Датчики температуры: типы, устройство, принцип работы, схемы подключения

Электронные

У электронных извещателей один из самых сложных принципов действия. Внутреннее устройство состоит из температурных сенсоров, которые находятся в кабеле. Расстояние между сенсорами соответствует определенным значениям.

Электронные тепловые пожарные извещатели работают с изменениями сопротивления электрического тока. Они связаны с повышением или понижением температуры окружающей среды. Контроллер обрабатывает полученные данные и передает их на управляющее устройство общей системы.

Их преимущества в малой задержке срабатывания и высокой чувствительности. Электронные извещатели крайне восприимчивы к электромагнитым помехам, но в целом не требуют особого подхода в установке, обслуживании. Могут работать на большом расстоянии от контрольно-приемного устройства (до 2,5 км).

Как установить

Комплект сигнализатора температуры Старлайн состоит из термометра сопротивления и соединительных проводов. Производитель рекомендует располагать датчик на выходном патрубке радиатора. Место установки может быть изменено установщиком системы или водителем. Измеритель температуры двигателя StarLine A91 должен плотно прилегать к патрубку либо устанавливаться на шпильку М6 таким образом, чтобы не повредить корпус. Место расположения должно быть защищено от набегающего потока воздуха, возникающего при движении автомобиля.

Некоторые специалисты рекомендуют размещать термометр на крышке блока цилиндров, т. к. эта деталь нагреется гораздо раньше, чем охлаждающая жидкость в радиаторе. Такое расположение сенсора позволяет уменьшить время работы двигателя без снижения качества его прогрева. Иногда термодатчик располагают на крышке картера. Этот вариант размещения возможен при наличии нижней защиты двигателя. В противном случае сенсор быстро выйдет из строя из-за попадания грязи и воды.

Где нельзя устанавливать

Для корректного измерения температуры двигателя существуют ограничения, связанные с местом установки датчика. Некоторые узлы мотора нагреваются до +100 °С и выше. Иногда водители пытаются установить датчик на выхлопной коллектор. В этом случае он просто сгорит. Не рекомендуется размещать датчик в местах, которые сильно охлаждаются во время движения авто. Тогда после остановки двигателя он может снова запуститься из-за того, что устройство измерит температуру охлажденной детали, которая не будет отличаться от наружной.

Оптические

Центральным элементом в оптических устройствах является оптико-волоконный кабель. Повышенная температура окружающей среды приводит к изменениям в его структуре, а свет от специального лазера при попадании на него отражается. Контроллер оптического извещателя определяет участок, где изменилась температура и ее значение.

Эти устройства работают на большом отдалении от контрольно-приемного устройства (до 8 км). Можно использовать оптические тепловые извещатели в системах пожарных сигнализаций при помехах, рисках коррозии, повышенной влажности, загрязнений и прочих потенциально опасных факторах. Инерционность предельно низкая. Чувствительный элемент подлежит замене, его стоимость невысокая.

Балки продольные и поперечные

Возвращаются европейские требования по размещению точечных извещателей при наличии линейных балок, а также продольных и поперечных балок (п. 6.6.38) в отредактированном виде (Таблицы 3, 4) по сравнению с версией СП 5.13130 2009 года. Больше не нужно будет устанавливать извещатели в каждый отсек потолка шириной 0,75 м и более. 

Рис. 15. Продольные и поперечные балки

В соответствии с распространением дыма при наличии препятствий на перекрытии, если ширина ячейки, образованной балками, равна или меньше четырех высот балки, то извещатели должны быть установлены на нижних плоскостях балок, если больше четырех высот балки, то на потолке (рис. 15).

Таблица 3. Расстояния между извещателями поперек балок

Н — высота потолка; W — ширина ячейки; D — высота балкиПерекрытия с продольными и поперечными балками

Таблица 4. Расстояния при наличии продольных и поперечных балок

Н — высота потолка; W — ширина ячейки; D — высота балки

Монтаж теплового противопожарного датчика

Некоторые видов извещателей допускают собственноручную установку. К примеру, беспроводные, который достаточно зафиксировать на нужной поверхности и активировать (крепеж зависит от модели аппарата).

Но, в основной своей массе, монтаж подобного оборудования требует присутствия специалистов.

Схема подключения имеет обозначение двух видов — треугольная и квадратная. Второй тип является оптимальным и наиболее распространенным.

