1. Общая информация о датчиках наружной температуры.
Наружные (уличные) датчики температуры применяются в системах вентиляции, отопления и автоматизации зданий для измерения температуры окружающего воздуха вне помещений, а также в местах с повышенной влажностью или сложными условиями эксплуатации. Как правило, такие датчики используются для погодозависимого регулирования температуры в системах отопления, управления вентиляционными установками и контроля температурного режима на объектах. В отличие от обычных комнатных датчиков, наружные датчики выполняются в защищённых корпусах с повышенной степенью защиты IP54–IP68, что позволяет использовать их в условиях воздействия влаги, пыли, солнечного излучения и перепадов температуры. Внутри корпуса располагается чувствительный элемент (сенсор).
Наружные термопреобразователи в системах автоматизации, как правило, используют резистивные измерительные элементы: терморезисторы, платиновые сенсоры PT100 и PT1000, а также более редкие ТСМ-50, ТСМ-100 и Ni1000. Принцип их работы основан на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента в зависимости от температуры в соответствии с таблицей зависимости сопротивления от температуры. Контроллер системы автоматизации измеряет сопротивление датчика и, используя встроенные таблицы или математические зависимости, преобразует его в значение температуры.
Помимо измерения непосредственно на улице, датчики широко применяются в различных помещениях с повышенной влажностью или температурой. Их устанавливают в душевых, санузлах, хамамах, бассейнах, на открытых и закрытых парковках, а также в различных технологических помещениях: пропарочных, сушильных и покрасочных камерах, производственных цехах, автосервисах, мастерских, на сельскохозяйственных объектах. Защищённый корпус позволяет обеспечить стабильную работу датчика и защитить измерительный элемент от случайных ударов, вибрации, конденсата и других факторов окружающей среды.
На российском рынке наружные датчики температуры представлены продукцией различных производителей. Часть наружных датчиков производится в России, однако значительная доля датчиков поставляется из Китая, Турции и других стран, часто в формате OEM-поставок под локальными брендами. В эксплуатации также можно встретить изделия европейских производителей, однако из-за ограниченной доступности они используются значительно реже. В данной статье рассмотрим основные конструктивные форм-факторы наружных датчиков температуры, подходы производителей к защите и размещению чувствительного элемента, а также преимущества и ограничения различных решений при измерении температуры на улице.
Основные производители (бренды) наружных датчиков температуры в России:
1. RGP (Санкт-Петербург)
2. ОВЕН (Москва)
3. SHUFT (Москва)
4. ГК «Автоматизация» (Новосибирск)
5. Контэл (Владимир)
6. Рэлсиб (Новосибирск)
7. Вентикс (Санкт-Петербург)
На рынке также представлено много различных поставщиков и брендов, предлагающих продукцию под своим брендом и использующих контрактных производителей из Китая, Турции и даже России. В качестве примера мы можем привести следующие бренды: Ридан, Gloria Sensors, Vilmann, BVM, ZenTec и многие другие. К сожалению, в статье мы не можем разобрать каждого производителя по отдельности, поэтому остановимся на параметрах, которые идентичны у всех производителей.
2. Применение наружных датчиков в системах автоматизации.
Наружные (уличные) датчики температуры применяются в системах автоматизации зданий и технологических процессов для передачи информации о температуре окружающей среды в контроллеры, регуляторы или системы диспетчеризации. Датчики передают измеренное сопротивление измерительного элемента, на основании которого контроллер рассчитывает текущую температуру и выполняет необходимые алгоритмы управления.
Несколько основных направлений применения:
1. Погодозависимое регулирование в системах отопления (ИТП, котельные).
2. Выбор режима работы систем вентиляции («Зима», «Лето», «Переходный период»).
3. Контроль и регулирование температуры производственных помещениях.
4. Передача данных о температуре в системы диспетчеризации.
Погодозависимое регулирование систем отопления:
Одним из наиболее распространённых применений является погодозависимое управление отоплением. Контроллер или регулятор системы отопления здания получает информацию о температуре наружного воздуха и на основании заданной отопительной кривой регулирует температуру теплоносителя, подаваемого в систему отопления здания. При понижении температуры наружного воздуха автоматика повышает температуру теплоносителя, а при повышении снижает её. Такой алгоритм позволяет поддерживать комфортную температуру внутри помещений и одновременно снижать расход тепловой энергии. Погодозависимое регулирование широко применяется в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП), котельных, а также в системах отопления многоквартирных и административных зданий.
