Capteurs de température pour le chauffage : fonction, types, instructions d'installation

Lors du fonctionnement d'appareils de chauffage, il est nécessaire de contrôler le degré de chauffage du liquide de refroidissement ainsi que l'air de la pièce.Les capteurs de température pour le chauffage aident à capturer et à transmettre des informations, qui peuvent être lues visuellement ou immédiatement envoyées au contrôleur.

Nous vous suggérons de comprendre comment fonctionnent les capteurs de température, quels types d'appareils de surveillance existent et quels paramètres doivent être pris en compte lors du choix d'un appareil. De plus, nous avons préparé des instructions étape par étape qui vous aideront à installer vous-même un capteur de température sur un radiateur de chauffage.

Principe de fonctionnement d'un capteur thermique

Vous pouvez contrôler le système de chauffage en utilisant diverses méthodes, notamment :

• dispositifs automatiques pour un approvisionnement en énergie en temps opportun ;
• blocs de surveillance de sécurité;
• unités de mélange.

Pour le bon fonctionnement de tous ces groupes, des capteurs de température sont nécessaires pour fournir des signaux sur le fonctionnement des appareils. L'observation des lectures de ces appareils nous permet d'identifier en temps opportun les défauts du système et de prendre des mesures correctives.

Il existe de nombreux types d’appareils utilisés pour prendre la fièvre. Ils peuvent être immergés dans des liquides de refroidissement, utilisés à l'intérieur ou situés à l'extérieur

Un capteur de température peut être utilisé comme appareil séparé, par exemple pour surveiller la température d'une pièce, ou faire partie intégrante d'un appareil complexe, par exemple une chaudière de chauffage.

La base de ces dispositifs utilisés dans le contrôle automatisé est le principe de conversion des indicateurs de température en signal électrique. Grâce à cela, les résultats de mesure peuvent être transmis rapidement sur le réseau sous la forme d'un code numérique, ce qui garantit une vitesse, une sensibilité et une précision de mesure élevées.

Dans le même temps, divers appareils de mesure de l'étape de chauffage peuvent avoir des caractéristiques de conception qui affectent un certain nombre de paramètres : fonctionnement dans un certain environnement, méthode de transmission, méthode de visualisation, etc.

Types d'appareils pour prendre la température

Les appareils thermiques peuvent être classés selon un certain nombre de critères importants, notamment la méthode de transmission des informations, l'emplacement et les conditions d'installation, ainsi que l'algorithme de prise de mesures.

Par méthode de transfert d'informations

Selon le mode de transmission des informations utilisé, les capteurs se répartissent en deux grandes catégories :

• appareils filaires;
• capteurs sans fil.

Initialement, tous ces appareils étaient équipés de fils à travers lesquels des capteurs thermiques communiquaient avec l'unité de commande et lui transmettaient des informations. Bien que ces appareils aient désormais remplacé leurs homologues sans fil, ils sont encore souvent utilisés dans des circuits simples.

De plus, les capteurs filaires sont plus précis et plus fiables.

Pour assurer un fonctionnement cohérent d'un capteur filaire utilisé dans un appareil composite, il est conseillé de le combiner avec un équipement fabriqué par le même fabricant.

Actuellement, les appareils sans fil se sont répandus et transmettent le plus souvent des informations à l'aide d'un émetteur et d'un récepteur d'ondes radio. De tels appareils peuvent être installés presque n'importe où, y compris dans une pièce séparée ou en plein air.

Les caractéristiques importantes de ces capteurs de température sont :

• présence de batterie ;
• erreur de mesures;
• plage de transmission du signal.

Les appareils sans fil/filaires peuvent se remplacer complètement, mais leur fonctionnement présente certaines particularités.

Par emplacement et méthode de placement

En fonction de l'emplacement de montage, ces appareils sont divisés dans les types suivants :

• frais généraux rattachés au circuit de chauffage ;
• submersible, en contact avec le liquide de refroidissement ;
• intérieur, situé à l’intérieur d’un espace résidentiel ou de bureau ;
• externes, qui sont situés à l'extérieur.

Certaines unités peuvent utiliser plusieurs types de capteurs simultanément pour contrôler la température.