При выборе детектора пожарной безопасности, необходимо четкое обозначение целей и места применения системы, дабы избежать неприятных последствий, в случае сбоев в ее работе.

Расчет необходимого количества извещателей

Перед монтажом дымовых сенсоров требуется правильно рассчитать их точное количество для конкретного помещения. При этом необходимо учитывать тип устройств и предполагаемую схему подключения

Важно понимать, что в законодательстве каждого государства нормы установки будут различаться

В Российской Федерации обязателен монтаж не менее 2-х датчиков на одну комнату. В нормативных актах прописывается, что извещатели рекомендуется устанавливать на каждом участке потолка шириной в 0,75 м. или более, а также на элементах строительных конструкций с выступом на 0,4 м.

Таким образом, обособленная зона межпотолочного пространства должна быть оборудована:

• тремя датчиками, если они подключены к двухпороговому шлейфу реакции или к трем отдельным шлейфам с единым порогом срабатывания;
• четырьмя извещателями при попарном их включении в два разных шлейфа приборов с одним порогом;
• двумя устройствами со схемой попеременного срабатывания.

Использование температурного реле

Очень большое значение при эксплуатации рассматриваемого устройства имеет его непосредственное расположение. К примеру, если реле используется в комнате для регулировки работы кондиционера, его нужно размещать на высоте приблизительно 1,5 метра от пола на внутренней стене. Рядом с ним не должны находиться никакие другие источники теплоты, на него не должны падать прямые солнечные лучи.

Область применения изделия довольно обширна и включает в себя:

• Контроль работы кондиционеров и другого теплового оборудования;
• Защита оборудования, к примеру, электродвигателей, от перегрузок, аномальных токов, заклиниваний и обрывов фазовых проводов;
• Использование в холодильных установках для недопущения возникновения в них чрезмерно высокой температуры.

В целом, температурное реле – это незаменимое устройство, без которого сложно представить себе нормальную работу целого ряда агрегатов в сфере быта, промышленности, сельского хозяйства и других областей. От его работоспособности и качества непосредственно зависит безопасность, сохранность и правильность функционирования многих ответственных объектов.

Как работает

Сработка датчика зависит от изменения параметров его термочувствительного элемента.

Их можно классифицировать по виду термочувствительного элемента.

• Легкоплавкие материалы. Два проводника спаяны друг с другом легкоплавким металлом. Повышение температуры способствует размягчению спайки, и проводники разъединяются.
• Оптоволокно. С увеличением температуры увеличивается электрическая проводимость материалов. В корпусе детектора находится фотоэлемент и генератор электрического импульса для тревожного оповещения.
• Терморезистор. Работает за счет изменения сопротивления полупроводниковой пластины при нагревании.
• Биметалл. Температурные скачки способствуют изгибу и изменению размера прямой линии из биметалла.

То есть сам тепловой пожарный извещатель в зависимости от этой классификации будет иметь разный принцип работы.

Чувствительный элемент любого типа извещателя всегда реагирует на изменение температуры.

А температура срабатывания разная у разных моделей. От 50 °C до 250 °C.

Согласно нормам ПБ, срок эксплуатации теплового ИП – от 10-ти лет.

Вы сможете выбрать нужный тип детектора в зависимости от Вашего объекта.

Тепловой извещатель всегда работает только в составе АПС.

Рекомендации по эксплуатации

После установки в здании ручных пожарных извещателей и иных типов СПС, рекомендуется произвести тестирование системы. Согласно нормативу РД-009-01-96 проверка устройства должна производиться каждый месяц в целях предупреждения чрезвычайных ситуаций.

На ИПР достаточно нажать на кнопку для подачи сигнала. Автоматические системы доступно проверить с помощью подручных средства. Самый простой вариант — зажженная сигарета. Направлять дым необходимо на чувствительные области извещателя. При правильном подсоединении и настройке прибор сгенерирует сигнал о тревоге.

В дальнейшем ежемесячно проводите техобслуживание элементов согласно нормативной документации. В частности:

• очищать поверхность от скопившейся грязи и пыли;
• протирать внутренние элементы смоченной спиртом ватной палочкой или продувать компрессором со сжатым воздухом;
• при необходимости — заменять изношенные батарейки на новые;
• проверять прочность крепления, затяжку саморезов.

