Датчики температуры. Часть первая. Немного теории и истории

Датчики температуры. Часть первая. Немного теории и истории » Электрика в квартире и доме своими руками

Что такое температура

Прежде, чем начать рассказ о датчиках температуры, следует разобраться, что же такое температура с точки зрения физики. Почему организм человека чувствует изменение температуры, почему мы говорим, что вот сегодня тепло или просто жарко, а на другой день прохладно, или даже холодно.

Термин температура происходит от латинского слова temperatura, что в переводе означает нормальное состояние или надлежащее смещение. Как физическая величина температура характеризует внутреннюю энергию вещества, степень подвижности молекул, кинетическую энергию частиц, находящихся в состоянии термодинамического равновесия.

В качестве примера можно рассмотреть воздух, молекулы и атомы которого двигаются хаотично. Когда скорость перемещения этих частиц возрастает, то говорят, что температура воздуха высокая, воздух теплый или даже горячий. В холодный день, например, скорость движения частиц воздуха мала, что ощущается как приятная прохлада или даже «холод собачий». Следует обратить внимание на то, что скорость движения частиц воздуха никак не зависит от скорости ветра! Это совсем другая скорость.

Это то, что касается воздуха, в нем молекулы могут двигаться свободно, а как же обстоит дело в жидких и твердых телах? В них тепловое движение молекул также существует, хотя и в меньшей степени, чем в воздухе. Но его изменение вполне заметно, что обусловливает температуру жидкостей и твердых тел.

Молекулы продолжают движение даже при температуре таяния льда, равно как и при отрицательной температуре. Например, скорость движения молекулы водорода при нулевой температуре 1950 м/сек. Каждую секунду в 16 см^3 воздуха происходит тысяча миллиардов столкновений молекул. При увеличении температуры подвижность молекул возрастает, количество столкновений, соответственно, увеличивается.

Однако, следует заметить, что температура и тепло суть есть не одно и то же. Простой пример: обычная газовая плита на кухне имеет большие и маленькие горелки, в которых сжигается один и тот же газ. Температура сгорания газа одинакова, поэтому температура самих горелок также одна и та же. Но один и тот же объем воды, например чайник или ведро, быстрее вскипит на большой горелке, нежели на маленькой. Это происходит оттого, что большая горелка дает большее количество тепла, сжигая больше газа в единицу времени, или обладает большей мощностью.

Как же определить количество тепла, в каких единицах? В школьном курсе физики есть немало задач, посвященных нагреву и кипячению воды, которые весьма поучительны и интересны даже просто в процессе решения.

За единицу тепловой энергии принята калория. Это количество тепла, которое обеспечивает нагрев 1 грамма (см^3) воды на 1 С° (1 градус Цельсия). Температура физического тела в градусах отражает уровень его тепловой энергии. Для измерения температуры используются термометры, которые часто именуют градусниками.

Если два физических тела имеют одинаковую температуру, то при их соединении передачи тепла не происходит. Если одно из тел имеет температуру более высокую, то при соединении его с холодным телом, температура холодного увеличивается и наоборот. Проще всего в этом убедиться при смешивании жидкостей: в житейских условиях всем приходилось, хотя бы в бане, смешивать горячую и холодную воду для получения необходимой температуры.

Шкалы измерения температур

Как известно, существует несколько шкал измерения температур. Как это можно объяснить, ведь температура одна и та же, а по разным шкалам совсем разная?

Такие разногласия характерны не только для температуры. Ведь один и тот же вес в старину измеряли в пудах и фунтах, а теперь в граммах и килограммах, то же и с линейными размерами: миллиметры, метры, дюймы, футы и уж совсем старые сажени и локти.

Краткая история развития температурных шкал

Самый первый градусник был изобретен известным итальянским ученым средневековья Галилео Галилеем (1564-1642). В основе действия прибора лежало явление изменения объема газа при нагреве и охлаждении. У этого термометра отсутствовала точная шкала, выражающая температуру в численном виде, поэтому результат измерения был весьма неточным.

Более точные приборы для измерения температуры были предложены немецким физиком Габриэлем Фаренгейтом (1686-1736), который в 1709 году разработал спиртовой термометр, а в 1714 ртутный. Температурная шкала была названа по имени изобретателя шкалой Фаренгейта.

Нижней опорной точкой этой шкалы (0°F) была использована температура замерзания солевого раствора. Именно эта температура в то далекое время была самой низкой, которую можно было воспроизвести с достаточной точностью. Верхней же точкой являлась температура тела человека (96°F), «измеренная под мышкой здорового англичанина».

В то время Фаренгейт жил в Англии, и именно там совершал свои открытия. Поэтому в англоязычных странах долгое время применялась шкала Фаренгейта, в современное время страны английской культуры также перешли на шкалу Цельсия. Медицинские же термометры в этих странах до сих пор используют шкалу Фаренгейта.

Еще одну температурную шкалу в 1730 году предложил французский ученый Рене Реомюр (1683-1757), который в 1737 году был признан почетным членом Петербургской Академии Наук. Поэтому в России для измерения температуры стали пользоваться термометрами со шкалой Реомюра.

Читайте также:
Инструмент для обоев

Так же, как и шкала Цельсия, эта шкала имела две опорных точки — температура таяния льда и температура кипения воды. Один градус такой шкалы получался делением всей шкалы на 80 частей — градусов. Эта шкала использовалась всего несколько десятков лет, после чего вышла из употребления.

В 1742 году шведский физик Андерс Цельсий (1701-1744) предложил знакомую всем десятичную шкалу температур. В ней использованы те же опорные точки, что и у Реомюра, только шкала разделена равномерно не на 80, а на 100 делений. Таким образом, один градус по шкале Цельсия это 1/100 разности температур кипения и замерзания воды.

Последняя температурная шкала была предложена англичанином Уильямом Томсоном (1824-1907), который за научные заслуги в 1866 получил титул барона Кельвина. Шкала Кельвина до настоящего времени используется как основной стандарт современной термометрии. В этой шкале за начало отсчета принят абсолютный нуль (-273.15 °C).

Согласно теории Кельвина при этой температуре прекращается любое тепловое движение. При этой температуре все проводники имеют нулевое сопротивление электрическому току, наступает явление сверхпроводимости. Такая температура еще никем и нигде не достигалась, она существует лишь теоретически.

Продолжение читайте в следующей статье.

Борис Аладышкин, Электрик Инфо

Продолжение цикла статей:

— Датчики температуры. Терморезисторы

— Датчики температуры. Термопары

— Еще несколько видов термодатчиков: полупроводниковые датчики, датчики для микроконтроллеров

— Каким образом можно получить электроэнергию, использую обычный бытовой газ?

Электрическое отопление 8(495)744-67-74

Вы можете задать свой вопрос при помощи формы обратной связи:

Виды и принцип работы термодатчиков

Содержание статьи

  • Принцип работы датчика-термопары
  • Виды термопар
  • Терморезистивные датчики
  • Аналоговые и цифровые термометры
  • Таблица видов термодатчиков

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

  • Хромель-алюминиевые. В основном применяются в промышленности. Характерные особенности: широкий температурный интервал измерений -200…+13000°C, доступная стоимость. Не допускаются к применению в цехах с высоким содержанием серы.
  • Хромель-копелевые. Применение сходно с предыдущим типом, особенность – сохранение работоспособности только в неагрессивных жидких и газообразных средах. Часто используются для измерения температуры в мартеновских печах.
  • Железо-константовые. Эффективны в разреженной атмосфере.
  • Платинородий-платиновые. Наиболее дорогие. Для них характерны стабильные и точные показания. Используются для измерения высоких температур.
  • Вольфрам-рениевые. Обычно в их конструкции присутствуют защитные кожухи. Основная область применения – измерение сред со сверхвысокими температурами.

