающий высокой чувствительностью по всей длине, которая может достигать 1220 (!) м. Диаметр – 4 мм, Цвет – красный. Напряжение – 40 В. Кабель устойчив к влажности, пыли, химическим реагентам. Рабочий диапазон – от – 40 до + 46℃. Возможность выбора шести температур срабатывания.

Многоточечные тепловые извещатели

Многоточечные тепловые извещатели пожарные

Это нечто среднее между точечными и линейными датчиками резкого изменения температуры. Ближе к сенсорным линейным устройствам, но выделено производителями в отдельный вид.

Состоят из следующих элементов для работы установки/системы АПС:

• Измерительной цепи точечных чувствительных элементов (термопар) с дискретным расположением.
• Блока согласования/контроля, анализирующего амплитуду изменения температурного режима по всей длине цепи, с формированием извещения «Пожар» при превышении заданных критических значений.

Пример такого изделия – УС-ТК-24 во взрывозащищенном исполнении производства НПК «Эталон» (Волгодонск).