Системы вентиляции и кондиционирования:
В системах вентиляции показания наружного датчика температуры используются для выбора режима работы установки и активации или отключения защитных алгоритмов. На основании температуры наружного воздуха автоматика может переключать систему между режимами «Зима», «Лето» и «Переходный период», изменять параметры нагрева или охлаждения приточного воздуха, а также управлять работой рекуператоров, калориферов и охладителей. По температуре наружного воздуха могут включаться алгоритмы защиты оборудования от обмерзания, например снижение расхода воздуха, изменение режима рекуперации или включение подогрева. Такие функции особенно важны при эксплуатации вентиляционных установок в холодное время года.
Контроль температуры в технологических процессах:
Датчики температуры широко применяются для контроля температуры в различных производственных и технологических помещениях, где обычные комнатные датчики не могут использоваться из-за повышенной влажности, механических воздействий или агрессивной среды. Типовые области применения включают сушильные и пропарочные камеры, производственные цеха, автосервисы, мастерские, а также сельскохозяйственные объекты: теплицы, коровники, птичники и зернохранилища. Также уличные датчики могут использоваться для контроля температуры в душевых, бассейнах, хамамах, на парковках и в других помещениях с повышенной влажностью, где требуется защита измерительного элемента от воздействия окружающей среды.
Системы диспетчеризации зданий:
Наружные датчики температуры часто используются в системах диспетчеризации зданий (BMS) для централизованного мониторинга параметров окружающей среды. Показания датчиков передаются в контроллеры или программное обеспечение диспетчерских систем, где могут использоваться для анализа работы оборудования, построения архивов температур и формирования аварийных уведомлений.
3. Устройство и конструкция наружных датчиков температуры
Несмотря на большое количество производителей и моделей, конструктивно большинство наружных датчиков температуры можно разделить на несколько основных типов. Отличия между ними связаны прежде всего с типом корпуса, способом размещения измерительного элемента и особенностями монтажа.
Тип и конструкция корпуса датчика:
Наиболее распространённый вариант: датчики, выполненные в типовых корпусах с крышкой и ее винтовым креплением к корпусу. Обычно это квадратные корпуса из ABS-пластика, которые массово производятся в Китае и поставляются многим производителям электроники. Типичным примером таких корпусов являются аналоги серии GAINTA G201. Подобные корпуса также производятся и в России, однако их конструкция и внешний вид практически не отличаются от китайских аналогов.
Конструкция таких датчиков достаточно проста: в корпус устанавливается кабельный ввод (сальник), внутри размещается печатная плата с клеммной колодкой и припаянным сенсором. Для многих китайских производителей характерен ещё более простой подход: использование клеммной колодки и установка сенсора без печатной платы. В этом случае чувствительный элемент подключается непосредственно к клеммам. Такой подход снижает стоимость изделия и упрощает ремонт. Датчики серии TS-E01 ECO от RGP, также применяют подобную конструкцию, однако используют более надёжные пружинные клеммы. Они обеспечивают стабильный контакт, устойчивы к вибрации и упрощают подключение кабеля по сравнению с винтовыми клеммами.
Второй тип конструкции: датчики наружной температуры в корпусах собственного изготовления. Такие корпуса разрабатываются специально для датчиков температуры и лучше адаптированы к условиям эксплуатации и монтажу. Как правило, они имеют более удобную конструкцию крышки и крепления на поверхность. Например, у некоторых производителей крышка фиксируется на резьбе (как у датчиков ОВЕН), а у датчиков RGP серии STANDART используется быстросъёмное соединение, что позволяет быстро снимать крышку, ускоряет монтаж и обслуживание. Подобная логика наблюдается и у большинства европейских производителей, таких как OUMAN, PRODUAL, S+S REGELTECHNIC.
Размещение измерительного элемента:
Следующее важное конструктивное отличие наружных датчиков связано с размещением измерительного элемента. Существует два основных варианта исполнения:
• сенсор расположен внутри корпуса датчика;
• сенсор вынесен за пределы корпуса в металлической гильзе.