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:

  • простая и надежная конструкция, которая обуславливает использование этих устройств в машиностроении и электронике;
  • высокая точность и чувствительность;
  • простые устройства считывания.

Пример – модель 700-101ВАА-В00, в конструкции которой присутствуют платиновая пластинка и никелевые контакты. Платиновые устройства могут работать в пределах -260…+1100°C.

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:

  • чувствительный элемент (обычно это терморезистор);
  • аналогово-цифровой преобразователь, который трансформирует электрический сигнал от терморезистора в цифровой;
  • дисплей;
  • элемент питания;
  • вводы-выводы сигналов, необходимые для взаимодействия с другими устройствами.

Методы и приборы для измерения температуры

Что такое температура

Измерение температуры — предмет теоретической и экспериментальной дисциплины — термометрии, часть которой, охватывающая температуры свыше 500° С, называется пирометрией.

Наиболее общее строгое определение понятия температуры, следующее из второго начала термодинамики, формулируется выражением:

Читайте также:
Евробион 5 принцип работы

где Т — абсолютная температура изолированной термодинамической системы, d Q — приращение тепла, сообщаемого этой системе, и d S — приращение энтропии этой системы.

Приведенное выражение интерпретируется следующим образом: температура есть мера приращения тепла, сообщенного изолированной термодинамической системе и соответствующего приращению энтропии системы, происходящему при этом, или, иначе говоря, возрастанию неупорядоченности ее состояния.

В статистической механике, описывающей фазы системы с учетом микропроцессов, протекающих в макросистемах, понятие температуры определяется через выражение распределения частиц молекулярной системы между рядом невырожденных энергетических уровней (распределения Гиббса).

Такое определение (согласующееся с предыдущим) подчеркивает вероятностный, статистический аспект понятия температуры как основного параметра микрофизической формы передачи энергии от одного тела (или системы) к другому, т. е. хаотического теплового движения.

Малая наглядность строгих определений понятия температуры, справедливых к тому же только для термодинамически равновесных систем, привела к широкому распространению “утилитарного” определения, исходящего из существа явления передачи энергии: температура — это тепловое состояние тела или системы, характеризующееся его способностью обмениваться теплом с другим телом (или системой).

Эта формулировка применима и к термодинамически неравновесным системам, и (с оговорками) к психофизиологическому понятию “сенсорной” температуры, непосредственно воспринимаемой человеком с помощью органов термического осязания.

“Сенсорная” температуpa субъективно оценивается человеком непосредственно, но лишь качественно и в относительно узком интервале, физическая же температуpa измеряется количественно и объективно, с помощью измерит, приборов, но только косвенно — по значению какой-либо физической величины, зависящей от измеряемой температуры.

Поэтому в последнем случае устанавливают какое-либо опорное (реперное) состояние выбранной для этой цели температурозависимой физической величины и приписывают ему некоторое определенное числовое значение температуры с тем, чтобы любое изменение состояния выбранной физической величины относительно опорного могло быть выражено в единицах температуры.

Совокупность значений температуры, соответствующих ряду последовательных изменений состояния (т. е. ряду значений) выбранной температурозависимой величины, образует температурную шкалу. Наиболее распространенные температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта, Реомюра, Кельвина и Ранкина.

Температурные шкалы Кельвина и Цельсия

В 1730 г. Французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр (1683—1757) на основе предложения Амотона отметил точку таяния льда на шкале термометра как 0, а точку кипения воды 80 о . В 1742 г. ш ведский астроном и физик Андерс Цельсий (1701 — 1744) после двухлетних испытаний термометра Реомюра обнаружил погрешность в градуировке шкалы.

Оказалось, что она в большой степени зависит от атмосферного давления. Цельсий предложил оговорить давление при градуировке шкалы и весь температурный диапазон разбил на 100, но отметку 100 присвоил точке таяния льда. Позднее швед Линней или немец Штрёмер (по разным источникам) поменяли обозначения опорных точек.

Так появилась широко применяемая теперь температурная шкала Цельсия. Ее калибровка производилась при нормальном атмосферном давлении 1013,25 гПа.

Температурные шкалы создавались Фаренгейтом, Реомюром, Ньютоном (последний неосторожно выбрал опорной точкой температуру тела человека. Что ж, и великие ошибаются!) и многими другими. Они не выдержали испытания временем.

Температурная шкала Цельсия принята на I Генеральной конференции по мерам и весам в 1889 г. В настоящее время градус Цельсия — официальная единица измерения температуры, установленная Международным комитетом мер и весов, но с некоторыми уточнениями в определении.

Согласно приведенным доводам нетрудно заключить, что температурная шкала Цельсия не является плодом деятельности одного человека. Цельсий был лишь одним из последних участвовавших в ее разработке исследователей и изобретателей. До 1946 г, шкала называлась просто стоградусной. Только тогда Международный комитет мер и весов присвоил градусу стоградусной шкалы наименование “градус Цельсия”.

Несколько слов о рабочем теле термометров. Первые создатели приборов естественно стремились расширить их рабочий диапазон. Единственный жидкий металл в обычных условиях — ртуть.

Выбирать не приходилось. Температура плавления -38,97° С, температура кипения +357,25° С. Из летучих веществ наиболее доступным оказался винный или этиловый спирт. Температура плавления —114,2° С, температура кипения +78,46° С.

Созданные термометры годились для измерения температур от —100 до +300° С, что было достаточно для решения большинства практических задач. Например, минимальная температура воздуха —89,2° С (станция Восток в Антарктиде), а максимальная +59° С (пустыня Сахара). Большинство процессов тепловой обработки водных растворов проходило при температурах, не превышающих 100° С.

Основной единицей измерения термодинамической температуры и одновременно одной из основных единиц Международной системы единиц (СИ) является градус Кельвина.

Размер (температурный промежуток) 1 градуса Кельвина определяется тем, что значение термодинамической температуры тройной точки воды установлено равным в точности 273,16°К.

Эта температура, при которой вода равновесно сосуществует в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной, принята в качестве основного репера вследствие ее высокой воспроизводимости, на целый порядок лучшей, чем воспроизводимость температур замерзания и кипения воды.

Измерение температуры тройной точки воды — задача технически довольно сложная. Поэтому в качестве репера она была утверждена только в 1954 г. на X Генеральной конференции по мерам и весам.

Градус Цельсия, в единицах которого также может быть выражена термодинамическая температура, по своему температурному промежутку в точности равен градусу Кельвина, но числовое значение любой температуры в градусах Цельсия на 273,15 градусов больше значения той же температуры в градусах Кельвина.

Читайте также:
Вибропрессы для блоков и тротуарной плитки: особенности, принцип работы, виды

Размер 1 градуса Кельвина (или 1 градуса Цельсия), определенный из числового значения температуры тройной точки воды, при современных точностях измерения не отличается от его размера, определенного (что было принято ранее) как сотая доля температурного промежутка между точками замерзания и кипения воды.

Классификация методов и приборов для измерения температуры

Измерение температуры тела или среды может быть осуществлено двумя принципиально различными косвенными путями.

Первый путь ведет к измерению значений одного из температурозависимых свойств или параметров состояния непосредственно самого тела или среды, второй — к измерению значений температурозависимых свойств или параметров состояния вспомогательного тела, приведенного (прямо или косвенно) в состояние теплового равновесия с телом или средой, температуpa которых измеряется.