Selon le mécanisme de prise de lecture

Selon le mode d'affichage des informations, les appareils peuvent être :

• bimétallique;
• alcool.

La première option implique l'utilisation de deux plaques constituées de métaux différents, ainsi que d'un comparateur à cadran. Au fur et à mesure que la température augmente, l’un des éléments se déforme, créant une pression sur la flèche. Les lectures de tels appareils se caractérisent par une bonne précision, mais leur gros inconvénient est leur inertie.

Les thermostats bimétalliques et à alcool sont souvent installés sur les équipements de chauffage, tels que les chaudières. Ils permettent de surveiller la chaleur, dont le dépassement peut avoir des conséquences fatales.

Les capteurs dont le fonctionnement est basé sur l'utilisation d'alcool sont presque totalement exempts de cet inconvénient. Dans ce cas, une solution contenant de l'alcool est versée dans un flacon hermétiquement fermé, qui se dilate lorsqu'il est chauffé. La conception est assez élémentaire, fiable, mais peu pratique pour les observations.

Différents types de capteurs de température

Pour effectuer des relevés de température, des appareils avec des principes de fonctionnement différents sont utilisés. Les appareils les plus populaires incluent les appareils répertoriés ci-dessous.

Thermocouples : lecture précise - difficile à interpréter

Un tel dispositif est constitué de deux fils soudés entre eux, constitués de métaux différents. La différence de température qui se produit entre les extrémités chaude et froide sert de source de courant électrique de 40 à 60 V (l'indicateur dépend du matériau du thermocouple).

Les combinaisons de métaux et d'alliages suivantes sont le plus souvent utilisées pour la fabrication de thermocouples : chrome-aluminium, fer-costantan, fer-nickel, nickel-chrome et autres

Le thermocouple est considéré comme un capteur de température très précis, mais il est assez difficile d'en tirer des lectures précises. Pour ce faire, vous devez connaître la force électromotrice (FEM) à l'aide de la différence de température de l'appareil.

Pour que le résultat soit correct, il est important de compenser la température de la soudure froide, en utilisant par exemple une méthode matérielle dans laquelle un deuxième thermocouple est placé dans un environnement de température préalablement connue.

La méthode de compensation logicielle consiste à placer un autre capteur de température dans l'isochambre avec les soudures froides, ce qui permet de contrôler la température avec une précision donnée.

Le processus d'obtention des données d'un thermocouple pose certaines difficultés en raison de sa non-linéarité. Pour garantir l'exactitude des lectures, GOST R 8.585-2001 introduit des coefficients polynomiaux qui vous permettent de convertir la FEM en température, ainsi que d'effectuer des opérations inverses.

Un autre problème est que les mesures sont prises en microvolts, qui ne peuvent pas être converties à l'aide d'instruments numériques largement disponibles.Pour utiliser un thermocouple dans des conceptions, il est nécessaire de fournir des convertisseurs précis à plusieurs chiffres avec un niveau de bruit minimum.

Thermistances : faciles et simples

Il est beaucoup plus facile de mesurer la température à l'aide de thermistances, qui reposent sur le principe de dépendance de la résistance des matériaux à la température ambiante. De tels dispositifs, par exemple en platine, présentent des avantages aussi importants qu'une précision et une linéarité élevées.

Le principal problème de ces capteurs de température peut être considéré comme le coefficient de résistance de température extrêmement faible, mais il est toujours plus facile de le mesurer avec précision que de détecter les valeurs de basse tension des thermocouples.

Une caractéristique importante d’une résistance est sa résistance de base à une certaine température. Selon GOST 21342.7-76, cet indicateur est mesuré à 0°C. Dans ce cas, il est recommandé d'utiliser un certain nombre de valeurs de résistance (Ohms), ainsi que T_ks - coéfficent de température.

Indicateur T_ks calculé par la formule :

T_ks = (R_e -R_0c)/(T_e – T._0c) *1/R_0c,

Où:

• R._e – la résistance à la température actuelle ;
• R._0c – résistance à 0°C ;
• T_e - température actuelle;
• T_0c – 0°C.

GOST fournit également des coefficients de température fournis pour divers appareils de mesure en cuivre, nickel, platine, et indique également les coefficients polynomiaux utilisés pour calculer la température en fonction des valeurs de résistance actuelles.

