Подключение датчика температуры: схемы и способы подключения

Единой схемы подключения датчика температуры не существует. Способ соединения зависит от типа чувствительного элемента, выходного сигнала, количества проводов, возможностей измерительного входа и конкретного исполнения оборудования.

Термопару, термопреобразователь сопротивления и датчик со встроенным преобразователем нельзя подключать по одной и той же схеме только потому, что все они измеряют температуру. Перед монтажом необходимо определить тип датчика температуры и его выход, проверить совместимость принимающего устройства и использовать схему из документации конкретных датчика и прибора.

Куда подключается датчик температуры

Промышленный датчик температуры подключается к устройству с измерительным входом, совместимым с его выходной величиной или сигналом. Таким устройством может быть:

• измеритель температуры;
• терморегулятор;
• ПЛК;
• модуль аналогового или температурного ввода;
• нормирующий преобразователь;
• другое устройство с подходящим измерительным входом.

Общая функциональная цепочка выглядит так:

Датчик температуры → измерительный вход → обработка сигнала → отображение / регулирование / передача данных.

Физическая возможность присоединить проводники к клеммам еще не означает электрическую совместимость. Например, обычный аналоговый токовый вход не предназначен для непосредственного измерения сопротивления термопреобразователя сопротивления, если такая функция отдельно не предусмотрена производителем.

Поэтому сначала определяют, какую электрическую величину или сигнал формирует датчик, а затем выбирают вход, рассчитанный на его прием.

Что определить перед подключением

До начала монтажа необходимо определить характеристики обоих устройств – датчика и прибора, который будет принимать его сигнал.

Шаг 1. Определить тип датчика

По маркировке и документации необходимо установить, что именно подключается:

• термопара;
• термопреобразователь сопротивления;
• датчик со встроенным нормирующим преобразователем;
• другое исполнение с указанным производителем выходным интерфейсом.

Внешнего вида датчика для этого недостаточно. Похожие по конструкции изделия могут иметь принципиально разные выходы и требовать разных измерительных входов.

Шаг 2. Определить выход

В зависимости от исполнения выходной величиной или сигналом может быть:

• термо-ЭДС термопары;
• электрическое сопротивление;
• унифицированный токовый сигнал;
• унифицированный сигнал напряжения;
• другой интерфейс, предусмотренный устройством.

Важно различать первичный чувствительный элемент и готовый датчик со встроенной электроникой. Например, внутри преобразователя может находиться термопреобразователь сопротивления, однако на его внешних выводах будет уже токовый сигнал. В таком случае устройство подключают как токовый преобразователь, а не непосредственно как ТС.

Шаг 3. Проверить принимающий вход

В документации измерителя, регулятора, ПЛК или модуля ввода проверяют:

• какие датчики и сигналы поддерживает вход;
• какие схемы соединения допустимы;
• требуется ли внешнее питание;
• назначение клемм;
• допустимые электрические параметры входа;
• какие параметры необходимо задать после подключения.

Если прибор имеет универсальный вход, это не означает совместимость с любым датчиком. Необходимо проверить конкретный перечень поддерживаемых сигналов, НСХ, типов термопар и схем соединения.

Шаг 4. Найти схему конкретного оборудования

После проверки совместимости используют схемы производителя датчика и принимающего прибора. Номера клемм, назначение контактов, требования к соединительным проводам и допустимые варианты подключения зависят от модели.

Универсально переносить нумерацию клемм или цвета проводников с одного устройства на другое нельзя.

Схема подключения определяется типом датчика, его выходным сигналом и возможностями измерительного входа.

Общая схема подключения датчика температуры

На функциональном уровне подключение можно представить так:

Датчик → соединительная линия → измерительный вход прибора.

Но электрическая схема внутри этой цепочки различается:

Термопара → вход для термопары

Термосопротивление → вход RTD/ТС

Датчик 4–20 мА → аналоговый токовый вход

Датчик с выходом напряжения → соответствующий аналоговый вход

Таким образом, схему выбирают не по тому, что устройство называется датчиком температуры, а по его выходной величине или сигналу и требованиям принимающего входа.

