Temperaturgivare för uppvärmning: syfte, typer, installationsanvisningar

När värmeapparater arbetar måste man övervaka uppvärmningsgraden av värmebäraren samt luften i rummet. Temperaturgivare för uppvärmning hjälper till att mäta och överföra information, vars data kan läsas visuellt eller direkt skickas till styrenheten.

Vi föreslår att du lär dig hur temperaturgivare fungerar, vilka typer av kontrollenheter som finns och vilka parametrar du bör beakta vid val av enhet. Dessutom har vi förberett en steg-för-steg-instruktion som hjälper dig att installera en termogivare på en värmeradiator.

Funktionsprincip för värmegivare

Man kan övervaka värmesystemet på olika sätt, bland annat:

• automatiska enheter för tidig energitillförsel;
• block som övervakar säkerhet;
• blandningsenheter.

För att alla dessa grupper ska fungera korrekt krävs temperaturgivare som skickar signaler om enheternas funktion. Genom att observera avläsningarna från dessa enheter kan man i tid upptäcka fel i systemet och vidta åtgärder för att åtgärda dem.

Det finns många varianter av enheter som används för att mäta temperatur. De kan nedsänkas i värmebärare, användas inomhus eller placeras utomhus

En termogivare kan användas som en separat enhet, till exempel för att övervaka rumstemperaturen, eller vara en oskiljaktig del av en komplex anordning, till exempel en värmepanna.

Grunden för sådana enheter som används i automatiserad styrning är principen att omvandla temperaturvärden till en elektrisk signal. Tack vare detta kan mätresultaten snabbt överföras över nätet i form av en digital kod, vilket garanterar hög hastighet, känslighet och mätnoggrannhet.

Samtidigt kan olika enheter för mätning av uppvärmningsgrad ha konstruktionsegenskaper som påverkar ett antal parametrar: arbete i en viss miljö, överföringssätt, visualiseringsmetod och andra.

Typer av enheter för temperaturmätning

Termoenheter kan klassificeras enligt ett antal viktiga kriterier, bland annat sätt att överföra information, plats och installationsförhållanden samt algoritm för avläsning.

Efter sätt att överföra information

Enligt den använda metoden för informationsöverföring delas givarna in i två stora kategorier:

• trådbundna enheter;
• trådlösa sensorer.

Ursprungligen var alla sådana anordningar utrustade med ledningar, genom vilka temperatursensorerna kopplades till styrenheten och överförde information till den. Även om sådana enheter nu har trängts undan av trådlösa motsvarigheter, används de fortfarande ofta i enkla system.

Dessutom kännetecknas trådbundna sensorer av högre mätnoggrannhet och driftsäkerhet.

För att säkerställa samordnad drift av en trådbunden sensor som används i en sammansatt enhet, är det önskvärt att kombinera den med utrustning som är tillverkad av samma tillverkare.

För närvarande har trådlösa enheter blivit vanliga, som oftast överför information med hjälp av en radiosändare och -mottagare. Sådana apparater kan installeras nästan överallt, inklusive i ett separat rum eller utomhus.

Viktiga egenskaper hos sådana temperatursensorer är:

• förekomst av batteri;
• mätfel;
• signalräckvidd.

Trådlösa/trådbundna enheter kan helt ersätta varandra, men det finns vissa särdrag i deras funktion.

Efter plats och sätt för placering

Efter monteringsplats delas sådana apparater in i följande typer:

• påskruvade, som fästs på värmekretsen;
• nedsänkningssensorer, som är i kontakt med värmemediet;
• rumsgivare, som befinner sig inne i ett bostads- eller tjänsterum;
• utomhusgivare, som placeras utomhus.

I vissa aggregat kan flera typer av sensorer användas samtidigt för temperaturövervakning.

Efter mekanism för avläsning

Efter sättet att visa information kan apparater vara:

• bimetalliska;
• alkoholbaserade.

I det första alternativet används två plattor gjorda av olika metaller, samt en visarindikator. När temperaturen stiger deformeras en av elementen, vilket skapar tryck på visaren. Avläsningarna från sådana apparater har god noggrannhet, men deras stora nackdel är tröghet.

Bimetalliska och alkoholbaserade termostater installeras ofta på värmeapparater, till exempel pannor. De gör det möjligt att övervaka uppvärmningen, vars överskridande kan leda till ödesdigra konsekvenser.