Les capteurs à thermistance sont largement utilisés dans les industries de l'électronique et de la construction mécanique en raison de leur précision, de leur sensibilité et de leur facilité d'utilisation.

Vous pouvez mesurer la résistance en connectant l'appareil à un circuit source de courant et en mesurant la tension différentielle. Vous pouvez surveiller les indicateurs à l'aide de circuits intégrés dont la sortie analogique est égale à la tension d'alimentation.

Les capteurs thermiques équipés de tels dispositifs peuvent être connectés en toute sécurité à un convertisseur analogique-numérique, en le numérisant avec un CAN à huit ou dix bits.

Capteur numérique pour mesures simultanées

Les capteurs de température numériques sont également largement utilisés, par exemple le modèle DS18B20, qui fonctionne à l'aide d'un microcircuit à trois sorties. Grâce à cet appareil, il est possible de relever simultanément la température de plusieurs capteurs travaillant en parallèle, avec une erreur de seulement 0,5°C.

Un modèle populaire est le capteur combiné température/humidité SHT1, qui permet de mesurer la chaleur avec une précision de +2° et l'humidité avec une précision de +5. Cependant, le fabricant lui-même affirme qu'il existe des appareils plus précis et plus économiques.

Parmi les autres avantages de cet appareil, on peut également noter une large plage de températures de fonctionnement (-55+125°C). Le principal inconvénient est un fonctionnement lent : pour les calculs les plus précis, l'appareil nécessite au moins 750 ms.

Iromètres sans contact (imageurs thermiques)

L'action de ces capteurs sans contact repose sur la détection du rayonnement thermique émanant des corps. Pour caractériser ce phénomène, on utilise la quantité d'énergie libérée par unité de temps à partir d'une surface unitaire, qui tombe sur une plage de longueurs d'onde unitaire.

Un critère similaire qui reflète l'intensité du rayonnement monochromatique est appelé luminosité spectrale.

Il existe les types de pyromètres suivants :

• radiation;
• luminosité (optique);
• couleur.

Radiation pyromètres permettent d'effectuer des mesures dans la plage de 20 à 25 000°C, cependant, pour déterminer la température, il est important de prendre en compte le coefficient d'incomplétude du rayonnement, dont la valeur efficace dépend de l'état physique du corps, de ses propriétés chimiques. composition et d’autres facteurs.

Le principal élément de fonctionnement du capteur de rayonnement est un télescope, à l'intérieur duquel se trouve une batterie constituée d'un circuit en série de thermocouples. Les extrémités de travail de ces appareils sont situées sur un pétale recouvert de platine (+)

Pyromètres à luminosité (optiques) conçu pour mesurer des températures de 500 à 4000°C. Ils offrent une grande précision de mesure, mais peuvent fausser les lectures en raison de l'absorption possible du rayonnement des corps par le milieu intermédiaire à travers lequel les observations sont effectuées.

Pyromètres couleur, dont l'action repose sur la détermination de l'intensité du rayonnement à deux longueurs d'onde - de préférence dans la partie rouge ou bleue du spectre, sont utilisés pour des mesures dans la plage de 800 à 0°C.

Leur principal avantage est que le caractère incomplet du rayonnement n’affecte pas les erreurs de mesure. De plus, les indicateurs ne dépendent pas de la distance à l'objet.

Convertisseurs de température à quartz (piézoélectriques)

Pour mesurer la température dans la plage de -80 +250°C, vous pouvez utiliser des transducteurs à quartz (éléments piézoélectriques), dont le principe de fonctionnement est basé sur la dépendance en fréquence du quartz en fonction du chauffage. Dans ce cas, la fonction du transducteur est influencée par l’emplacement de la coupe le long des axes cristallins.

Les appareils piézoélectriques (à quartz) sont le plus souvent utilisés dans les travaux de recherche, car ces appareils se caractérisent par une plage de mesure étendue, une fiabilité et une grande précision.

Les capteurs piézoélectriques se distinguent par une sensibilité fine, une haute résolution et sont capables de fonctionner de manière fiable sur une longue période. De tels appareils sont largement utilisés dans la fabrication de thermomètres numériques et sont considérés comme l’un des appareils les plus prometteurs pour les technologies futures.

