Temperaturfølere til varme: formål, typer, installationsvejledning

Når varmeapparater kører, skal graden af opvarmning af varmemediet samt luften i rummet kontrolleres. Temperaturfølere til varme hjælper med at indsamle og overføre information, som kan aflæses visuelt eller straks sendes til controlleren.

Vi foreslår, at du forstår, hvordan temperaturfølere fungerer, hvilke typer af overvågningsenheder der findes, og hvilke parametre der skal overvejes, når du vælger en enhed. Derudover har vi udarbejdet en trin-for-trin vejledning, der hjælper dig med selv at installere termoføleren på varmeradiatoren.

Funktionsprincip for termoføleren

Varmesystemet kan overvåges på forskellige måder, herunder:

• automatiske enheder til rettidig energitilførsel;
• enheder, der overvåger sikkerheden;
• blandingsenheder.

For at alle disse grupper kan fungere korrekt, kræves der temperaturfølere, der sender signaler om enhedernes drift. Overvågning af disse enheders aflæsninger gør det muligt at opdage fejl i systemet i tide og træffe korrigerende foranstaltninger.

Der findes mange varianter af enheder, der bruges til temperaturmåling. De kan nedsænkes i varmemedier, bruges indendørs eller placeres udendørs

En termoføler kan bruges som en separat enhed, f.eks. til at overvåge rumtemperaturen, eller være en integreret del af en kompleks enhed, f.eks. en varmekedel.

Grundlaget for sådanne enheder, der bruges i automatiseret styring, er princippet om at omdanne temperaturmålinger til et elektrisk signal. Dette gør det muligt at overføre måleresultaterne hurtigt over et netværk i form af en digital kode, hvilket garanterer høj hastighed, følsomhed og nøjagtighed.

Samtidig kan forskellige enheder til måling af opvarmningsgrad have konstruktive funktioner, der påvirker en række parametre: drift i et bestemt miljø, overførselsmetode, visualiseringsmetode og andre.

Typer af enheder til temperaturmåling

Termiske enheder kan klassificeres efter en række vigtige kriterier, herunder metode til overførsel af information, installationssted og -betingelser samt algoritmen til aflæsning af data.

Efter metode til overførsel af information

I henhold til den anvendte metode til overførsel af data opdeles følerne i to store kategorier:

• ledningsforbundne enheder;
• trådløse sensorer.

Oprindeligt var alle sådanne indretninger udstyret med ledninger, hvorigennem temperatursensorerne blev forbundet med kontrolenheden og overførte information til den. Selvom trådløse modstykker nu har fortrængt sådanne enheder, bruges de stadig ofte i enkle systemer.

Desuden udmærker ledningsforbundne sensorer sig ved større nøjagtighed i aflæsninger og pålidelighed i drift.

For at sikre en koordineret drift af den ledningsforbundne sensor, der bruges i en sammensat enhed, er det tilrådeligt at kombinere den med udstyr fra samme producent.

I dag er trådløse enheder blevet udbredte; de overfører oftest oplysninger ved hjælp af en radiosender og -modtager. Sådanne apparater kan installeres næsten overalt, herunder i et separat rum eller udendørs.

Vigtige egenskaber ved sådanne temperatursensorer er:

• tilstedeværelse af batteri;
• måleusikkerhed;
• signalrækkevidde.

Trådløse/ledningsforbundne enheder kan fuldstændigt erstatte hinanden, men der er visse forskelle i deres funktion.

Efter sted og installationsmetode

Efter monteringssted inddeles sådanne apparater i følgende typer:

• påsatte, fastgjort til varmekredsen;
• nedsænkningssensorer, i kontakt med varmemediet;
• rumfølere, placeret indendørs i beboelse eller kontor;
• udendørs, som placeres udenfor.

I nogle enheder kan flere typer sensorer anvendes samtidigt til temperaturkontrol.

Efter mekanisme til aflæsning af data

Efter måde at vise oplysninger på kan apparaterne være:

• bimetal;
• alkoholbaserede.