В первом случае измерительный элемент защищён корпусом и не контактирует напрямую с окружающей средой. Такое решение проще и дешевле в производстве, однако показания могут частично зависеть от температуры стены или самого корпуса датчика. Например, в случае размещения сенсора в основании датчика есть шанс, что за счет нагрева от стены здания показания будут не совсем корректны. Для исключения такой ситуации производители размещают сенсоры на боковой стенке (например, в датчиках серии TS-E01 STANDART сенсор размещается на стенке датчика с использованием специального крепления).
Во втором случае сенсор выносится наружу и помещается в металлическую гильзу, обычно из нержавеющей стали, заполненную теплопроводящим герметиком. Это позволяет измерительному элементу быстрее реагировать на изменение температуры воздуха и уменьшает влияние температуры стены на показания.
У наружных датчиков Завода RGP используются оба подхода: датчики серии TS-E00 ECO и TS-E01 ECO имеют сенсор, расположенный внутри корпуса, а модели TS-E02 и TS-E03, также TS-E01 PRO оснащены вынесенным измерительным элементом. Такое подход позволяет пользователю выбрать максимально удобное решение как по цене, так и по качеству.
Точность и инерционность измерения:
При выборе наружного (уличного) датчика температуры важно учитывать не только тип измерительного элемента, но и общую конструкцию датчика, так как на точность показаний влияет не только сам сенсор, но также материал корпуса, место установки, наличие или отсутствие монтажной скобы, защитного экрана и способ размещения чувствительного элемента. Датчики с сенсором, расположенным внутри корпуса, как правило, обладают большей тепловой инерционностью, поскольку сначала должен прогреться или охладиться сам корпус, и только затем изменяются показания датчика. Вынесенный в гильзу сенсор обычно быстрее реагирует на изменение температуры наружного воздуха и в меньшей степени зависит от температуры стены или корпуса. При этом на практике точность измерения наружной температуры определяется не только паспортной погрешностью сенсора, но и правильностью выбора места монтажа, защитой от солнечного излучения, осадков, ветра и теплового влияния окружающих конструкций.
Способы крепления датчиков:
Ещё одним важным конструктивным элементом является способ крепления датчика. Наиболее простой вариант: прямое крепление корпуса датчика на стену. В этом случае основание корпуса фиксируется саморезами через монтажные отверстия. Такой подход характерен для датчиков температуры, созданных на базе готовых монтажных коробок китайского производства, о которых мы говорили ранее.
Однако у такого способа есть недостаток: температура стены будет влиять на показания датчика. На практике это может давать погрешность в несколько градусов, особенно если стена нагревается солнечным излучением или теплом изнутри здания.
Поэтому некоторые производители применяют дополнительные монтажные адаптеры или дистанционные крепления. Такие элементы создают небольшой зазор между стеной и датчиком, уменьшая влияние температуры стены.
Например, у датчиков RGP серий STANDART и PRO используются Z-образные монтажные скобы, которые позволяют не только быстро устанавливать и демонтировать датчик, но также уменьшают тепловое влияние стены на его корпус и измерительный элемент.
Идентификация датчиков:
На первый взгляд незначительной, но важной деталью является способ маркировки. У многих производителей используется обычная наклейка с моделью и характеристиками изделия. Со временем такие наклейки могут отклеиваться, выцветать на солнце или повреждаться в процессе эксплуатации.
В более надёжных решениях применяется лазерная гравировка на корпусе. Такой способ маркировки используется, например, на датчиках, производимых ООО «Завод РГП» и на продукции европейских производителей. Лазерная гравировка не стирается, не выцветает и сохраняется на протяжении всего срока службы изделия, что позволяет даже через много лет идентифицировать продукцию и провести оперативную замену.
Степень защиты корпуса:
Для наружных датчиков температуры важной характеристикой является степень защиты корпуса от пыли и влаги. Базовым уровнем защиты для таких датчиков считается IP65, что обеспечивает защиту от пыли и водяных струй. Такой уровень защиты позволяет использовать датчики на улице, в помещениях с повышенной влажностью достаточной будет защита от пыли и влаги на уровне IP54.