Вспомогательное тело, служащее для этих целей и являющееся датчиком комплектного прибора для измерения температуры, называется термометрическим (пирометрическим) зондом, или термоприемником. Поэтому все методы и приборы для измерения температуры разделяются на две принципиально различные группы: беззондовые и зондовые.

Термоприемник или какое-либо вспомогательное устройство прибора может быть приведено в прямое механическое соприкосновение с телом или средой, температура которых измеряется, или же между ними может осуществляться лишь “оптический” контакт.

В зависимости от этого все методы и приборы для измерения температуры делятся на контактные и бесконтактные. Наибольшее практическое значение имеют зондовые контактные и бесконтактные методы и приборы.

Погрешности при измерении температуры

Всем контактным, в первую очередь зондовым, методам измерения температуры, в отличие от других методов, свойственны т. н. тепловые или термические методические погрешности, обусловленные тем, что комплектный зондовый термометр (или пирометр) измеряет значение температуры только чувствительной части термоприемника, усредненное по поверхности или объему этой части.

Между тем эта температура, как правило, не совпадает с измеряемой потому, что термоприемник неизбежно искажает температурное поле, в которое его вносят. При измерении установившейся постоянной температуры тела или среды между ним и термоприемником устанавливается определенный режим теплообмена.

Постоянная разность температур термоприемника и измеряемой температуры тела или среды характеризует статическую термическую погрешность при измерении температуры.

Если измеряемая температуpa изменяется, то термическая погрешность оказывается функцией времени. Такую динамическую погрешность можно рассматривать как состоящую из постоянной части, эквивалентной статической погрешности, и переменной части.

Последняя возникает потому, что при всяком изменении теплообмена между телом или средой, температура которых измеряется, новый режим теплообмена устанавливается не сразу. Обусловленное отставанием искажение показаний термометра или пирометра, являющееся функцией времени, характеризуется тепловой инерцией термоприемника.

Тепловые погрешности и тепловая инерция термоприемника зависят от тех же факторов, что и теплообмен между телом или средой и термоприемником: от температур термоприемника и тела или среды, от их размеров, состава (а значит и свойств) и состояния, от конструкции, размеров, геометрической формы, состояния поверхности и свойств материалов термоприемника и окружающих его тел, от их взаиморасположения, от того, по какому закону изменяются во времени измеряемая температура тела или среды.

Тепловые методические погрешности при измерении температуры, как правило, в несколько раз превосходят инструментальные погрешности термометров и пирометров. Их снижение достигается применением рациональных методик измерения температуры и конструкций термоприемников и целесообразным монтажом последних на местах применения.

Улучшение теплообмена термоприемника и среды или тела, температура которых измеряется, достигается форсированием полезных и подавлением вредных факторов теплообмена.

Например, при измерении температуры газа в замкнутом объеме увеличивают конвективный теплообмен тероприемника с газом, создавая искусств, быстрое обтекание газом термоприемника (“отсосная” термопара), и снижают лучистый теплообмен со стенками объема, экранируя термоприемник (“экранированная” термопара).

Для снижения тепловой инерции в термометрах и пирометрах с электрическим выходным сигналом применяют также специальные схемы, искусственно сокращающие время нарастания сигнала при быстром изменении измеряемой температуры.

Бесконтактные методы измерения температуры

Возможность применения контактных методов при измерениях определяется не только искажением контактным термоприемником измеряемой температуры, но также реальными физическими и химическими характеристиками материалов термоприемника (коррозионной и механической стойкостью, жаропрочностью и т. д.).

Бесконтактные методы измерения свободны от этих ограничений. Однако важнейшим из них, т.е. основанным на законах температурного излучения, присущи особые погрешности, обусловленные тем, что используемые законы в точности справедливы лишь для абсолютно черного излучателя, от которого по свойствам излучения более или менее значительно отличаются все реальные физические излучатели (тела и среды).

В соответствии с законами излучения Кирхгофа любое физическое тело излучает энергии меньше, чем черное тело, нагретое до той же температуры, что и физическое.

Поэтому прибор для измерения температуру, отградуированный по черному излучателю, при измерении температуры реального физического излучателя покажет температуру, меньшую действительной, а именно такую, при которой свойство черного излучателя, использованное при градуировании (энергия излучения, его яркость, его спектральный состав и т. п.), совпадает по своему значению со свойством физического излучателя при данной действительной его температуре, подлежащей определению. Измеренная заниженная псевдотемпература называется черной температурой.

Различные методы измерения приводят к различным, как правило, не совпадающим черным температурам: пирометр радиационный показывает интегральную или радиационную, пирометр оптический — яркостную, пирометр цветовой — цветовую черные температуры.

Читайте также:
7 способов рационального размещения полотенец в шкафу

Переход от измеренных черных к действительным температурам осуществляется графически или аналитически, если известна излучательная способность объекта, температуpa которого измеряется.

Излучательной способностью называется отношение значений используемого для измерения свойства излучения физического и черного излучателей, имеющих одинаковую температуру: при радиационном методе излучательная способность равна отношению суммарных (по всему спектру) энергий, при оптическом — спектральная излучательная способность равна отношению спектральных плотностей энергетической яркости. При прочих равных условиях наименьшие погрешности от нечерноты излучателя дает пирометр цветовой.

Радикальное решение задачи измерения лучистыми методами действительной температуры нечерного излучателя достигается искусств, созданием для него условий, превращающих его в черный излучатель (например, помещением его в практически замкнутую полость).

В некоторых частных случаях возможно измерение действительной температуры нечерных излучателей обычными пирометрами излучения при применении особых методик измерения температуры (например, подсветки, в лучах трех длин волн, в поляризованном свете и др.).

Распространенные приборы для измерения температуры

Громадный диапазон значений измеряемых температур и неисчерпаемое количество различных условий и объектов измерения обусловливают чрезвычайное разнообразие и многочисленность методов и приборов для измерения температуры.

Самые распространенные приборы для измерения температуры:

  • Термоэлектрические пирометры (термометры) ;
  • Электрические термометры сопротивления ;
  • Радиационные пирометры ;
  • Пирометры оптического поглощения ;
  • Оптические яркостные пирометры ;
  • Цветовые пирометры ;
  • Жидкостные термометры расширения ;
  • Газовые манометрические термометры ;
  • Паровые манометрические термометры ;
  • Газовые конденсационные термометры ;
  • Стержневые дилатометрические термометры ;
  • Биметаллические термометры ;
  • Акустические термометры ;
  • Калориметрические пирометры-пироскопы ;
  • Термокраски ;
  • Парамагнитные солевые термометры .

Самые популярные электрические приборы для измерения температуры:

Приборы многих видов, перечисленные выше, используются для измерений различными методами. Например, термоэлектрический термометр используется:

  • для контактного измерения температуры сред и тел, а также поверхностей последних без или в сочетании с устройствами, корректирующими тепловое неравновесие термоприемника и объекта измерения;
  • для бесконтактного измерения температуры радиационным и некоторыми спектроскопическими методами ;
  • для смешанного (контактно-бесконтактного) — измерение температуры жидкого металла по методу газовой каверны (измерение радиационным пирометром температуры излучения газового пузыря, выдуваемого в жидком металле на конце погруженной в него трубки).

Вместе с тем многие методы измерения температуры могут быть реализованы приборами различных видов.

Так, например, температуpa наружного и комнатного воздуха может быть измерена приборами по меньшей мере 15 видов. На фотографии — биметаллический термометр.

Самый большой в мире термометр в Бейкере, Калифорния

Применение приборов для измерения температуры:

Введение в температурные датчики: термисторы, термопары, RTD и микросхемы термометров

Узнайте о различных типах температурных датчиков и их преимуществах и недостатках.