I den første variant benyttes to plader af forskellige metaller samt en viserindikator. Når temperaturen stiger, deformeres et af elementerne og lægger pres på viseren. Aflæsningerne fra sådanne apparater har god nøjagtighed, men en stor ulempe er inerti.

Bimetal- og alkoholtermostater installeres ofte på varmeapparatur, f.eks. kedler. De gør det muligt at overvåge opvarmning, hvis overskridelse kan føre til fatale konsekvenser.

Denne ulempe er næsten helt fraværende hos sensorer, der arbejder baseret på alkohol. I dette tilfælde hældes en alkoholholdig opløsning, der udvider sig ved opvarmning, i en hermetisk forseglet kolbe. Konstruktionen er ret enkel, pålidelig, men ikke særlig bekvem til observation.

Forskellige typer af termofølere

Til temperaturaflæsning bruges enheder med forskellige arbejdsprincipper. Blandt de mest efterspurgte er de nedenfor anførte apparater.

Termoelementer: præcis aflæsning – kompleksitet i fortolkning

En sådan anordning består af to sammenloddede tråde af forskellige metaller. Temperaturforskellen mellem den varme og kolde ende er kilden til en elektrisk strøm på 40-60 µV (værdien afhænger af termoelementets materiale).

De mest almindelige kombinationer af metaller og legeringer, der bruges til fremstilling af termoelementer, er: krom-aluminium, jern-konstantan, jern-nikkel, nikkel-krom og andre.

Et termoelement betragtes som en meget præcis temperaturføler, men det er ret svært at få præcise aflæsninger fra det. For at gøre det skal man kende den elektromotoriske kraft (EMK) ved hjælp af enhedens temperaturforskel.

For at resultatet skal være korrekt, er det vigtigt at kompensere for temperaturen på den kolde lødsamling ved f.eks. at bruge en hardwaremetode, hvor et andet termoelement placeres i et miljø med en kendt temperatur.

Softwarekompensationsmetoden indebærer at placere en anden temperatursensor i et isoleret kammer sammen med de kolde lødsamlinger, hvilket gør det muligt at kontrollere temperaturen med en given nøjagtighed.

Processen med at indsamle data fra termoelementer volder visse vanskeligheder på grund af deres ikke-linearitet. For at sikre korrekte aflæsninger er polynomkoefficienter indført i GOST R 8.585-2001, som gør det muligt at omregne EMK til temperatur og omvendt.

Et andet problem er, at aflæsningerne sker i mikrovolt, og at det ikke er muligt at bruge almindeligt tilgængelige digitale enheder til at konvertere dem. For at bruge et termoelement i konstruktioner skal man sørge for præcise, multi-bit konvertere med minimal støj.

Termistorer: let og enkelt

Det er meget lettere at måle temperatur med termistorer, som er baseret på princippet om materialers modstandsafhængighed af omgivelsestemperaturen. Sådanne enheder, f.eks. lavet af platin, har vigtige fordele som høj nøjagtighed og linearitet.

Det største problem med sådanne temperaturfølere er den meget lave temperaturkoefficient for modstand, men det er stadig lettere at måle den præcist end at opfange små spændingsværdier fra termoelementer.

En vigtig egenskab ved en modstand er dens basis-modstand ved en bestemt temperatur. Ifølge GOST 21342.7-76 måles denne værdi ved 0°C. Det anbefales at bruge en række modstandsværdier (ohm) samt T_ks – temperaturkoefficienten.

Værdien T_ks beregnes med formlen:

T_ks = (R_e – R_0c) / (T_e – T_0c) *1/R_0c,

Hvor:

• R_e – modstand ved aktuel temperatur;
• R_0c – modstand ved 0°C;
• T_e – aktuel temperatur;
• T_0c – 0°C.

I GOST er der også angivet temperaturkoefficienter for forskellige måleinstrumenter fremstillet af kobber, nikkel, platin, samt polynomkoefficienter, der anvendes til at beregne temperatur ud fra de aktuelle modstandsværdier.

