Как называется датчик температуры воды
Виды и принцип работы термодатчиков
Содержание статьи
Принцип работы датчика-термопары
Основной принцип работы температурных датчиков в системах автоматического управления – преобразование температуры в электрическое значение. Эффективность использования электрических величин обеспечена: удобством передачи на большие расстояния с высокой скоростью, возможностью их обратной трансформации, преобразования в цифровой код, чувствительностью измерений. Различают несколько типов устройств.
Принцип действия устройства основан на термоэлектрическом эффекте: если в замкнутом контуре из двух полупроводников или проводников места спаев (контактов) имеют разную температуру, то в нем возникает электрический ток. Спай, расположенный в среде, в которой происходит измерение температуры, называется «горячим», противоположный контакт – «холодным». Чем больше температура измеряемой среды отличается от температуры воздуха, тем больший электрический ток возникает. Эти измерительные устройства могут иметь изоляционный слой или изготавливаться без него. Во втором случае термопары могут использоваться только в схемах, не контактирующих с «землей».
Схематичное изображение термодатчика
Виды термопар
Терморезистивные датчики
Принцип действия резистивных датчиков температуры (RTD) основан на зависимости сопротивления проводника или полупроводника от температуры. Для изготовления проводников применяют материалы с высоким температурным коэффициентом сопротивления и линейным соответствием сопротивления и температуры. Указанные характеристики относятся к пластине, в несколько меньшей степени – к меди.
Преимущества проводниковых термометров сопротивления:
Полупроводниковые датчики температуры демонстрируют высокую стабильность характеристик во времени. Полупроводниковые терморезисторы имеют большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Датчики температуры с отрицательным ТКС называются термисторами (с ростом температуры сопротивление снижается), с положительным – позисторами (с возрастанием температуры сопротивление увеличивается). Обозначение термисторов – NTC, позисторов – PTC.
Аналоговые и цифровые термометры
Аналоговые
Эти устройства обычно недороги и не требуют сложного ухода. Главная их проблема – шкала. Либо она показывает температуру с высокой точностью, но измерительный интервал при этом очень мал, либо охватывает широкий температурный диапазон, но точность показаний – приблизительна.
Цифровые
Такие устройства дороже, по сравнению с аналоговыми, но их точность гораздо выше. Позволяют производить измерения в широком интервале, применяются в быту и технике.
Конструктивные составляющие цифрового термометра:
Виды датчиков температуры и принцип их работы
Датчики измерения температуры используются для контроля веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии. В зависимости от целей применения, схема строения прибора будет видоизменяться. Но чтобы выбрать подходящий инструмент необходимо обращать внимание на одни и те же нюансы.
Виды, конструкция и принципы действия
Термопара
Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.
В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).
Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.
При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.
Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.
В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.
Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.
На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.
Терморезисторы
Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).
Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.
Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:
Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.
Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.
Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.
Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю
Комбинированные
Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.
Цифровые
Бесконтактные
Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.
Кварцевые преобразователи температуры
Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.
Шумовые
Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.
Ядерного квадрупольного резонанса
Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.
Объемные преобразователи
При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.
Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.
Канальный
Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.
Параметры выбора
Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.
Диапазон рабочей температуры
Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.
Условия проведения замеров
Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.
Время работы до калибровки или замены
Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.
Величина сигнала выхода
Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.
Другие технические данные
Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных.
Погрешность
Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.
Разрешение
Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.
Напряжение
На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.
Время сработки
Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.
Промышленные термодатчики и сенсоры
Кроме стандартных бытовых термодатчиков бывают промышленные, которые используются исключительно на специальных объектах. Их распространение направлено на определенную группу лиц из-за избыточных возможностей, которые требуются только на производстве. Некоторые из них способны работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящих типов осуществляется тем же образом, что и для подбора бытовых датчиков.
Применение
Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.
Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами. При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения.
Приборы, измеряющие температуру: виды и принцип действия
Большинство технологических процессов корректно проходят только при определенной температуре. Кроме того, измеряемые температурные показатели помогают определять, насколько корректно используется затрачиваемая энергия.