Температурные датчики

Температурные датчики относятся к числу наиболее часто используемых датчиков. Температурные датчики используются всеми типами оборудования, начиная от компьютеров, автомобилей, кухонной техники, кондиционеров и (конечно) домашних термостатов. Пять наиболее распространенных типов температурных датчиков включают в себя:

  • термисторы;
  • термопары;
  • RTD (резистивные датчики температуры);
  • цифровые микросхемы термометров;
  • аналоговые микросхемы термометров.

Данная статья предоставит вам краткое введение по каждому из перечисленных типов датчиков.

Термистор

Как следует из названия, термистор (т.е., терморезистор) представляет собой датчик температуры, сопротивление которого зависит от температуры.

Термисторы выпускаются двух типов: PTC (с положительным температурным коэффициентом) и NTC (с отрицательным температурным коэффициентом). Сопротивление PTC термистора с ростом температуры увеличивается. А сопротивление NTC термистора, наоборот, с увеличением температуры уменьшается, и этот тип, по-видимому, является наиболее часто используемым типом термисторов. Смотрите рисунок 1 ниже.

Рисунок 1 – Условные графические обозначения термисторов PTC и NTC

Важно понимать, что связь между сопротивлением термистора и его температурой очень нелинейна. Смотрите рисунок 2 ниже.

Рисунок 2 – Зависимость сопротивления NTC термистора от температуры

Стандартная формула сопротивления NTC термистора в зависимости от температуры определяется следующим образом:

  • R25C – номинальное сопротивление термистора при комнатной температуре (25°C). Данное значение, как правило, приводится в техническом описании;
  • β (бета) – постоянная материала термистора в Кельвинах. Это значение обычно указывается в техническом описании;
  • T – реальная температура термистора в Цельсиях.

Тем не менее, существует два простых метода, используемых для линеаризации поведения термистора, а именно режим сопротивления и режим напряжения.

Режим линеаризации сопротивления

В режиме линеаризации сопротивления параллельно термистору помещается обычный резистор. Если значение резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, область линеаризации будет симметрична относительно точки комнатной температуры. Смотрите рисунок 3 ниже.

Рисунок 3 – Режим линеаризации сопротивления

Режим линеаризации напряжения

В режиме линеаризации напряжения термистор ставится последовательно с обычным резистором, образуя при этом делитель напряжения. Этот делитель напряжения должен быть подключен к известному, фиксированному, стабилизированному источнику опорного напряжения VREF.

Эта конфигурация приводите к созданию выходного напряжения, которое относительно линейно зависит от температуры. И, как и в режиме линеаризации температуры, если сопротивление резистора равно сопротивлению термистора при комнатной температуре, то область линеаризации будет симметрична относительно точки комнатной температуры. Смотрите рисунок 4 ниже.

Рисунок 4 – Режим линеаризации напряжения

Термопара

Термопары обычно используются для измерения более высоких температур и более широких температурных диапазонов.

Чтобы резюмировать, как работают термопары: любой проводник, подвергнутый температурному градиенту, будет генерировать небольшое напряжение. Это явление известно как эффект Зеебека. Величина генерируемого напряжения зависит от типа металла. Практические применения эффекта Зеебека используют два разнородных металла, которые соединены на одном конце и разделены на другом. Температуру соединения можно определить по напряжению на разомкнутых концах проводов.

Читайте также:
Виды, состав и применение сульфатостойких цементов — разбираем обстоятельно

Существуют различные типы термопар. Определенные комбинации стали популярными, и выбор комбинации зависит от различных факторов, включающих в себя стоимость, доступность, химические свойства и стабильность. Для разных применений лучше всего подходят разные типы, и их обычно выбирают на основе требуемого диапазона температур и чувствительности.

Графики характеристик термопар смотрите на рисунке 5 ниже.

Рисунок 5 – Характеристики термопар

Резистивные датчики температуры (RTD)

Резистивные датчики температуры, также известные как резистивные термометры, являются, пожалуй, самыми простыми для понимания датчиками температуры. RTD похожи на термисторы, поскольку их сопротивление изменяется с изменением температуры. Однако вместо использования специального материала, чувствительного к изменениям температуры (как в термисторах), RTD используют катушку из проволоки, накрученную вокруг сердечника из керамики или стекла.

Провод в RTD выполнен из чистого материала, как правило, из платины, никеля или меди, и этот материал обладает точной зависимостью сопротивления от температуры, которая используется для определения измеряемой температуры.

Аналоговые микросхемы термометров

Вместо использования термистора с постоянным резистором в делителе напряжения, альтернативным решением может стать аналоговый низкотемпературный датчик, такой как TMP36 от Analog Devices. В отличие от термистора, эта аналоговая микросхема обеспечивает выходное напряжение, которое почти линейно; наклон составляет 10 мВ/°C в температурном диапазоне от -40 до +125°C, а его точность равна ±2°C. Смотрите рисунок 6 ниже.

Рисунок 6 – График зависимости выходного напряжения TMP36 от температуры из технического описания

Хотя эти устройства и крайне просты в использовании, но они значительно дороже комбинации термистор-плюс-резистор.

Цифровые микросхемы термометров

Цифровые температурные датчики сложнее, но они могут быть очень точными. Кроме того, они могут упростить всю разработку, поскольку аналого-цифровое преобразование происходит внутри микросхемы термометра, а не в отдельном устройстве, таком как микроконтроллер. Например, DS18B20 от Maxim Integrated имеет точность ±0.5°C и диапазон температур от -55°C до +125°C.

Кроме того, некоторые цифровые микросхемы могут быть настроены на питание от линии данных, что позволяет подключать их только двумя проводами (то есть, данные/питание и земля). Более подробно об “однопроводном” интерфейсе можно почитать здесь.

Рисунок 7 – Структурная схема DS18B20 из технического описания

Сравнение типов температурных датчиков

В приведенной ниже таблице показано сравнение разных типов температурных датчиков, описанных в данной статье. Однако имейте в виду, что эту информацию следует воспринимать как обобщение. Таблица предназначена в первую очередь для тех, у кого нет большого опыта и/или знаний о датчиках температуры.

Термосопротивления: Теория

Недавно мне повезло побывать на производстве датчиков температуры, а точнее на швейцарском предприятии IST-AG, где делают платиновые и никелевые термосопротивления (RTD).

По этому поводу публикую две статьи, в которых читатель найдет довольно подробное описание этого типа датчиков, путеводитель по основным этапам производственного процесса и обзор возможностей, которые появляются при использовании тонкопленочных технологий.

В первой статье разбираемся с теоретической базой. Не слишком увлекательно, но весьма полезно.

Что такое термометры сопротивления

(они же — термосопротивления или RTD)
Сначала имеет смысл разобраться с терминологией. Если вы хорошо знакомы с вопросом, то смело переходите ко второй части статьи. А может быть и сразу к третьей.

Итак, под определение «датчик температуры» попадают тысячи самых разных изделий. Под датчиком можно понимать и готовое измерительное устройство, где на дисплее отображается значение температуры в градусах, и интегральную микросхему с цифровым сигналом на выходе, и просто чувствительный элемент, на базе которого строятся все остальные решения. Сегодня мы говорим только о чувствительных элементах, которые, впрочем, тоже будем называть словом «датчик».

Термометры сопротивления, которые также известны как термосопротивления и RTD (Resistance Temperature Detector) — это чувствительные элементы, принцип работы которого хорошо понятен из названия — электрическое сопротивление элемента растет с увеличением температуры окружающей среды и наоборот. Вероятно вы слышали о термосопротивлениях как о платиновых датчиках температуры типа Pt100, Pt500 и Pt1000 или как о датчиках 50М, 50П, 100М или 100П.