Termistorfølere er udbredte i elektronik- og maskinindustrien takket være deres nøjagtighed, følsomhed og lave vedligeholdelsesbehov.

Modstanden kan måles ved at tilslutte instrumentet til en strømkildekreds og måle differentialspændingen. Kontrol kan udføres med integrerede kredsløb, hvis analoge output svarer til forsyningsspændingen.

Termosensorer med sådanne enheder kan tilsluttes direkte til en analog-til-digital-konverter, hvor data digitaliseres med en 8- eller 10-bit ADC.

Digital sensor til samtidige målinger

Digitale termofølere har også fået bred anvendelse, f.eks. modellen DS18B20, som fungerer ved hjælp af en mikrochip med tre udgange. Takket være denne enhed kan der måles temperatur samtidigt fra flere parallelkoblede sensorer med en usikkerhed på kun 0,5°C.

En populær model er den kombinerede temperatur-/fugtighedssensor SHT1, som måler varme med en nøjagtighed på ±2°C og fugtighed med en tolerance på ±5 %. Producenten angiver dog, at der findes mere præcise og økonomiske enheder.

Blandt andre fordele ved denne enhed kan også nævnes et bredt temperaturområde (-55 til +125°C). Den største ulempe er dog langsom hastighed: for maksimalt præcise beregninger kræver enheden mindst 750 ms.

Berøringsfrie pyrometre (termografer)

Disse berøringsfrie sensorer virker ved at registrere termisk stråling, der udgår fra legemer. Til at karakterisere dette fænomen bruges den mængde energi, der frigives pr. tidsenhed pr. overfladeenhed, hvilket falder pr. enhed af bølgelængdeområdet.

Et sådant kriterium, der afspejler intensiteten af monokromatisk stråling, kaldes spektral lysstyrke.

Der findes følgende typer pyrometre:

• strålingspyrometre;
• lysstyrkepyrometre (optiske);
• farvepyrometre.

Strålingspyrometre muliggør målinger i området 20-25000°C, dog er det vigtigt at tage hensyn til emissionskoefficienten, hvis effektive værdi afhænger af legemets fysiske tilstand, dets kemiske sammensætning og andre faktorer.

Det vigtigste aktive element i en strålingssensor er et teleskop, hvori der er et batteri bestående af en serie termoelementer. Arbejdsenderne af disse enheder er placeret på et platinbelagt blad (+)

Luminans (optiske) pyrometre er designet til at måle temperaturer 500-4000°C. De giver høj målenøjagtighed, men kan forvrænge aflæsninger på grund af mulig absorption af stråling fra legemer af det mellemliggende medium, som observationerne udføres igennem.

Farvepyrometre, hvis virkning er baseret på bestemmelse af strålingsintensiteten ved to bølgelængder – foretrukket i det røde eller blå spektrum, anvendes til målinger i området 800 til 0°C.

Deres største fordel er, at ufuldstændig stråling ikke påvirker måleusikkerheden. Desuden afhænger indikatorerne ikke af afstanden til objektet.

Kvarts (piezoelektriske) temperaturtransducere

Til måling af temperaturer i området -80 til +250°C kan man bruge kvartstransducere (piezoelementer), hvis virkningsprincip er baseret på kvartsens frekvensafhængighed af opvarmning. Transducerens funktion påvirkes af snittets placering i forhold til krystalakserne.

Piezoelektriske (kvarts) enheder anvendes oftest til forskningsarbejde, da sådanne anordninger er kendetegnet ved et bredt måleområde, pålidelighed og høj nøjagtighed.

Piezoelektriske sensorer har fin følsomhed, høj opløsning og kan fungere pålideligt i lang tid. Sådanne anordninger anvendes i vid udstrækning til fremstilling af digitale termometre og betragtes som en af de mest lovende enheder til fremtidens teknologi.

Støj (akustiske) temperatursensorer

Fungeringen af sådanne enheder sker ved måling af den akustiske potentialforskel afhængig af modstandens temperatur.