Иными словами, это — та величина, которую нужно постоянно контролировать. Все виды приборов для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Также они классифицируются по материалам, принципам и способам действия.
Виды термометров по принципу действия
Процесс измерения температуры может основываться на разных физических процессах. Исходя из этого, выделяют 5 видов термометров.
Контактные
К этой категории относятся жидкостные и механические устройства. Жидкостные представляют собой приборы в стеклянном корпусе, заполненные спиртом, ртутью, толуолом или керосином. Они прочные и устойчивые к внешним воздействиям. Температурный диапазон измерений зависит от типа используемой жидкости (наибольший — у ртутных, наименьший — у цифровых).
Механические могут работать с разными типами сред, включая жидкостные, газообразные, твердые или сыпучие. Универсальность позволяет использовать их в разных инженерных системах.
Термометры сопротивления
Такие термометры состоят из чувствительных термодатчиков и точных электронных блоков, контролирующих изменения проводимости, сопротивления и электрического потенциала. Обычно их встраивают в общую систему мониторинга и оповещения, туда, где нужно отслеживать меняющиеся параметры и не допускать их превышения.
Электронные термопары
При нагревании эти приборы генерируют ток, что и позволяет измерять температуру. Принцип действия основан на замерах термоэлектродвижущей силы. Диапазон измерений в этом случае — от 0 до +1800 градусов.
Манометрические
Бесконтактные пирометры
Виды термометров по используемым материалам
Здесь различают 7 категорий:
Компания «Измеркон» предлагает как разные виды термометров, так и комбинированные устройства, в том числе манометры-термометры или гигрометры-термометры для автономной работы с энергонезависимой памятью, обеспечивающей постоянную фиксацию результатов измерений.
Для измерения температуры воды предусмотрено специальное приспособление, которое называется термометром. Его присутствие в доме просто незаменимо, особенно если в семье имеются маленькие дети. Да и вообще, в бытовых условиях такая вещь всегда пригодится, и должна находиться в каждой ванне. Ассортимент термометров особенно велик, поэтому перед покупкой необходимо правильно определиться с выбором.
Что такое термометр для воды
Это специальный термоприбор, необходимый для измерения температуры воды в ванной или других емкостях. Устройство компактное, отличается небольшими габаритами и обтекаемой формой, поэтому не занимает много места, всегда должно храниться среди бытовых мелочей. Измеритель температуры воды удобен при повседневном применении, а в зависимости от назначения предусматривает такую условную классификацию:
Виды термометров для воды
В некоторых ваннах устанавливают специальные датчики температур (световые или звуковые), но в бытовых условиях такую функцию выполняет термометр для горячей воды. Несколько известных брендов занимаются серийным выпуском столь актуальной продукции, отличия заключаются в устройстве, принципе действия, назначении и ценовой политике рейтинговых позиций. Самое время изучить каждую из классификаций и ее ярких представителей.