Иногда термосопротивления путают с термисторами или термопарами. Все эти датчики используются в похожих задачах, но, даже несмотря на то что термисторы тоже являются преобразователями температура-сопротивление, нельзя путать термосопротивления, термисторы и термопары между собой. О разнице в строении и назначении этих элементов написана уже тысяча статьей, так что я, пожалуй, не буду повторяться.

Отмечу главное: средний термометр сопротивления стоит в разы дороже, чем средний термистор и термопара, но только термосопротивления имеют линейную выходную характеристику. Линейность характеристики, а также гораздо более высокие показатели по точности и повторяемости результатов измерений, делают термосопротивления востребованными несмотря на разницу в цене.

Основные характеристики термосопротивлений

Если коротко, характеристики термосопротивлений можно разбить на три группы:

  1. Номинальная статическая характеристика (НСХ) и точность
  2. Диапазон температур, на котором определяется НСХ и обеспечивается заявленная точность
  3. Корпус датчика, тип и длина выводов
Читайте также:
Выбор глянцевого наливного пола для квартиры

На мой взгляд, пояснений требует только первый пункт.

Номинальная статическая характеристика (НСХ)

НСХ — это функция (на практике чаще таблица значений), которая определяет зависимость сопротивление-температура.

Зависимость R(T), конечно, не является абсолютно линейной — на самом деле выходная характеристика термосопротивления описывается полиномом с известными коэффициентами. В простейшем случае это полином второй степени R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 ), где R0 — номинальное сопротивление датчика, то есть значение сопротивления при 0°C.


Вид полинома и его коэффициенты описываются в различных национальных и международных стандартах. Действующий российский стандарт — ГОСТ 6651-2009. В Европе чаще используют DIN 60751 (он же IEC-751), однако одновременно с ним действует DIN 43760, в Северной Америке популярен стандарт ASTM E1137 и так далее. Несмотря на то что некоторые стандарты согласованы между собой, в целом картина довольно печальная и единого индустриального стандарта по факту не существует.

Наиболее популярные типы термосопротивлений — это платиновые датчики (Pt 3850, Pt 3750, Pt 3911 и др.), никелевые (Ni 6180, Ni 6720 и др.) и медные термосопротивления, например Cu 4280. Каждому типу датчиков соответствует свой полином R(T).


Приведенные наименования содержат название металла, который используется при изготовлении датчика, и коэффициент, который описывает отношение сопротивления датчика при 0 к сопротивлению при 100°C. Этот коэффициент, вместе со значением R0, определяет наклон функции R(T).


В разношерстных стандартах и, как следствие, в спецификациях на конкретные датчики, этот коэффициент может выражаться по-разному. Например, для платинового датчика может быть указан коэффициент альфа равный 0.00385 °C -1 , или температурный коэффициент 0.385%/°C, или TCR = 3850 ppm/K, однако во всех трех случаях подразумевается одна и та же зависимость R(T).

Используемый металл однозначно определяет степень полинома R(T), а коэффициенты полинома определяются температурным коэффициентом металла.

Например, для всех платиновых датчиков функция R(T) имеет следующий вид:

R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 ) при T > 0
R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 + C x (T-100) x T 3 ) при T -3 °C -1
B = -5.775 x 10 -7 °C -2
C = -4.183 x 10 -12 °C -4

  • Pt 3911 ppm/K (характеристика остается востребованной в РФ, т.к. в прошлом только она была внесена в ГОСТ)
    A = 3.9692 x 10 -3 °C -1
    B = -5.829 x 10 -7 °C -2
    C = -4.3303 x 10 -12 °C -4
  • Автомобильному стандарту Pt 3770 ppm/K, американскому Pt 3750 ppm/K или японскому Pt 3916 ppm/K будут соответствовать другие наборы коэффициентов.

    Та же логика действует для меди и никеля. Например, НСХ всех никелевых датчиков описывается полиномом шестой степени:

    R(T) = R0 (1 + A x T + B x T 2 + C x T 3 + D x T 4 + E x T 5 + F x T 6 )
    где коэффициенты определяются температурным коэффициентом никеля (Ni 6180 ppm/K, Ni 6720 ppm/K и т.д.).

    Осталось сказать о последнем параметре НСХ термометров сопротивления — о номинальном сопротивлении R0. Чаще всего используются датчики со стандартным R0 — 50, 100, 500 или 1000 Ом, однако иногда требуются тремосопротивления с R0 = 2000 и даже 10000 Ом, а также датчики с «не кратным» номинальным сопротивлением.


    То есть каждому типу термосопротивления может соответствовать несколько НСХ с разными номинальными сопротивлениями R0. Для наиболее распространенных в РФ характеристик используют стандартные обозначения: Pt100 и Pt1000 соответствуют платине с температурным коэффициентом 3850 ppm/K и R0 = 100 и 1000 Ом соответственно. Унаследованные из советских справочников обозначения 50П и 100П — это датчики из платины с коэффициентом 3911 ppm/K и R0 = 50 и 100 Ом, а датчики известные как 50М и 100М — это медь 4280 ppm/K с номинальным сопротивлением 50 и 100 Ом.

    Точность датчика
    Точность термосопротивления — это то, насколько зависимость R(T) реального датчика может отклониться от идеальной НСХ. Для обозначения точности термосопротивлений используют понятие класса допуска (от же класс точности).

    Класс допуска определяет максимальное допустимое отклонение от номинальной характеристики, причем задается это отклонение как функция температуры — при нуле градусов фиксируется наименьшее допустимое отклонение, а при уменьшении или увеличении температуры диапазон допустимых значений линейно увеличивается.


    Когда дело касается классов допуска, бардак в действующих стандартах только усугубляется — даже названия классов в разных источниках могут отличаться.

    Другие названия Допуск, °С
    Класс АA Class Y
    1/3 DIN
    1/3 B
    F 0.1 (если речь о тонкопленочном датчике)
    W 0.1 (если речь о намоточном датчике)
    ±(0.1 + 0.0017 |T|)
    Класс A 1/2 DIN
    1/2 B
    F 0.15 (если речь о тонкопленочном датчике)
    W 0.15 (если речь о намоточном датчике)
    ±(0.15 + 0.002 |T|)
    Класс B DIN
    F 0.3 (если речь о тонкопленочном датчике)
    W 0.3 (если речь о намоточном датчике)
    ±(0.3 + 0.005 |T|)
    Класс C Class 2B
    Class BB
    F 0.6 (если речь о тонкопленочном датчике)
    W 0.6 (если речь о намоточном датчике)
    ±(0.6 + 0.01 |T|)
    Class K
    1/10 DIN
    ±(0.03 + 0.0005 |T|)
    Class K
    1/5 DIN
    ±(0.06 + 0.001 |T|)

    Приведенные в таблице допуски соответствуют большинству действующих стандартов для платиновых датчиков 3850 ppm/K, включая ГОСТ и европейский DIN 60751 (IEC-751), который с большой натяжкой можно назвать общепринятым.

    Например, в американском стандарте ASTM E1137 классы допуска платиновых датчиков именуются Grade и определяются иначе:

    Читайте также:
    Все о скандинавском лофте
    Grade A ±(0.25 + 0.0042 |T|)
    Grade B ±(0.13 + 0.0017 |T|)

    Если же говорить о платине с другими температурными коэффициентами или о никелевых и медных датчиках, то можно обнаружить и другие определения допусков.

    Класс допуска описывает не только максимальную величину допуска, но и диапазон температур, на котором этот допуск гарантируется. Вы, наверное, уже догадались, что в разных стандартах эти диапазоны могут существенно отличаться. Это действительно так, причем диапазон температур зависит не только от класса допуска и типа датчика, но и от технологии, по которой выполнен датчик — у намоточных датчиков диапазон всегда шире.