Профилактические работы и оценку работоспособности важно проводить не реже одного раза в год во избежание неисправности прибора. В целом, подключение и настройку не рекомендуется осуществлять самостоятельно, если отсутствуют специальные знания

Лучше доверить работу опытным специалистам.

ТЕПЛОВЫЕ ДАТЧИКИ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

В системах пожарной сигнализации тепловые датчики (извещатели) предназначены для определения:

• максимально допустимого значения температуры;
• скорости ее нарастания.

Устройства первого типа называются максимальными, второго – дифференциальными. Наибольшей эффективностью обладают виды датчиков, совмещающие в себе оба принципа обнаружения: максимально дифференциальные.

Установка таких извещателей производится в помещениях, где повышение температуры является преобладающим фактором, сопутствующим возгоранию (пожару). Кроме того, они используются при условиях, в которых дымовые работают нестабильно, например, при высокой запыленности.

По типу зоны обнаружения различают:

• точечные;
• линейные датчики.

Второй вид используется достаточно редко, в силу своей специфичности и высокой цены.

Принцип действия и применение

Принцип действия термокабеля основан на нарушении целостности изоляционного материала за счет перегрева под действием увеличения температуры окружающей среды. В результате разрушения изоляции происходит замыкание проводников, о чем подается сигнал на пульт. Сигнал тревоги может формироваться на любом участке кабеля, не зависимо от его длины. При обнаружении тревожных факторов возгорания передача информации линейными тепловыми извещателями является процессом пороговым или аналоговым.

Пожарный датчик, соответствуя ГОСТу, по своему назначению может устанавливаться как внутри помещений, так и снаружи на открытых площадках большой протяженности. Режим работы системы пожарной безопасности зависит от устройства линейного извещателя. Основными техническими характеристиками являются чувствительность, инерционность, зона действия (ее форма и площадь), а также помехозащищенность.

Более широкие возможности дает тепловой линейный прибор, имеющий кумулятивный эффект, где блок обработки сопротивления проводников может устанавливаться вне зоны контроля. Нагревающий кабель, обеспечивающий суммирование всех опасных факторов, широко используется для быстрого обнаружения пожара на трансформаторных подстанциях, тепловых и гидроэлектростанциях, авиационных ангарах.

Его устанавливают на нефтегазовых предприятиях, металлургических и химических производствах, транспортных тоннелях в труднодоступных, с повышенным загрязнением, запыленных местах с агрессивной и взрывоопасной средой.

Как работает

Во время нагревания происходит ра
зрушение изоляционного покрытия.

В результате проводники смыкаются друг с другом.

Температура срабатывания извещателя варьируется в пределах от +57 до +180 градусов Цельсия.

Условия применения влияют на то, из какого материала будет оболочка.

Например, поливинилхлорид является универсальным покрытием, а полипропилен обладает высокой огнестойкостью и инертностью к агрессивным химическим средам.

Также существует оболочка для использования в очень низких температурах до -60 градусов Цельсия и покрытие, содержащее фторполимер, которое при горении выделяет минимальное количество газа и дыма.

При установке датчика осуществляют его подключение к приемно-контрольным приборам.

В такой ситуации для бесперебойного функционирования ППКП следует обеспечивать соответствие сопротивления шлейфа режиму «Пожар» при закоротке линейного извещателя в начале и в конце.

Для этой цели нужно включать в шлейф последовательный резистор на входе датчика и уменьшать номинал оконечного резистора шлейфа.

В данной ситуации протяженность проводников ограничена наибольшим показателем сопротивления шлейфа, который формирует сигнал тревоги.

Чтобы сделать наращивание термокабеля, применяют особые интерфейсные модули.

Его длина может составлять несколько тысяч метров, что удобно при эксплуатации на объектах с большой протяженностью.

Термопара — описание

Термопара — это наиболее часто используемый датчики для измерения температуры. Ее используют в промышленности, лабораториях, на транспорте. Термопара используется в очень многих системах сбора данных, в многоканальных устройствах, в системах мониторинга данных и управления промышленными процессами.

Несмотря на ее широкое распространение, принцип работы термопары, на первый взгляд кажется менее понятным, чем работа иных датчиков температуры. Существует множество различных видов термопар и для получения с их помощью точных результатов измерения необходим правильный подбор пар металлов, устранения существующих ограничений и соответствующая обработка измерительных данных.