Akustiske metoder gør det muligt at måle temperatur i lukkede rum og omgivelser, hvor direkte måling ikke er mulig. Sådanne instrumenter har fundet anvendelse inden for medicin, undervandsforskning og i industrien.

Målemetoden med sådanne sensorer er ret enkel: man skal sammenligne støjen produceret af to tilsvarende elementer, hvoraf det ene er ved en kendt temperatur, og det andet ved den temperatur, der skal bestemmes.

Akustiske termiske sensorer er velegnede til måling i intervallet -270 – +1100°C. Kompleksiteten ved processen ligger i det meget lave støjniveau: lyde fra forstærkeren overdøver det nogle gange.

NQR temperatursensorer

Princippet for termometre baseret på kernekvadrupolresonans består i påvirkningen af feltgradienten, som dannes af krystalgitre og kernens moment – en størrelse, der skyldes ladningens afvigelse fra sfærisk symmetri.

Som følge af dette fænomen opstår en præcession af kernerne: dens frekvens afhænger af gitterets feltgradient. Temperaturen påvirker også denne størrelse: en stigning i temperaturen forårsager et fald i NQR-frekvensen.

Hovedelementet i sådanne sensorer er en ampul med stof, som placeres i en induktansspole, der er forbundet med generatorens kredsløb.

Fordelene ved enhederne er ubegrænset målevarighed, pålidelighed og stabil drift. Ulemperne omfatter dog ikke-linearitet i målingerne, hvilket gør det nødvendigt at bruge en konverteringsfunktion.

Halvlederbaserede enheder

En kategori af enheder, der fungerer baseret på ændringer i p-n-overgangens egenskaber forårsaget af temperaturpåvirkning. Spændingen over transistoren er altid proportional med temperaturpåvirkningen, hvilket gør det nemt at beregne denne faktor.

Fordelene ved sådanne enheder er høj datanøjagtighed, lav pris, lineære karakteristika over hele måleområdet. Montering af sådanne enheder kan bekvemt gøres direkte på halvledersubstratet, hvilket gør dem ideelle til mikroelektronik.

Volumenbaserede omformere til temperaturmåling

Grundlaget for sådanne enheder er det velkendte princip om udvidelse og sammentrækning af stoffer, som observeres ved opvarmning eller afkøling. Sådanne sensorer er ret praktiske. De kan bruges til at bestemme temperaturer i området -60 – +400°C.

For at muliggøre visuel overvågning af temperaturen er de fleste termiske sensorer i rum udstyret med displays, der viser aktuelle værdier.

Det er vigtigt at huske, at målinger af væsker med sådanne instrumenter er begrænset af koge- og frysetemperaturer, mens for gasser er det begrænset af overgang til flydende tilstand. Målefejlen forårsaget af miljøets påvirkning er ret lille: den varierer inden for 1-5%.

Valg af temperaturfølere

Når man vælger sådanne instrumenter, bør man overveje faktorer som:

• temperaturområdet, hvori målingerne udføres;
• behovet for og muligheden for at nedsænke sensoren i objektet eller mediet;
• målebetingelserne: til måling i aggressive miljøer bør man foretrække en kontaktløs version eller en model med et korrosionsbestandigt hus;
• instrumentets levetid før kalibrering eller udskiftning – nogle typer instrumenter (f.eks. termistorer) svigter ret hurtigt;
• tekniske data: opløsning, spænding, signalhastighed, fejlmargin;
• udgangssignalets størrelse.

I nogle tilfælde er instrumentets husmateriale også vigtigt, og ved brug indendørs – størrelse og design.

Anbefalinger til gør-det-selv montering

Lignende apparater bruges i mange sammenhænge: de monteres på radiatorer, varmekedler og andre husholdningsapparater.

Før monteringsstart skal instruktionerne læses omhyggeligt: de angiver ikke kun installationsspecifikationer (f.eks. dimensioner for tilslutning til røret), men også driftsregler samt temperaturområder, som måleapparatet er egnet til.

Der skal også tages højde for hylsterets størrelse, som kan variere mellem 120-160 mm.