    О том, что такое намоточные и тонкопленочные датчики — чуть ниже.

    На картинке — кассы допуска для платиновых датчиков с температурным коэффициентом 3850 по стандарту DIN 60751 (IEC-751).

    Тонкопленочный датчик Pt 3850 ppm/K Намоточный датчик Pt 3850 ppm/K
    Класс допуска Диапазон температур Класс допуска Диапазон температур
    DIN 60751 (IEC-751) / ГОСТ DIN 60751 (IEC-751) ГОСТ
    Класс АА
    (F 0.1)
    0… +150°С Класс АА
    (W 0.1)
    -100… +350°С -50… +250°С
    Класс А
    (F 0.15)
    -30… +300°С Класс А
    (W 0.15)
    -100… +450°С
    Класс B
    (F 0.3)
    -50… +500°С Класс B
    (W 0.3)
    -196… +600°С -196… +660°С
    Класс С
    (F 0.6)
    -50… +600°С Класс С
    (W 0.6)
    -196… +600°С -196… +660°С

    К слову, если в документации на термосопротивление указан диапазон измеряемых температур, который шире диапазона, предусмотренного указанным классом допуска, то заявленный класс допуска не будет действовать на всём рабочем диапазоне. Например, если датчик Pt1000 класса A предназначен для измерения температур от -200 до +600°C, то он будет иметь точность ±(0.15+0.002|T|) только при температурах до +300°C, а дальше скорее всего будет обеспечиваться класс В.

    Я привожу все эти подробности о терминологии и разночтениях в стандартах чтобы донести одну простую мысль: выбирая термосопротивление легко запутаться и неверно истолковать характеристики элемента. Важно понимать какие именно требования вы предъявляете к элементу (в абсолютных цифрах, а не в классах) и сравнивать их с абсолютными цифрами из документации на конкретный датчик.

    Структура термометров сопротивления

    Итак, термосопротивления представляют собой резисторы, выполненные из платины или, реже, из никеля или меди. Выше уже упоминались две технологии — намоточная (проволочная) и тонкопленочная.

    Намоточные датчики — это термосопротивления, выполненные на основе спиралей из металлической проволоки. Существует два основных способа изготовления намоточных датчиков. В первом случае проволока наматывается на стеклянный или керамический цилиндр, после чего конструкция покрывается изолирующим слоем из стекла. Второй способ — это помещение металлических спиралей в каналы внутри керамического цилиндра.

    При изготовлении тонкопленочных датчиков на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, который образует токопроводящую дорожку, так называемый меандр. После этого датчик покрывается изолирующим слоем из стекла.


    Большинство современных термосопротивлений выполняется по одной из этих трёх технологий. В источниках встречаются противоречивые мнения о том, какая конструкция более устойчива к вибрациям или перепадам температур. Оценки стоимости датчиков разных конструкций тоже сильно разнятся.

    На деле принципиальных отличий между характеристиками датчиков разной конструкции нет, цены на тонкопленочные и намоточные датчики также находятся в одном диапазоне.

    В большинстве случаев совершенно не важно как именно устроен датчик — при выборе компонента имеет значение только соотношение цены и характеристик конкретного элемента (нужно только не забывать что классы допуска для тонкопленочных датчиков определены на более узком диапазоне температур). Однако в некоторых задачах тонкопленочные датчики осознанно предпочитают намоточным. На это есть три главных причины:

      Высокие номинальные сопротивления. Тонкопленочная технология позволяет производить датчики с R0=1000 Ом той же ценой, что и датчики с номинальным сопротивлением 50, 100 или 500 Ом. К тому же, изготавливаются датчики и с более высоким номинальным сопротивлением, например 2000 и 10000 Ом.

    Малый размер. Тонкопленочный датчик можно сделать гораздо более миниатюрным по сравнению с намоточным. Стандартный датчик Pt1000, например, может иметь габариты всего 1.6 x 1.2 мм.

  • Прямоугольная форма и миниатюрный размер пленочных датчиков позволяют выпускать не только выводные термосопротивления, но и SMD-компоненты стандартных размеров — 1206, 0805 и так далее.
  • У тонкопленочной технологии есть и другие интересные свойства, позволяющие, например, сократить время отклика датчика температуры или изготовить на базе термосопротивлений датчики скорости потока. Об этом будем говорить в следующей статье, которая полностью посвящена процессу изготовления тонкопленочных датчиков.

    Заключение

    В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

    upd #1: Статья «Термосопротивления: производственный процесс» опубликована.

    Пожарный дымовой извещатель – устройство, типы, установка

    Во многом, успех предотвращения тяжелых последствий пожара зависит от своевременной информированности персонала о потенциальном очаге возгорания, которое необходимо предупредить еще на самой начальной стадии. С помощью датчиков задымления, свидетельствующего о процессах тления, можно не только избежать пожара, но и предотвратить даже минимальную порчу оборудования, так как многие агрегаты или силовые кабели имеют специальную пропитку и покрытие, могущее выделять соответствующий запах и дым при повышении температуры выше нормированной.

    1. Назначение дымового извещателя
    2. Принцип действия и устройство камеры обнаружения дыма
    3. Устройство и область применения дымовых извещателей
    4. Какой тип дымового извещателя выбрать?
    Читайте также:
    Всё о поливинилацетатной краске: достоинства и недостатки, ГОСТ и цена. Разница между ПВА водоэмульсионной и дисперсионной краской

    Назначение дымового извещателя

    Извещатель пожарный дымовой является обязательным компонентом любой автоматической системы пожарной безопасности. Прибор предназначен для формирования сигнала тревоги о потенциальном месте возгорания, по признаку идущего отсюда дыма. Устанавливается один или несколько, в зависимости от площади помещения и его пожарной категории с присоединением к ПКП и пульту управления.

    Дежурный персонал видит срабатывания извещателя в виде мигающего светодиода с генерированием звукового сигнала. Если опционально предусмотрено автоматическое пожаротушение и действует соответствующая установка с задержкой времени, то производится включение модулей пожаротушения. В системах работающих только в режиме сигнализации, дежурный персонал выполняет проверку поступившего сигнала и принимает решение.

    Принцип действия и устройство камеры обнаружения дыма

    1. Светоприемник
    2. Светоизлучатель
    3. Рефракционные шторки.

    Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный имеет в своем составе камеру, полностью закрытую от света, но пропускающую воздух. Попадая в нее, аэрозольные частицы отражают излучение, исходящее от источника света. Электронная схема, контролирующая состояние прибора, фиксирует изменения интенсивности свечения, которое улавливает светоприемник (фотодиод высокой чувствительности) и подает сигнал тревоги. Рефракционные шторки необходимы не только для защиты от света, но и для отсекания частиц пыли.

    При проведении техобслуживания оптико-электронных устройств важно производить тщательную очистку прибора, накопление пыли на рефракционных шторках и внутри камеры обнаружения снижают чувствительность извещателя и могут привести к ложным срабатываниям.

    По конструкции светоизлучающего элемента оптико-электронные камеры разделяют на светодиодные и, лазерные. В последних, используется ультрафиолетовый лазер, приборы с таким источником излучения более чувствительны, имеют широкий диапазон настроек и защиту от ложного срабатывания.

    Ионизационные дымовые извещатели функционируют по другому принципу. В камере обнаружения находятся две пластины, на которые подается напряжение. Между ними установлен источник ионизации. Это может быть радиоактивный изотоп или электроиндукционная катушка. Ионный ток, возникший в камере, существенно понижается, когда в нее проникают микрочастицы дыма.