Однако в некоторых случаях требуется более высокая степень защиты. Например, на открытых объектах, в местах с интенсивной мойкой оборудования или в условиях возможного попадания воды на датчик. Для таких задач применяются датчики со степенью защиты IP68, которые способны выдерживать даже кратковременное погружение в воду. Примером такого решения является датчик TS-E01-IP68 PRO производства завода RGP.
Стойкость к ультрафиолетовому излучению:
Ещё один важный фактор, который часто недооценивают при выборе наружных датчиков, устойчивость корпуса к ультрафиолетовому излучению. Большинство стандартных корпусов, производимых в Китае, изготавливаются из обычного ABS-пластика. Этот материал относительно недорог и удобен в производстве, однако имеет ограниченную устойчивость к ультрафиолету. При длительной эксплуатации на солнце пластик может постепенно терять прочность, становиться хрупким, выцветать и трескаться.
Поэтому ответственные производители оборудования для систем ОВК используют более устойчивые материалы: конструкционные пластики или пластики типа PBT, которые значительно лучше переносят воздействие солнечного излучения. Например, корпус датчика TS-E03 серии STANDART от RGP выполнен из PBT-пластика, который сохраняет свои механические свойства при длительной эксплуатации на улице.
Если вы используете датчики наружной температуры из ABS-пластика, то мы рекомендуем обязательно использовать защитные экраны для защиты от осадков и ультрафиолета, например WS-01, производства RGP.
Клеммные блоки и подключение кабеля:
Отдельного внимания заслуживает конструкция клеммных блоков, используемых для подключения кабеля в наружных датчиках температуры. Несмотря на кажущуюся простоту, именно этот элемент во многом определяет надёжность электрического соединения и стабильность передачи сигнала от датчика к контроллеру. В большинстве датчиков используются три основных типа клеммных соединений.
Первый вариант:винтовые клеммные блоки, установленные на печатной плате. Такие клеммы припаиваются непосредственно к плате, а провод фиксируется винтом. Это распространённое решение, используемое во многих европейских датчиках. Следует учитывать, что наличие печатной платы внутри датчика делает конструкцию более чувствительной к влаге и конденсату. При длительной эксплуатации во влажной среде возможно образование коррозии на дорожках или в местах пайки, особенно если плата не имеет дополнительного защитного покрытия.
Второй тип:винтовые клеммы типа ЗВИ, которые устанавливаются внутри корпуса без печатной платы. Обычно они рассчитаны на сечение проводников 2,5–4 мм² и широко применяются в электроустановочных изделиях. В этом случае измерительный элемент подключается напрямую к клеммной колодке. При использовании в системах автоматизации это решение не всегда оптимально, так как фактическое сечение кабелей датчиков часто составляет 0,5…0,75 мм². При подключении тонких проводников возможно недостаточно надёжное прижатие жилы, особенно если винт неравномерно упирается в проводник, что со временем может привести к ослаблению контакта, нестабильному сигналу или полному его пропаданию.
Третий тип:пружинные клеммы. Они используются значительно реже, однако имеют ряд конструктивных преимуществ. Пружинный механизм обеспечивает постоянное давление на проводник и исключает постепенное ослабление контакта. Как правило, такие клеммы рассчитаны на подключение проводников сечением до 2,5 мм², что полностью перекрывает типовые задачи систем автоматизации. Дополнительным преимуществом является контактная пластина по всей ширине проводника, за счёт чего обеспечивается более равномерный и надёжный прижим жилы по сравнению с точечным винтовым зажимом.
Именно пружинные клеммы применяются во всей линейке датчиков температуры RGP. Такое решение повышает надёжность соединения, особенно в условиях вибрации и температурных колебаний. Кроме того, исключается риск ослабления винтового соединения со временем, что может привести к ухудшению контакта или полной потере сигнала.
Этот фактор особенно важен для наружных датчиков, которые часто устанавливаются на фасадах зданий или в труднодоступных местах. В некоторых случаях для обслуживания или подтяжки винтовых клемм может потребоваться использование лестниц или даже автовышки, поэтому применение пружинных клемм позволяет существенно снизить вероятность подобных эксплуатационных проблем и связанных с этим расходов.
4. Выбор места установки наружных датчиков температуры
При монтаже наружных датчиков температуры ключевую роль играет не только способ крепления, но и правильный выбор места установки. Даже небольшие ошибки при размещении датчика могут привести к значительным искажениям показаний, что в дальнейшем негативно влияет на работу систем отопления, вентиляции или автоматизации здания.