Если непосредственная совместимость отсутствует, между первичным датчиком и принимающим устройством может применяться соответствующий преобразователь. Возможность и схему такого решения определяют по документации оборудования.

Подключение термопары

Термопару подключают к измерительному входу, поддерживающему соответствующий тип термопары. При соединении необходимо соблюдать полярность термоэлектродов, а принимающий прибор настроить на фактически используемый тип.

Если линию необходимо удлинить, применяют соответствующие типу термопары термоэлектродные или компенсационные провода в тех случаях и исполнениях, которые предусмотрены документацией. Произвольная замена соединительного кабеля может вносить дополнительную погрешность из-за появления в измерительной цепи нежелательных термоэлектрических переходов.

Принимающее устройство также должно обеспечивать предусмотренный для данного измерительного тракта учет температуры холодного спая. В современных приборах эта функция часто реализована внутри измерительного входа, но конкретный способ зависит от оборудования.

Подробно устройство о подключении термопары читайте в статье «Термопара: что это, устройство, виды и принцип работы».

Подключение термосопротивления

У термопреобразователя сопротивления измеряется сопротивление чувствительного элемента. Сопротивление соединительной линии может добавляться к измеряемой величине и создавать дополнительную погрешность, поэтому для ТС применяются 2-, 3- и 4-проводные схемы.

Выбор определяется конструкцией датчика, поддерживаемой прибором схемой и требованиями к измерению. Число проводников нельзя выбирать произвольно. Подробнее про подключение термосопротивления читайте в этой статье.

Количество проводов влияет на возможность компенсации сопротивления соединительной линии.

Подключение датчика температуры с выходом 4–20 мА

Датчик с выходом 4–20 мА отличается от непосредственно подключаемой термопары или ТС наличием преобразователя. Первичная величина уже обработана электроникой, а информация о температуре передается унифицированным токовым сигналом.

Функциональная цепочка:

Чувствительный элемент → преобразователь → токовая петля → аналоговый токовый вход.

Для двухпроводного преобразователя в петлю входят источник питания, сам преобразователь и устройство, принимающее токовый сигнал. Их взаимное соединение выполняют по схеме конкретного оборудования так, чтобы через элементы измерительной петли протекал один и тот же ток.

По одним и тем же двум проводникам обеспечиваются питание двухпроводного преобразователя и передача токового сигнала. Это принципиально отличается от двухпроводного подключения термопреобразователя сопротивления, где измеряемой величиной остается сопротивление чувствительного элемента.

При подключении необходимо проверить:

• схему включения конкретного преобразователя;
• допустимый диапазон напряжения питания;
• характеристики токового входа;
• допустимую суммарную нагрузку токовой петли;
• полярность и назначение выводов;
• соответствие диапазона преобразования настройкам принимающего устройства.

Напряжения источника должно быть достаточно для работы преобразователя при фактической нагрузке петли, но оно не должно выходить за пределы, установленные производителем оборудования. Поэтому универсальное напряжение питания для такой схемы задавать нельзя.

Датчик со встроенным преобразователем передает измеренное значение по токовой петле на аналоговый вход.

Подключение датчика с выходом напряжения

Датчик с выходом напряжения подключают к аналоговому входу, рассчитанному на соответствующий сигнал:

Датчик → выход напряжения → аналоговый вход.

Диапазон выходного сигнала датчика должен соответствовать диапазону измерительного входа. Также необходимо учитывать общий провод или опорный потенциал в соответствии со схемами обоих устройств.

Питание датчика, количество проводников, связь сигнальной цепи с общим проводом, допустимый диапазон входного напряжения и другие электрические условия зависят от исполнения. Поэтому одной универсальной схемы для всех датчиков с выходом напряжения нет.

Подключение датчика температуры к ПЛК или регулятору

Датчик температуры можно подключить к ПЛК, регулятору или измерителю непосредственно, если устройство имеет совместимый специализированный или универсальный вход.

Первый вариант:

Датчик → специализированный температурный или универсальный измерительный вход.

Например, совместимый вход может непосредственно принимать сигнал термопары или измерять сопротивление ТС.