Denna nackdel är nästan helt frånvarande hos sensorer som fungerar med alkohol. I detta fall fylls en hermetiskt förseglad kolv med en alkoholhaltig lösning som expanderar vid uppvärmning. Konstruktionen är ganska enkel, pålitlig, men inte särskilt bekväm för observation.

Olika typer av termogivare

För avläsning av temperatur används enheter med olika funktionsprinciper. Bland de mest efterfrågade finns de apparater som listas nedan.

Termoelement: noggrann avläsning – svårighet vid tolkning

En sådan anordning består av två sammanlödda trådar av olika metaller. Temperaturskillnaden som uppstår mellan den varma och kalla änden fungerar som en källa till elektrisk ström på 40-60 µV (värdet beror på termoelementets material).

De vanligaste kombinationerna av metaller och legeringar för termoelement är: krom-aluminium, järn-konstantan, järn-nickel, nickel-krom och andra.

Ett termoelement anses vara en högprecisions temperatursensor, men det är ganska svårt att få exakta avläsningar från det. För att göra det måste man ta reda på den elektromotoriska kraften (EMK) med hjälp av temperaturskillnaden i enheten.

För att resultatet ska vara korrekt är det viktigt att kompensera temperaturen för den kalla lödfogen, till exempel genom en hårdvarumetod där ett andra termoelement placeras i en miljö med känd temperatur.

Den programvarubaserade kompensationsmetoden innebär att en annan temperatursensor placeras i en isolerad kammare tillsammans med de kalla lödfogarna, vilket gör det möjligt att kontrollera temperaturen med önskad noggrannhet.

En viss svårighet är processen att samla in data från termoelementet på grund av dess olinjäritet. För att säkerställa korrekta avläsningar har polynomkoefficienter införts i GOST R 8.585-2001 för att omvandla EMK till temperatur och även för omvända operationer.

Ett annat problem är att avläsningarna görs i mikrovolt, vilket inte kan omvandlas med allmänt tillgängliga digitala instrument. För att använda termoelementet i konstruktioner måste man tillhandahålla noggranna, flersiffriga omvandlare med minimal brusnivå.

Termistorer: enkelt och lätt

Det är betydligt enklare att mäta temperatur med termistorer, som bygger på principen att materialens resistans beror på omgivningstemperaturen. Sådana enheter, till exempel gjorda av platina, har viktiga fördelar som hög noggrannhet och linjäritet.

Det största problemet med sådana temperatursensorer är den extremt låga temperaturkoefficienten för resistansen, men det är ändå lättare att mäta den exakt än att fånga små spänningsvärden från termoelement.

En viktig egenskap hos resistorn är basresistansen vid en given temperatur. Enligt GOST 21342.7-76 mäts detta värde vid 0°C. Här rekommenderas en serie resistansvärden (ohm) samt T_ks – temperaturkoefficienten.

Värdet för T_ks beräknas med formeln:

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

Där:

• R_e – resistansen vid aktuell temperatur;
• R_0c – resistansen vid 0°C;
• T_e – aktuell temperatur;
• T_0c – 0°C.

I GOST anges även temperaturkoefficienter för olika mätanordningar av koppar, nickel, platina, samt polynomkoefficienter som används för att beräkna temperatur baserat på aktuella resistansvärden.

Termistorsensorer är vanligt förekommande inom elektronik- och maskinindustrin tack vare sin noggrannhet, känslighet och enkla underhåll.

Resistans kan mätas genom att ansluta enheten till en strömkällas krets och mäta differentialspänningen. Värdena kan kontrolleras med hjälp av integrerade kretsar, vars analoga utsignal är lika med matningsspänningen.

Temperatursensorer med sådana enheter kan tryggt anslutas till en analog-digitalomvandlare, och digitalisera den med en 8- eller 10-bitars ADC.

Digital sensor för samtidiga mätningar

Även digitala temperatursensorer har fått stor användning, till exempel modell DS18B20, som fungerar med hjälp av en krets med tre utgångar. Tack vare denna enhet är det möjligt att avläsa temperaturvärden från flera parallellt arbetande sensorer samtidigt, med en felmarginal på endast 0,5°C.

En populär modell är den kombinerade temperatur- och fuktighetssensorn SHT1, som möjliggör temperaturmätningar med en noggrannhet på +2° och fuktighetsmätningar med en felmarginal på +5. Tillverkaren uppger dock att det finns mer exakta och ekonomiska enheter.

Bland andra fördelar med denna anordning kan nämnas det breda arbetstemperaturområdet (-55 till +125°C). Den största nackdelen är den långsamma arbetshastigheten: för maximalt noggranna beräkningar kräver enheten minst 750 ms.