Capteurs de température de bruit (acoustique)

Le fonctionnement de tels dispositifs est assuré par la suppression de la différence de potentiel acoustique en fonction de la température de la résistance.

Les méthodes acoustiques permettent de mesurer la température dans des espaces fermés et des environnements où la mesure directe n'est pas possible. Des dispositifs similaires ont trouvé des applications en médecine, dans la recherche sous-marine ainsi que dans l'industrie.

La méthode de mesure avec de tels capteurs est assez simple : il faut comparer le bruit produit par deux éléments similaires, dont l'un est à une température préalablement connue, et le second à une température déterminée.

Les capteurs de température acoustiques conviennent pour mesurer la plage -270 - +1100°C. En même temps, la difficulté du procédé réside dans le niveau de bruit trop faible : les sons produits par l'amplificateur le noient parfois.

Capteurs de température NQR

L'essence du fonctionnement des thermomètres à résonance quadripolaire nucléaire est l'action du gradient de champ, formé par les réseaux cristallins et le moment nucléaire - un indicateur provoqué par la déviation de la charge par rapport à la symétrie de la sphère.

À la suite de ce phénomène, un cortège de noyaux se produit : sa fréquence dépend du gradient du champ du réseau.La valeur de cet indicateur est également influencée par la température : son augmentation provoque une baisse de la fréquence NQR.

L'élément principal de ces capteurs est une ampoule contenant une substance, qui est placée dans un enroulement d'inductance connecté au circuit générateur.

L'avantage des appareils est la durée illimitée des mesures, la fiabilité et le fonctionnement stable. L'inconvénient est la non-linéarité des mesures, qui nécessite l'utilisation d'une fonction de conversion.

Dispositifs semi-conducteurs

Catégorie d'appareils qui fonctionnent en fonction des changements dans les caractéristiques d'une jonction p-n provoqués par l'exposition aux températures. La tension aux bornes du transistor est toujours proportionnelle à l’effet de la température, ce qui rend ce facteur facile à calculer.

Les avantages de tels appareils sont une précision élevée des données, un faible coût et des caractéristiques linéaires sur toute la plage de mesure. Il est pratique de monter de tels dispositifs directement sur un substrat semi-conducteur, ce qui les rend excellents pour la microélectronique.

Transducteurs volumétriques pour les lectures de température

De tels dispositifs sont basés sur le principe bien connu de dilatation et de contraction des substances observé lors du chauffage ou du refroidissement. De tels capteurs sont très pratiques. Ils peuvent être utilisés pour déterminer des températures comprises entre -60 et +400°C.

Pour permettre un contrôle visuel de la température, la plupart des capteurs de température situés dans les pièces sont équipés d'écrans affichant les valeurs actuelles.

Il est important de se rappeler que les mesures de liquides avec de tels appareils sont limitées par leurs températures d'ébullition et de congélation, et les mesures de gaz par leur passage à l'état liquide.L'erreur de mesure causée par les influences environnementales pour ces appareils est assez faible : elle varie entre 1 et 5 %.

Sélection de capteurs de température

Lors du choix de tels appareils, des facteurs tels que :

• plage de température dans laquelle les mesures sont effectuées ;
• la nécessité et la possibilité d'immerger le capteur dans un objet ou un environnement ;
• conditions de mesure : pour effectuer des mesures en milieu agressif, mieux vaut préférer une version sans contact ou un modèle placé dans un boîtier résistant à la corrosion ;
• la durée de vie de l'appareil avant l'étalonnage ou le remplacement - certains types d'appareils (par exemple, les thermistances) tombent rapidement en panne ;
• données techniques : résolution, tension, vitesse du signal, erreur ;
• valeur du signal de sortie.

Dans certains cas, le matériau du corps de l'appareil est également important, et lorsqu'il est utilisé à l'intérieur, les dimensions et la conception sont également importantes.

Recommandations d'installation à faire soi-même

De tels appareils sont largement utilisés à diverses fins : ils sont équipés de radiateurs, de chaudières et d'autres appareils électroménagers.