    Однако такие устройства в быту применяются очень редко из-за своего магнитного и радиационного излучения. Их устанавливают в помещениях с ограниченным по времени пребыванием людей.

    Устройство и область применения дымовых извещателей

    Большинство моделей дымовых извещателей анализируют состав частиц, попадающих в камеру оптико-электронного блока, и при наличии веществ характерных для дыма, потребление тока шлейфом увеличивается, что приводит к срабатыванию сигнализации. Поскольку природа дыма напрямую зависит от типа тлеющего материала, то использование одних и тех же параметров для определения порога срабатывания невозможно. На сегодня разработаны и эксплуатируются сразу несколько типов извещателей, подбор осуществляется индивидуально для каждой системы.

    Извещатель пожарный дымовой линейный – состоит из приемника с излучателем либо приемно-излучающего блока и отражателя. Срабатывание происходит при концентрации дыма на линии между фотоприемником и излучателем, установленными в разных сторонах помещения. Между этими компонентами проходит оптическая связь, сигнал генерируется излучателем, при появлении частиц дыма происходит его ослабление.

    Особенностью линейного извещателя является возможность самотестирования, с указанием сигнала неисправность на ПКП. Эта же особенность является причиной того, что такие извещатели можно включать лишь в знакопеременные шлейфы либо только один линейный извещатель в знакопостоянный шлейф. При несоблюдении этого условия, сигнал пожар будет все время блокироваться сигналом неисправность. Линейные извещатели незаменимы в помещениях с большой площадью и высокими потолками.

    Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный – используется для фиксации концентрации дыма в самой первой стадии тления, и способен реагировать, как на светлые дымы появляющиеся при горении текстиля, древесины или бумаги, так и черные, характерные для полимерных материалов. Применяется, на промышленных объектах с наличием взрывоопасных зон, в гражданских строениях, в учреждениях и общественных местах.

    Для подключения к ПКП используется четырехпроводный шлейф – двухпроводная линия питания и два провода для связи. В основе работы оптико-электронного извещателя заложен принцип рассеивания ИК излучения. Источником служит светодиод, а приемником фотодиод. При появлении дыма, оптическая связь между излучателем и приемником нарушается, что приводит к снижению внутреннего сопротивления извещателя и подаче сигнала о задымлении.

    Извещатель пожарный дымовой автономный – это разновидность точечных извещателей, принцип действия основан на проникновении в оптическую камеру частиц дыма. Для питания используются батарейки, устанавливаемые с тыльной стороны корпуса. Применяется для контроля пожарной безопасности в спальных комнатах и других жилых помещениях, где прокладка линий связи и питания может навредить интерьеру, по этой же причине, данные извещатели выполняются в корпусе с декоративным дизайном. Устройство может работать как отдельно, так и в локальной сети в другими автономными датчиками либо дополнительно подключаемыми световыми оповещателями.

    Устанавливается устройство на потолке, либо на стене, но как можно ближе к потолку, при обнаружении задымления подается звуковой сигнал.

    Точечные дымовые пожарные извещатели – применяются для контроля отсутствия дыма на небольшой площади, например, в вагонах и способны идентифицировать дым серого спектра, появляющийся на первых стадиях пожара. Принцип действия основан на рассеивании инфракрасного излучения, но при появлении черного дыма корректная работа не гарантируется, так как черный цвет поглощает ИК лучи.

    Читайте также:
    Женские лайфкахи – капроновые колготки теперь прослужат долго. Что делать, чтобы они не рвались

    Точечная конструкция подразумевает создание штепсельного четырехполюсного разъема, от которого прибор отключают, при необходимости периодического обслуживания.

    Аспирационные дымовые пожарные извещатели – это наиболее сложный и дорогостоящий тип извещателя, применяемый на объектах, с высокой концентрацией материальных ценностей, могущих пострадать от пожара, в помещениях с высокоточным оборудованием, а также других местах, где высокая стоимость конструкции и установки себя оправдывают.

    Принцип действия извещателя основан на анализе образцов воздуха с помощью лазерного луча, а особенностью конструкции является система трубок, по которым подается воздух, забираемый в разных зонах помещения, где наиболее вероятны очаги возгорания. Трубки оснащаются различными типами фильтров и подключаются к корпусу устройства.

    Какой тип дымового извещателя выбрать?

    Для корректной работы автоматической пожарной системы, такой элемент, как дымовые выключатели должен подбираться исходя из факторов присутствующих в месте установки. В большинстве случаев, когда речь идет о большом объекте, могут применять сразу несколько типов извещателей, в зависимости от зоны.

    Наиболее часто выбирают оптико-электронные, так как они сочетают в себе невысокую стоимость и быструю реакцию на появление дыма, но вместе с тем, они же характеризуются большим током потребления и отсутствием реакции при запыленности, что исключает их установку в промышленных условиях, где пыль присутствует постоянно. Для защиты жилых помещений целесообразно применять точечные или автономные типы извещателей, при этом, подразумевается постоянное присутствие человека в радиусе слышимости подаваемого датчиком сигнала.

    Приобрести дымовые извещатели не является проблемой, потребителю предлагаются не только импортные, но и отечественные аналоги противопожарного оборудования, не хуже зарубежного. Даже в оснащении небольшого объекта лучше руководствоваться консультациями специалистов, что поможет избежать неоправданных трат на стадии проектирования и гарантирует устойчивую работу системы.

    Инструменты

    Установка дымового пожарного извещателя – отличное решение для сохранения безопасности в доме или в квартире. О разновидностях и особенностях установки пожарных извещателей узнаем далее.

    Оглавление:

    1. Принцип работы и устройство дымового пожарного извещателя
    2. Сфера использования дымовых пожарных извещателей
    3. Преимущества использования дымового пожарного извещателя
    4. Разновидности дымовых пожарных извещателей
    5. Извещатель пожарный дымовой технические характеристики
    6. Установка дымового пожарного извещателя
    7. Подключение дымового пожарного извещателя

    Принцип работы и устройство дымового пожарного извещателя

    Дымовым пожарным извещателем называют устройство, которое подает сигнал, в случае возникновения очага возгорания. Термин, датчик – не является корректным по использованию к пожарному дымовому извещателю. Так, как датчик – это одна из комплектующих частей данного прибора.

    В процессе горения происходит выделение в воздух мелких аэрозольных частиц, которые способны фиксировать дымовые извещатели.

    Работа извещателя зависит от таких параметров:

    • величина частиц,
    • химическая структура воздуха,
    • быстрота перемещения частиц,
    • плотность и насыщенность воздуха дымом.

    Три первых пункта полностью обуславливаются четвертым, поэтому извещатель пожарный дымовой работает по принципу насыщенности воздуха частицами дыма.

    Извещатели ионизационного типа работают на радиоактивном излучении. Частицы воздуха попадают в две камеры. Первая камера связывается с окружающей средой, а вторая – отделенная.

    При скоплении мелких частиц дыма в первой камере, во второй камере начинается протекание меньшего тока, таким образом извещатель подает сигнал о появлении дыма.

    Такие извещатели не наносят вред здоровью человека, но требуют специальной утилизации.

    Некоторые модели работают благодаря наличию инфракрасного излучения, которое путем рассеивания распознает дым.

    Извещатель пожарный дымовой схема работы зависит от типа устройства.

    Сфера использования дымовых пожарных извещателей

    Дымовые извещатели – это устройства, которые первыми обнаруживают возникновение очага возгорания, и поэтому являются очень важным компонентом системы пожарной безопасности.