Детский
Температура воды в выносной детской ванночке должна быть не более 37 градусов, иначе при купании новорожденному или грудному ребенку можно навредить. Поэтому многие молодые мамочки выбирают не ртутные, а более точные цифровые модели, которые активно используют в повседневной жизни. Выбор сугубо индивидуальный. Ниже представлено несколько рейтинговых позиций, которые можно заказать из каталога и купить в интернет-магазине по доступной цене:
Это был бюджетный вариант, многие доверяют продукции подороже, ссылаясь на ее высокое качество. Второй не менее надежный и проверенный временем измеритель воды:
Если интересует продукция подешевле, вот одна отечественная позиция, которая пользуется повышенным спросом среди современных мам. Ниже представлено ее краткое описание:
Безртутный
За последние годы такие позиции особенно актуальные, поскольку для ребенка считаются самыми надежными и безопасными. Прежде чем определиться с выбором, необходимо изучить рейтинг фаворитов и их особенности:
Если покупателей больше интересует импортная продукция, имеется достойная альтернатива. Второе название хорошо знакомо современной педиатрии, является оптимальным соотношение цены и качества:
Модели без ртути более практичные, безопасны для детского здоровья. Третий вариант популярного термометра, распространенный в массах, таков:
С щупом
Выбирая градусник для измерения температуры воды, многие отдают предпочтение моделям с щупом. Это очень удобно, поскольку термоприбор является универсальным в кухонных и бытовых целях. По конструкции погружной, оснащен индикацией. Термометр для жидкостей и спиртовой настойки в том числе должен быть на каждой кухне, ниже представлены самые рейтинговые модели:
Термометры с щупом можно приобрести в аптеке, обязательно проверить на целостность. Второе, не менее актуальное предложение известных производителей:
Такое приспособление отличается своей универсальностью, но некоторых покупателей не устраивает цена. Бюджетный термометр для измерения температуры воды с щупом описан ниже:
Электронный
Такие приборы считаются «фаворитами», имеют большой экран и крупные цифры. Отличаются высокой точностью измерения, удобством повседневного применения, обширным модельным и ценовым рядом. Покупая термометр для горячей воды, необходимо обратить внимание на такие электронные позиции:
Второе предложение по цене не сильно отличается, но привлекает своим оригинальным дизайном. Вот о какой модели от известных производителей идет речь:
Можно найти другой детский градусник для воды, который отличается оптимальным соотношением параметров «цена – качество». Вот краткое описание:
Для воды и воздуха
Водный термометр можно активно задействовать для измерения температуры окружающей среды. Вариантов много, самые востребованные представлены ниже, имеются в свободной продаже:
Второе предложение является бюджетным и стоит не так дорого, как вышеописанный термометр. Вот краткое описание с преимуществами и недостатками:
Еще один термометр для воздуха и жидкости описан ниже. Предложенная модель идеально подходит для домашнего применения изо дня в день:
Аквариумный
Если в доме имеется аквариум с рыбками, то и термометр для измерения температуры воды тоже найдется. Это обязательная составляющая для ухода за домашней фауной, причем в данном вопросе требуется высокая точность. Вот несколько удачных предложений, которые можно найти в свободной продаже:
Второй вариант для аквариума, не менее удобный и практичный, имеет весомые преимущества. Его характеристики представлены ниже:
Третье предложение, актуальное при содержании аквариума, стоит дороже, но отличается высоким качеством материала, универсальностью. Краткое описание представлено ниже:
Как выбрать термометр для воды
Прежде чем купить водный термометр для ванной комнаты или в кулинарных целях, требуется внимательно изучить основные критерии выбора. В противном случае решение о покупке может оказаться ошибочным, а деньги потрачены зря. Вот основные параметры оценки всех существующих в свободной продаже термометров:
Видео
Отзывы
Арина, 31 год Термометр – незаменимая вещь, если дома малыш. У меня один случайно разбился, так будто без рук была, пока новый в аптеке не купила. В данном вопросе лучше не экономить, а покупать электронные варианты. Очень удобно, точно, быстро и без погрешностей показывает температуру. Всем рекомендую приобрести, поскольку сама без него сильно намучилась.
Лада, 24 года От безртутных измерителей температуры я вообще не в восторге, поскольку они дают высокую погрешность. На себе испытала такие неточности. Лучше сразу купить электронный и не мучиться. Стоит на порядок дороже, но работает исправно, без сбоев. Когда дома растет грудной ребенок, это очень важно. Использую прибор перед его купанием и очень довольна.
Марго, 35 лет Не понимаю, зачем нужны такие домашние измерители, когда проверить температуру в детской ванночке можно старым дедовским методом – своим локтем. Работает исправно, без сбоев и лишних денежных затрат. Дома есть два термометра, но они лежат без надобности, хотя при беременности по рекомендации гинеколога я, как примерная мамочка, их в аптеке купила.
Инга, 26 лет У меня один прибор для измерения и воды, и температуры воздуха в помещении. Удобно и без лишних финансовых затрат. Не рекомендую излишне тратиться на такой покупке, все равно использовать ее предстоит лишь время от времени. Врачи настаивали на приобретении отдельного детского термометра, но мне и без него удается не ошпарить кипятком собственного ребенка.