Основная задача при выборе места установки: обеспечить измерение реальной температуры наружного воздуха, исключив влияние локальных источников тепла, солнечного излучения и плохой циркуляции воздуха.
Наружные датчики рекомендуется устанавливать на северной или северо-восточной стороне здания, где минимально воздействие прямых солнечных лучей. Это позволяет избежать перегрева корпуса датчика и завышения показаний температуры.
Оптимальная высота установки обычно составляет 2–3 метра от уровня земли или примерно 2/3 высоты фасада здания, что позволяет снизить влияние нагретых поверхностей и обеспечить более корректную циркуляцию воздуха вокруг датчика.
Места, где устанавливать датчики не рекомендуется
Существует ряд типичных мест установки, которые могут существенно искажать показания температуры и поэтому должны исключаться при проектировании:
• над окнами или рядом с оконными проёмами;
• рядом с дверями или воротами;
• над вентиляционными решётками и вытяжными каналами;
• рядом с наружными блоками кондиционеров или другим оборудованием;
• под балконами, козырьками или в нишах стен;
• на южной или западной стороне здания, где датчик будет нагреваться.
Например, установка датчика рядом с окнами или дверями может приводить к искажению показаний из-за потоков тёплого воздуха из помещений, особенно при открывании окон или форточек. Также не рекомендуется устанавливать датчик в местах с плохой циркуляцией воздуха, так как в таких условиях измеряется не температура окружающей среды, а температура локального воздушного кармана.
Использование защитных экранов
Для повышения точности измерений наружные датчики температуры рекомендуется устанавливать с использованием защитных экранов (солнечных экранов). Экран выполняет сразу несколько функций:
• защищает датчик от прямого солнечного излучения;
• снижает влияние осадков и потоков воды;
• уменьшает нагрев корпуса от солнечного света;
• улучшает стабильность показаний при переменной погоде.
Даже при установке датчика на северной стороне здания применение защитного экрана считается желательной, а в ряде случаев обязательной мерой, так как отражённое солнечное излучение от фасада, окон или окружающих поверхностей также может влиять на температуру корпуса датчика. Поэтому в профессиональных системах автоматизации наружные датчики часто устанавливаются совместно со специальными экранами, которые формируют вокруг сенсора защищённую зону с естественной циркуляцией воздуха.
5. Заключение
Несмотря на внешнюю простоту, наружный датчик температуры является важным элементом систем автоматизации зданий. От корректности его показаний напрямую зависит работа систем отопления, вентиляции и диспетчеризации. Неправильно выбранное место установки, неудачная конструкция корпуса, низкое качество клеммных соединений или недостаточная защита от внешней среды могут привести к ошибкам измерения температуры и, как следствие, к некорректной работе всей системы управления.
Поэтому при выборе наружного датчика температуры так важно обращать внимание не только на тип сенсора или цену изделия, но и на конструкцию корпуса, материал пластика, степень защиты, способ монтажа и качество клеммных соединений. Надёжные производители оборудования для систем автоматизации учитывают все эти факторы на этапе разработки и производства продукции. Практика показывает, что наружный датчик температуры — это не тот элемент системы, который можно просто «повесить и забыть»: его конструкция, монтаж и условия эксплуатации напрямую влияют на точность измерений и долговечность работы оборудования.
В России одним из производителей, уделяющих особое внимание конструкции и надежности наружных датчиков температуры, является ООО «Завод РГП». Предприятие выпускает широкий ассортимент уличных датчиков для систем автоматизации и ОВК с различными конструктивными решениями и степенью защиты корпуса: от базовых моделей IP54 для помещений с повышенной влажностью до специализированных датчиков IP65 и IP68, предназначенных для эксплуатации на улице и в сложных промышленных условиях. Наличие нескольких серий и вариантов исполнения позволяет подобрать оптимальное решение как для типовых задач вентиляции и отопления, так и для технологических объектов с повышенными требованиями к надежности оборудования. Специалисты компании обладают большим практическим опытом в области применения датчиков температуры и всегда готовы помочь с подбором оборудования, техническими консультациями и рекомендациями по монтажу и эксплуатации.