Преимущества термопары

Термопары имеют много преимуществ по сравнению с другими типами температурных датчиков. Основное преимущество — термопара не дорогая, хотя защитное покрытие, соединительные провода и разъемы могут существенно повлиять на общую стоимость измерительной системы, особенно, когда измеряемая среда является экстремальной.

Термопары являются также устройствами, механически простыми, прочными и надежными. Свойства типичных металлов, используемых в термопарах, дают предсказуемое выходное напряжения. Это позволяет использовать термопары во многих устройствах, в том числе в химически агрессивных средах.

Физическая конструкция термопары проста – все, что нужно для ее изготовления, — это скрученные вместе и спаянные провода соответствующих сплавов.

Промышленные термопары изготавливаются с помощью сварки, скручивания или пайки. Термопары покрывают широкий диапазон измеряемых температур: от -100°C и до 2500°C. Типичная точность измерения составляет ±1-2°C, что превышает требуемую точность в большинстве промышленных процессов.

Паяльный фен YIHUA 8858
Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

Подробнее

Недостатки термопар

Несмотря на то, что термопары имеют относительно мало недостатков, но они значительно влияют на их применение и на оборудование, которое необходимо для их работы. К недостаткам следует отнести то, что выходное напряжение термопары составляет порядка нескольких микровольт на градус Цельсия, и что эти элементы, как правило, размещены вдали от устройств сбора и обработки данных.

Чтобы компенсировать влияние этих негативных факторов используют дифференциальный режим измерений, схемы с высоким коэффициентом усиления, фильтрацию и другие методы улучшения качества сигнала, призванные получить максимальный сигнал и минимальный шум.

И все это приводит к тому, что получается низкая скорость измерений, как правило, нескольких сотен замеров в секунду. Кроме того, выход с термопары является нелинейным, поэтому в оборудование или программное обеспечение, должна быть использована функция линеаризации, применяемая для преобразования напряжения термопары в значения температуры. Это касается в основном бытовых программ, так как коммерческая программа обычно включает в себя процедуры линеаризации.

Основные типы датчиков

В целом, существует два методы получения данных:

1. Контактный. Контактные датчики температуры находятся в физическом контакте с объектом или веществом. Они могут быть использованы для измерения температуры твердых тел, жидкостей или газов.

2. Бесконтактный. Бесконтактные датчики температуры производят обнаружение температуры, перехватывая часть инфракрасной энергии, излучаемой объектом или веществом и чувствуя его интенсивность. Они могут быть использованы для измерения температуры только в твердых телах и жидкостях. Измерять температуру газов они не в состоянии из-за их бесцветности (прозрачности).

Типовые неисправности датчика температуры двигателя

Наиболее распространённой неисправностью датчиков температуры двигателя, в качестве чувствительного элемента которых применён терморезистор, является несоответствие его электрического сопротивления температуре его корпуса. Чаще всего, такая неисправность проявляется как резкое увеличение электрического сопротивления датчика в очень узком диапазоне температур корпуса датчика (или в нескольких диапазонах температур), реже встречается обрыв чувствительного элемента датчика. В момент, когда температура корпуса датчика попадает в этот диапазон, сопротивление датчика резко увеличивается, вследствие чего увеличивается и напряжение на датчике. Вследствие этого, рассчитанное блоком управления значение температуры по увеличенному напряжению на датчике оказывается меньшим действительного. Если рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя окажется меньшим действительного на значительную величину, блок управления может увеличить количество подаваемого топлива настолько, что двигатель заглохнет из-за переобогащения топливовоздушной смеси. Пуск двигателя при этом становится невозможным. В некоторых случаях может понадобиться замена свечей зажигания. Неисправность датчика температуры двигателя в момент её проявления можно выявить при помощи омметра путём сравнения измеренного сопротивления датчика температуры двигателя с табличным значением для данной температуры.

При необходимости проведения проверки датчика температуры, необходимо просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во всём диапазоне его рабочих температур. При проведении проверки датчика температуры необходимо дать двигателю полностью остыть, после чего записать и просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во время прогрева двигателя, вплоть до момента включения вентилятора системы охлаждения двигателя (или до момента, когда вследствие неисправности диагностируемого датчика двигатель заглохнет).