    Почти во всех общественных помещениях устанавливают пожарные извещатели. Это:

    • торговые центры,
    • кафе,
    • рестораны,
    • магазины,
    • супермаркеты,
    • школы,
    • больницы,
    • самолеты,
    • корабли,
    • аэропорты и др.

    Все больше людей начинают приобретать дымовые извещатели для установки в квартирах, частных домах или на дачах, чтобы предотвратить появление пожара, и вовремя спасти себя, своих близких и материальные ценности.

    Преимущества использования дымового пожарного извещателя

    1. Обеспечение пожарной безопасности и предотвращение появления пожара.

    2. Высокий уровень чувствительности позволяет очень быстро определить малейшие очаги возгорания.

    3. Возможность быстрого обнаружения пожара, даже в больших и высоких помещениях.

    4. Дымовые извещатели имеют наименьшее количество ложных срабатываний, по сравнению с другими аналогами.

    Разновидности дымовых пожарных извещателей

    В соотношении с методом обнаружения задымленности дымовые извещатели разделяют на:

    1. Извещатель пожарный дымовой оптико электронный – основывается на возможности контроля состава воздуха в окружающей среде. Оптико электронные извещатели разделяют на:

    • линейные,
    • точечные.

    Линейные дымовые извещатели распространены в больших и высоких помещениях. Отличаются максимальной чувствительностью по обнаружению черного дыма.

    Линейные дымовые пожарные извещатели бывают:

    • двухкомпонентные,
    • однокомпонентные.

    Структура двухкомпонентного линейного извещателя включает передатчик и приемник, которые размещают на двух разных сторонах помещения. Если дым появляется в зоне между передатчиком и приемником, устройство – передает сигнал о пожаре.

    Однокомпонентные линейные извещатели имеют один блок с наличием пассивного рефлектора.

    Читайте также:
    Инструмент для обоев

    Линейные извещатели с легкостью заменяют несколько десятков точечных извещателей и определяют как обычный, так и черный дым, в отличии от точечных.

    Пожарный дымовой точечный извещатель не используют на предприятиях, которые производят резиновую продукцию.

    В основе работы оптико электронного точечного извещателя лежит использование оптического эффекта, который определяет дым с помощью инфракрасного излучения.

    Данные извещатели наиболее распространены, более 75 % извещателей работают благодаря данному принципу.

    Дымовая камера содержит устройство инфракрасного излучателя, а также приемник – который распознает сигнал отражения дыма.

    Точечные извещатели работают по принципу обнаружения плотности воздуха в окружающей среде. Такие извещатели отличаются большим количеством форм и моделей.

    Преимущества точечных извещателей:

    • минимальное количество некорректных срабатываний,
    • доступная стоимость,
    • многообразие форм,
    • легкость установки.

    Точечные извещатели разделяют на:

    • извещатель пожарный дымовой автономный – имеет батарейку и звуковой извещатель, работает самостоятельно, но неудобно контролируется;
    • извещатели радиоканального типа – имеют встроенный элемент питания и передают сигнал радиоканалом, легко устанавливаются, но стоимость таких приборов выше, чем у автономных.

    2. Дымовые извещатели ионизационного типа – через ионизацию воздуха определяют наличие дыма в помещении. Извещатели ионизационного типа разделяют на:

    • извещатели радиозотопного типа,
    • извещатели электроиндукционного типа.

    Ионизационные извещатели включают две металлические пластины, находящиеся под напряжением. Между пластинами располагается ионизатор. Такие датчики устанавливают в промышленных и бытовых помещениях, в которых не пребывает большое количество людей. Такие устройства не являются безвредными.

    3. Дымовые извещатели аспирационного типа – самые сложные приборы, которые используют для обеспечения пожарной безопасности в огромных помещениях, с большими материальными ценностями.

    Принцип работы основывается на наличии точечного лазерного извещателя, который располагается в герметичном корпусе. Аспирационный извещатель включает воздухозаборные трубки, которые имеют несколько фильтров. Такие извещатели редко используются, из-за высокой стоимости.

    В зависимости от принципа оповещения выделяют:

    • адресные дымовые пожарные извещатели,
    • безадресные дымовые пожарные извещатели.

    Дымовой извещатель адресного типа отличается определением и указанием, с помощью пульта контроля, конкретное месторасположение срабатываемого датчика. Такие системы используют на больших территориях или сложных помещениях. Каждый извещатель оснащается специальным номером, который легко идентифицируется специальным устройством.

    Извещатель пожарный дымовой технические характеристики

    При выборе дымового извещателя обратите внимание на такие особенности:

    • разновидность извещателя,
    • чувствительность прибора,
    • иннерционность,
    • время и порог срабатывания,
    • возможность работать безотказно,
    • мощность,
    • длительность эксплуатации,
    • скорость срабатывания,
    • дальность работы,
    • площадь срабатывания,
    • материал изготовления.

    На пожарные извещатели цена зависит от этих факторов.

    Установка дымового пожарного извещателя

    Перед знакомством с правилами установки дымовых извещателей, рассмотрим распределение извещателей в зависимости от площади помещения:

    • в небольших помещениях, в квартирах, частных домах, чаще всего устанавливают оптические извещатели точечного типа, которые состоят из двух частей;
    • в больших и габаритных помещениях наилучшим вариантом станет установка линейного оптического извещателя, который наделен режимом самопроверки и передает результаты извещений на специальный пульт управления;
    • для обнаружения пожара в музее, на корабле или в архиве применяется извещатель аспирационного типа, который монтируется на высоте 25-30 см от потолка, такие извещатели способны обнаружить возгорание в течении нескольких секунд.

    Рекомендации по установке дымовых пожарных извещателей:

    1. Если монтаж извещателя производится непосредственно в здании с плоским перекрытием, тогда извещатель способен обнаружить возгорание на площади в кругообразной форме.

    2. Минимальное количество извещателей, которые устанавливают в одном помещении – два.

    3. Один извещатель устанавливается в таких случаях:

    • площадь помещения соответствует площади защиты от возгорания,
    • присутствует адресная система контроля за извещателями,
    • есть возможность в быстрой замене неисправного устройства.

    4. Установка точечных извещателей производится под перекрытием здания, расстояние от стен не должно превышать 10 см.

    5. При установке извещателя на фальш потолок, площадь защиты уменьшается в полтора раза.

    Процесс установки дымового извещателя зависит от таких факторов:

    • площадь контроля одного датчика,
    • общая площадь помещения.

    Наилучшим местом установки дымового датчика является пространство, расположенное по перекрытием. Не следует загромождать пространство перед дымовыми извещателями другими предметами, чтобы не препятствовать работе данных устройств.

    При наличии подвесного потолка установка извещателя производится в пространстве между двумя потолками.

    Максимальное расстояние между двумя датчиками 900 см. А расстояние между датчиком и стеной 450 см.

    Если помещение имеет нестандартную форму, колонны, балки, декоративные компоненты, количество извещателей следует увеличить.

    Лучше доверить установку дымовых извещателей профессионалам, так как самостоятельная установка извещателей, не гарантирует полной пожарной безопасности.

    Подключение дымового пожарного извещателя

    Для того, чтобы подключить дымовой извещатель следует ознакомиться с техническими характеристиками данного устройства.

    Стандартный извещатель включает наличие:

    • выносного индикатора,
    • вывода питания положительного,
    • вывода питания отрицательного,
    • отрицательного вывода, который отвечает за подключение устройства к розетке.

    Для подключения извещателя используют двухжильный электропровод, который соединяет все датчики помещения. В завершении производится установка резистора.

    Для установки провода в безвинтовую колодку следует провести зачистку провода, а затем вставить в отверстие, таки образом, чтобы жила зафиксировалась щелчком.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Foundation-Stroy.ru
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: