Измерение температуры воздуха является критически важной задачей в электротехнике и энергетике. Контроль температурного режима обеспечивает безопасность, эффективность и долговечность работы оборудования, позволяет прогнозировать нагрузки, управлять системами охлаждения и вентиляции, предотвращать аварийные ситуации. Термометры для воздуха, используемые в профессиональной сфере, представляют собой высокоточные приборы, основанные на различных физических принципах.
Все термометры для воздуха можно разделить на две крупные категории: контактные и бесконтактные. Выбор типа зависит от конкретной задачи, требуемой точности, условий эксплуатации и бюджета.
Принцип действия основан на достижении термометрическим элементом теплового равновесия с измеряемой воздушной средой.
Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта в инфракрасном (ИК) диапазоне. Пирометры определяют температуру поверхности, а не воздуха. Однако в энергетике они незаменимы для:
При подборе термометра для профессиональных задач необходимо анализировать следующие параметры:
Контроль температуры и влажности в ЗРУ (закрытых распределительных устройствах), КРУ (комплектных распределительных устройствах), помещениях с аккумуляторными батареями, серверных АСУ ТП, кабельных тоннелях. Используются стационарные датчики температуры (чаще всего RTD или полупроводниковые), подключенные к системе вентиляции, кондиционирования или пожарной сигнализации. Превышение порога вызывает включение вентиляторов или подачу тревожного сигнала.
Встроенные датчики (термосопротивления Pt100) в обмотках силовых трансформаторов, генераторов, крупных электродвигателей. Данные используются системами релейной защиты (защита от перегрузки по току и температуре) и системами автоматического регулирования.
Измерение температуры наружного воздуха для корректировки прогнозов потребления электроэнергии (зависимость от работы систем отопления/кондиционирования). Тепловизионный контроль (пирометры и тепловизоры) для планового и внеочередного обследования оборудования без его отключения.
При проведении высоковольтных испытаний, измерении сопротивления изоляции необходимо учитывать поправочные коэффициенты, привязанные к температуре воздуха. Используются точные переносные термометры.
| Тип термометра | Принцип действия | Диапазон (°C) | Точность | Преимущества | Недостатки | Типовое применение в энергетике |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Платиновый термометр сопротивления (Pt100) | Изменение сопротивления платины | -200…+850 | Очень высокая (до ±0.1°C) | Высокая точность, стабильность, линейность, взаимозаменяемость | Относительно высокая стоимость, требуется источник тока | Встроенный контроль обмоток, точный мониторинг в помещениях, коммерческий учет |
| Термопара (тип K) | Термо-ЭДС на спае разнородных металлов | -40…+1200 | Средняя (±1.5°C или 0.4%) | Широкий диапазон, прочность, низкая стоимость | Необходимость компенсации холодного спая, невысокая стабильность | Измерение в печах, дымовых газах, высокотемпературных процессах на ТЭЦ |
| Биметаллический щитовой | Изгиб биметаллической пластины | -70…+600 | Низкая/средняя (класс 1.0, 1.5) | Простота, автономность, наглядность, не требует питания | Механическая инерционность, только локальная индикация | Визуальный контроль температуры в РУ, машинных залах |
| Полупроводниковый датчик (цифровой) | Зависимость параметров p-n перехода | -55…+125 | Высокая (±0.5°C) | Цифровой выход, простота интеграции, низкая стоимость | Ограниченный диапазон, чувствительность к электромагнитным помехам | Системы мониторинга микроклимата в шкафах АСУ ТП, телеметрия |
| Пирометр (инфракрасный) | Измерение ИК-излучения | -50…+3000 | Зависит от модели (±1.5% от показаний) | Бесконтактность, скорость, безопасность для измерений под напряжением | Измеряет температуру поверхности, а не воздуха; зависит от коэффициента эмиссии | Тепловизионный контроль соединений, контактов, оборудования под нагрузкой |
Применение термометров на энергообъектах регламентируется рядом стандартов и правил:
Все средства измерения, используемые для коммерческого учета или в целях безопасности, должны проходить периодическую поверку в аккредитованных органах Государственной метрологической службы.
Современные термометры для воздуха — это, как правило, интеллектуальные датчики, являющиеся частью распределенной системы сбора данных. Аналоговые сигналы (4-20 мА) или цифровые протоколы (Modbus RTU, Profibus, HART) передаются на программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые в реальном времени обрабатывают информацию, формируют управляющие воздействия на исполнительные механизмы (вентиляторы, клапаны, чиллеры) и передают данные на верхний уровень АСУ ТП (SCADA-систему) для визуализации, архивации и формирования отчетов.
Для задач контроля температуры воздуха в диапазоне от -50 до +100°C безусловно предпочтительнее платиновый термометр сопротивления Pt100. Он обеспечивает более высокую точность, лучшую стабильность и повторяемость показаний во времени по сравнению с термопарами. Термопары больше подходят для высоких температур или динамичных процессов.
Датчик должен быть установлен в зоне, репрезентативной для всего контролируемого объема, вдали от локальных источников тепла или холода (радиаторы, сквозняки от дверей, прямые солнечные лучи). Как правило, его размещают на высоте 1.5-2 метра от пола на несущей колонне или стене. Необходимо обеспечить свободный обдув датчика воздухом помещения.
Воздух, особенно сухой, прозрачен для инфракрасного излучения в основных спектральных диапазонах пирометров. Прибор будет «видеть» объекты, находящиеся за контролируемым объемом воздуха, и измерять их температуру. Для косвенной оценки температуры воздуха пирометром можно направить его на объект с высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью (например, массивную деревянную или пластиковую панель), которая длительное время находилась в этом воздухе и приняла его температуру.
Разница в способе компенсации сопротивления подводящих проводов, которое вносит дополнительную погрешность в измерение.
Межповерочный интервал (МПИ) устанавливается для каждого типа средств измерения в его эксплуатационной документации и свидетельстве о поверке. Для большинства промышленных термометров сопротивления и термопар, используемых в системах контроля, МПИ составляет 1-2 года. Для датчиков, участвующих в коммерческом учете или критичных для безопасности (например, защита генератора), интервал может быть меньше. График поверок должен быть частью системы планово-предупредительных ремонтов (ППР) объекта.
Класс допуска определяет максимальное отклонение сопротивления датчика от номинальной статической характеристики (НСХ) в определенном температурном диапазоне.
Выбор зависит от требуемой точности контроля процесса. Для мониторинга температуры воздуха в помещении РУ обычно достаточно класса B.
Выбор и применение термометров для воздуха в электротехнике и энергетике — это инженерная задача, требующая учета множества факторов: от физического принципа действия и метрологических характеристик до условий интеграции в систему автоматизации и соответствия отраслевым стандартам. Правильно подобранный и установленный термометр является ключевым элементом системы обеспечения надежности, эффективности и безопасности работы энергооборудования. Доминирующей технологией для точного контактного измерения температуры воздуха остаются платиновые термометры сопротивления (RTD), в то время как бесконтактные пирометры и тепловизоры стали незаменимым инструментом для оперативной диагностики. Современный тренд заключается в развитии интеллектуальных цифровых датчиков с функциями самодиагностики, которые напрямую встраиваются в цифровые контуры управления, повышая уровень автоматизации и предсказательного обслуживания на энергообъектах.