Avant de commencer l'installation, vous devez lire attentivement les instructions : elles indiquent non seulement les caractéristiques d'installation (par exemple, les dimensions de raccordement au tuyau), mais également les règles de fonctionnement, ainsi que les limites de température pour lesquelles l'appareil de mesure est adapté.

Il faut également prendre en compte la taille du manchon, qui peut varier entre 120 et 160 mm.

Considérons les deux cas les plus courants d'installation d'un capteur de température.

Connecter l'appareil à un radiateur

Il n'est pas nécessaire d'équiper tous les appareils de chauffage d'un thermostat. Selon la réglementation, des capteurs sont installés sur la batterie, si sa puissance totale dépasse 50% de la chaleur générée par des systèmes similaires.S'il y a deux radiateurs dans la pièce, le thermostat n'est installé que sur un seul, qui a une puissance nominale plus élevée.

Le capteur de température est un composant obligatoire des régulateurs de température qui permettent de réduire ou d'augmenter le chauffage des radiateurs, planchers chauffants et autres appareils de chauffage

La vanne de l'appareil est installée sur la canalisation d'alimentation à l'endroit où le radiateur est connecté au réseau de chauffage. S'il est impossible de l'insérer dans une chaîne existante, la conduite d'alimentation doit être démontée, ce qui peut poser quelques difficultés.

Pour effectuer cette manipulation, vous devez utiliser un outil pour couper les tuyaux, tandis que l'installation d'une tête thermique peut se faire facilement sans équipement particulier. Dès que le capteur est monté, il suffit d'aligner les repères faits sur le corps et l'appareil, après quoi la tête est fixée d'une simple pression manuelle.

Installation d'un capteur de température de l'air

Un tel appareil est installé dans le salon le plus froid sans courants d'air (dans le hall, la cuisine ou la chaufferie, son installation n'est pas souhaitable, car cela peut perturber le fonctionnement du système).

Lors du choix d'un emplacement, vous devez vous assurer que l'appareil n'est pas exposé au soleil et qu'il ne doit y avoir aucun appareil de chauffage (radiateurs, radiateurs, tuyaux) à proximité.

Pour un système de chauffage conventionnel, un thermostat suffit, tandis qu'avec un circuit de capteurs, il est conseillé d'utiliser plusieurs sondes dont le nombre coïncide avec le nombre de pièces. Cela vous permettra de réguler individuellement la température dans des espaces séparés.

L'appareil est connecté selon les instructions contenues dans la fiche technique, à l'aide des bornes ou du câble inclus dans le kit.

Si vous devez surveiller votre température capteur de température dans le « plancher chaud » peut être situé en profondeur dans la chape en béton. Dans ce cas, pour vous protéger, vous pouvez utiliser un tuyau ondulé avec une extrémité fermée et un coude en pente.

Cette dernière fonctionnalité permet, si nécessaire, de retirer l'appareil cassé et de le remplacer par un nouveau.

L'installation de l'appareil s'effectue comme suit :

1. Un évidement est réalisé dans le mur pour le montage d'un accessoire.
2. La partie avant est retirée du capteur de température, après quoi l'appareil est installé sur la zone préparée.
3. Ensuite, le câble chauffant est connecté aux contacts, tandis que les bornes sont connectées aux capteurs.

La dernière étape consiste à connecter le câble d'alimentation et à installer le panneau avant à sa place.

Le schéma de raccordement du thermostat d'une chaudière de chauffage est décrit en détail dans Cet article.

Si l'appareil, dont la fonctionnalité nécessite une connexion interne de capteurs, a une conception complexe, il est préférable de contacter des spécialistes.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo ci-dessous décrit en détail comment installer des appareils thermiques sur une chaudière de chauffage :

L'installation des capteurs sur les canalisations d'alimentation et de retour est-elle différente ?

Les capteurs de température sont largement utilisés dans diverses industries et à des fins domestiques. Un large assortiment d'appareils similaires, basés sur des principes de fonctionnement différents, vous permet de choisir la meilleure option pour résoudre un problème particulier.

Dans les maisons et les appartements, ces dispositifs sont le plus souvent utilisés pour maintenir une température confortable dans les locaux, ainsi que pour réguler les systèmes de chauffage - radiateurs, planchers chauffants.

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