Осциллограмма напряжения на исправном датчике температуры охлаждающей жидкости. Прогрев холодного двигателя в режиме работы на холостом ходу. По мере прогрева, напряжение на датчике плавно и без каких либо рывков / провалов снижается.

По мере прогрева датчика, напряжение на исправном датчике должно плавно снижаться.

Осциллограмма напряжения на неисправном датчике температуры охлаждающей жидкости. Двигатель почти прогрелся до рабочей температуры. Отчётливо видны искажения формы осциллограммы.

Напряжение на неисправном датчике температуры охлаждающей жидкости при прогреве двигателя внезапно резко увеличивается. В этот момент, блок управления двигателем резко обогащает топливовоздушную смесь. Но так как в данном случае неисправность датчика проявляется в очень узком диапазоне температур, а следовательно и в течение короткого времени, двигатель не заглох. По мере дальнейшего увеличения температуры охлаждающей жидкости неисправность уже не проявлялась.

В качестве датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя иногда применяется PN-переход (диод), например, датчик температуры воздуха встроенный в корпус датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5.

Внешний вид датчика температуры воздуха во впускном тракте на основе PN-перехода (датчик температуры встроен в корпус датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5)

С ростом температуры такого датчика при заданном токе, протекающем через датчик, напряжение на датчике снижается от 650 mV до 350 mV.

Расчет количества датчиков

Чтобы получить точное число датчиков для обеспечения максимально эффективной пожарной сигнализации, профессионалы используют специальные программы для моделирования, но если у вас такой возможности нет, можно произвести расчеты самостоятельно. Для этого вам необходимо знать три показателя: площадь обслуживаемой комнаты, высота ее потолков и тип используемых датчиков. Так, один дымовой прибор в помещении высотой 3,5 м способен контролировать площадь до 85 кв.м., а один тепловой – до 25 кв.м. В комнатах высотой от 3,5 до 6 м дымовой датчик «видит» до 70 квадратов площади, тепловой – до 20 квадратов. Соответственно, чем больше высота, тем меньше площадь охвата прибора.

При расчете необходимого количества датчиков для всей квартиры, дома или дачи, учитывайте, что устройства должны быть в каждом помещении, жилом и нежилом, и на каждом этаже. Исключением не являются даже чердак и подвал, ведь любая зона объекта может быть подвержена возгоранию.

Монтаж датчика пожарной безопасности

Зона контроля пожарного извещателя

В п. 6.6.5 СП 484.1311500.2020 определено: «Для точечных ИП зона контроля представляет собой круг. Для аспирационных ИП зоной контроля является совокупность зон контроля воздухозаборных отверстий, которые аналогичны дымовым точечным ИП… Для линейных ИП зона контроля представляет собой протяженный участок шириной, равной двум радиусам согласно таблице 1 (в зависимости от высоты помещения) для тепловых линейных ИП и 9 м – для дымовых линейных ИП… Для линейных многоточечных тепловых ИП зона контроля представляет совокупность зон контроля чувствительных элементов, которые аналогичны тепловым точечным ИП». Соответственно, для точечных тепловых и дымовых извещателей в Таблицах 1, 2 теперь указаны только радиусы зон контроля для помещений различной высоты.

Сводная информация

Основная задача системы пожарного оповещения — в максимально короткие сроки распознать очаги горения и передать сигнал опасности либо на сам извещатель, либо на пункт пожарной станции.

Некоторые модели детекторов могут быть оснащены дополнительными функциями — активация средств тушения пожара, передача информации на резервные пункты управления — и многое другое.

Данная система будет слаженно и четко работать только при наличии в ней всех пунктов, обеспечивающих бесперебойное функционирование на любой стадии:

1. сами пожарные датчики, распознающие возгорание (о их типах будет подробнее сказано ниже);
2. канал связи, по которому извещатель передает сигнал о возникшем пожаре;
3. пункт приема информации о чрезвычайном происшествии и дальнейшей ее передаче или пульт ПКП (бывают профессиональные/полупрофессиональные, применяющиеся в промышленности, многолучевые — для частных домовладений, а также квартирные — самые простые типы для использования в квартирах);
4. оперативное реагирование (это может быть либо пожарная команда, либо автоматическая система пожаротушения в здании).