Если подходящего входа нет, используется другая функциональная цепочка:

Датчик → нормирующий преобразователь → аналоговый вход ПЛК.

В этом случае преобразователь согласует первичную измеряемую величину с сигналом, который способен принимать ПЛК.

После физического соединения необходимо настроить вход прибора. В зависимости от оборудования может потребоваться:

• выбрать тип датчика или сигнала;
• выбрать НСХ для ТС либо тип термопары;
• задать диапазон преобразования для унифицированного сигнала;
• установить другие параметры, предусмотренные руководством прибора.

Для унифицированного сигнала важно согласовать не только электрический диапазон входа, но и его масштабирование: контроллер должен правильно преобразовывать полученный ток или напряжение в соответствующее значение температуры.

Названия пунктов меню и последовательность настройки зависят от модели, поэтому универсальной последовательности здесь нет.

Схема управления вентилятором с датчиком температуры

Измерительный датчик температуры сам по себе обычно не предназначен для коммутации силовой цепи вентилятора. Его задача – передать информацию о температуре системе управления. Исключение составляют устройства, в которых функция управления нагрузкой специально предусмотрена конструкцией.

Общая функциональная схема:

Датчик температуры → регулятор или ПЛК → выход управления → коммутационное устройство → вентилятор.

Регулятор или контроллер сравнивает измеренную температуру с заданной уставкой или выполняет предусмотренный алгоритм и формирует команду на выход. Если характеристики выхода не позволяют непосредственно управлять нагрузкой, между контроллером и вентилятором применяют соответствующее коммутационное устройство.

Конкретная силовая схема, аппарат защиты, коммутационный аппарат и сечение проводников выбираются по характеристикам вентилятора, питающей сети и требованиям проектной документации. Универсально переносить такую схему между установками нельзя.

Сигнал датчика обрабатывает регулятор или ПЛК, который формирует команду управления вентилятором.

Пошаговый порядок подключения

Практическая последовательность зависит от оборудования, но общий порядок позволяет не пропустить основные проверки:

1. Обесточить оборудование.
2. Определить тип и исполнение датчика.
3. Определить его выходную величину или сигнал.
4. Проверить совместимость измерительного входа.
5. Найти схемы подключения в документации датчика и принимающего прибора.
6. Определить назначение проводников и клемм.
7. Выполнить подключение по схеме производителя.
8. Проверить соединения перед включением.
9. Настроить тип входного сигнала или датчика.
10. Подать питание и проверить показания.

Эта последовательность не задает универсального назначения клемм. Их маркировка, расположение и функции зависят от модели оборудования. Электромонтаж выполняют при снятом напряжении с соблюдением требований документации оборудования и правил, применимых к конкретной установке.

Частые ошибки при подключении

Ошибки подключения могут приводить как к отсутствию показаний, так и к систематической погрешности или нестабильной работе измерительного канала.

При прокладке измерительных линий необходимо учитывать требования производителя к типу кабеля, совместной прокладке с силовыми цепями, экранированию и заземлению экрана. Универсальную схему подключения экрана задавать нельзя: она зависит от оборудования и построения измерительной системы.

Если после исправления очевидной ошибки показания остаются неправильными, дальнейший поиск причины относится уже к диагностике измерительного канала, а не только к подключению.

Проверка после подключения

После подачи питания необходимо убедиться, что измерительный канал работает ожидаемо. Проверяют:

• появились ли показания;
• соответствуют ли они ожидаемой температуре;
• изменяются ли показания в ожидаемом направлении при изменении температуры объекта или среды;
• нет ли индикации обрыва, выхода за диапазон или другой ошибки входа;
• правильно ли выбран тип датчика или сигнала в настройках;
• для унифицированного сигнала правильно ли задано его масштабирование;
• устойчивы ли показания.

Такая проверка подтверждает базовую работоспособность подключения, но не подтверждает метрологическую точность всего измерительного канала и не заменяет его поверку, калибровку или другую предусмотренную процедуру контроля.

Если показаний нет, они явно неверны или нестабильны, дальнейшие причины следует разбирать в отдельном материале о неисправностях и диагностике датчиков температуры.

Чсто задаваемые вопросы