Lad os se på de to mest almindelige tilfælde af montering af en termoføler.

Tilslutning af enheden til radiatoren

Det er ikke nødvendigt at udstyre alle varmeapparater med en termostat. Ifølge reglementet installeres sensorer på radiatoren, hvis dens samlede effekt overstiger 50% af varmeproduktionen fra lignende systemer. Hvis der er to varmelegemer i rummet, installeres termostaten kun på den ene, der har den højeste effekt.

En termoføler er en obligatorisk komponent i temperaturregulatorer, der gør det muligt at reducere eller øge opvarmningen af radiatorer, gulvvarme og andre varmeapparater.

Apparatets ventil installeres på fremløbsrøret ved tilslutningspunktet for radiatoren til varmesystemet. Hvis det ikke er muligt at indsætte det i den eksisterende kreds, skal fremløbsledningen demonteres, hvilket kan medføre nogle vanskeligheder.

For at udføre denne manipulation skal man bruge et værktøj til rørskæring, mens monteringen af termohovedet let kan udføres uden specialudstyr. Når først sensoren er monteret, skal man blot justere markeringerne på huset og apparatet, hvorefter hovedet fastgøres med et let tryk med hånden.

Montering af lufttermoføler

Et sådant apparat installeres i det koldeste beboelsesrum uden træk (i entréen, køkkenet eller fyrrummet er dets montering uønsket, da det kan forårsage forstyrrelser i systemets drift).

Ved valg af placering skal man sørge for, at enheden ikke udsættes for direkte sollys, og at der ikke er varmeapparater (varmelegemer, radiatorer, rør) i nærheden.

For et almindeligt varmesystem er én termostat tilstrækkelig, mens det ved et fordelersystem er ønskeligt at bruge flere sensorer, hvis antal svarer til antallet af rum. Dette gør det muligt at regulere temperaturen individuelt i separate rum.

Tilslutningen af apparatet udføres i overensstemmelse med instruktionerne i det tekniske datablad, og der bruges klemmer eller kabel, der følger med i sættet.

Ved behov for temperatursporing kan termoføleren i “gulvvarme” placeres dybt i betonafretningen. I dette tilfælde kan der anvendes et bølgeformet rør med en lukket ende og en skrå bukning til beskyttelse.

Denne sidste funktion gør det muligt at udtage en defekt enhed og erstatte den med en ny, hvis nødvendigt.

Montering af enheden foregår på følgende måde:

1. Der laves en fordybning i væggen til fastgørelse af det hængende apparat.
2. Frontdelen fjernes fra termoføleren, hvorefter anordningen monteres på det forberedte sted.
3. Dernæst tilsluttes varmekablet til kontakterne, mens terminalerne tilsluttes sensorerne.

Det sidste trin – tilslutning af strømkablet og montering af frontpanelet på dets plads.

Tilslutningsdiagrammet for termostaten til varmekedlen er beskrevet i detaljer i denne artikel.

Hvis enheden, som kræver intern tilslutning af sensorer for sin funktionalitet, har en kompliceret konstruktion, er det bedst at kontakte specialister.

Konklusioner og nyttig video om emnet

I videoen nedenfor forklares i detaljer, hvordan man installerer termiske enheder på varmekedlen:

Er monteringen af sensorer på fremløbs- og returrør forskellig:

Temperatursensorer bruges bredt både i forskellige industrisektorer og til husholdningsformål. Et stort udvalg af sådanne enheder, baseret på forskellige funktionsprincipper, gør det muligt at vælge den optimale løsning til en given opgave.

I huse og lejligheder bruges sådanne enheder oftest til at opretholde en behagelig temperatur i rummene samt til regulering af varmesystemer – radiatorer, gulvvarme.

Har du noget at tilføje, eller er der spørgsmål om valg og installation af temperaturføler? Du kan efterlade kommentarer til indlægget, deltage i diskussioner og dele din egen erfaring med at bruge sådanne enheder. Kontaktformularen findes i det nederste afsnit.