Beröringsfria pyrometrar (värmekameror)

Dessa beröringsfria sensorer fungerar genom att detektera värmestrålning som avges från kroppar. För att karakterisera detta fenomen används mängden energi som avges per tidsenhet från en ytenhet, per enhet av våglängdområde.

Ett sådant kriterium, som återspeglar intensiteten av monokromatisk strålning, kallas spektral radians.

Det finns följande typer av pyrometrar:

• strålningspyrometrar;
• ljusstyrkepyrometrar (optiska);
• färgpyrometrar.

Strålningspyrometrar möjliggör mätningar inom intervallet 20-25000°C, men för att bestämma temperaturen är det viktigt att ta hänsyn till emissionsfaktorn, vars värde beror på kroppens fysikaliska tillstånd, dess kemiska sammansättning och andra faktorer.

Det huvudsakliga aktiva elementet i strålningssensorn är ett teleskop, inuti vilket det finns ett batteri bestående av en seriekoppling av termoelement. De aktiva ändarna av dessa enheter är placerade på ett platinabelagt blad (+)

Luminans (optiska) pyrometrar är avsedda för mätning av temperaturer 500-4000°C. De ger hög mätnoggrannhet, men kan förvränga avläsningarna på grund av eventuell absorption av strålning från kroppar av den mellanliggande miljön genom vilken observationerna görs.

Färgpyrometrar, vars funktion baseras på bestämning av strålningsintensiteten vid två våglängder – företrädesvis i den röda eller blå delen av spektrumet, används för mätningar inom intervallet 800 till 0°C.

Deras främsta fördel är att ofullständig strålning inte påverkar mätfel. Dessutom är indikatorerna oberoende av avståndet till objektet.

Kvarts- (piezoelektriska) temperaturgivare

För temperaturmätning inom intervallet -80 till +250°C kan man använda kvartsomvandlare (piezoelement), vars funktionsprincip baseras på kvartsens frekvensberoende av upphettning. Placeringen av snittet längs de kristallina axlarna påverkar omvandlarens funktion.

Piezoelektriska (kvarts-) enheter används oftast i forskningsarbeten, eftersom sådana anordningar kännetecknas av ett utökat mätområde, tillförlitlighet och hög noggrannhet.

Piezoelektriska sensorer utmärks av fin känslighet, hög upplösning och kan arbeta tillförlitligt under lång tid. Sådana anordningar används brett vid tillverkning av digitala termometrar och anses vara en av de mest lovande instrumenten för framtidens teknik.

Brus- (akustiska) temperatursensorer

Funktionen hos sådana anordningar uppnås genom mätning av den akustiska potentialskillnaden i förhållande till resistorns temperatur.

Akustiska metoder gör det möjligt att mäta temperatur i slutna utrymmen och miljöer där direkt mätning är omöjlig. Sådana instrument har funnit användning inom medicin, vid undervattensforskning samt inom industrin.

Mätmetoden med sådana sensorer är ganska enkel: man måste jämföra bruset som produceras av två liknande element, varav det ena befinner sig vid en känd temperatur och det andra vid den temperatur som ska bestämmas.

Akustiska temperatursensorer är lämpliga för mätning av intervallet -270 – +1100°C. Komplexiteten i processen ligger i den för låga brusnivån: ljud som produceras av förstärkaren överröstar det ibland.

Temperatursensorer NQR

Kärnan i termometrar med nukleär kvadrupolresonans är verkan av den fältgradient som kristallgittret och kärnmomentet skapar – en indikator som orsakas av laddningens avvikelse från sfärisk symmetri.

Som ett resultat av detta fenomen uppstår en kärnprecession: dess frekvens beror på gittrets fältgradient. Temperaturen påverkar också detta värde: en ökning orsakar en minskning av NQR-frekvensen.

Huvudelementet i sådana sensorer är en ampull med substans, placerad i en induktanslindning som är kopplad till generatorkretsen.

Fördelarna med instrumenten är obegränsad mätvaraktighet, tillförlitlighet och stabil drift. Nackdelarna är olinjära mätningar, vilket kräver användning av en omvandlingsfunktion.

Halvledarbaserade enheter

En kategori enheter som fungerar baserat på förändringar i egenskaperna hos p-n-övergången orsakade av temperaturpåverkan. Spänningen över transistorn är alltid proportionell mot temperaturpåverkan, vilket gör det enkelt att beräkna denna faktor.

Fördelarna med sådana enheter är hög datanoggrannhet, låg kostnad, linjära egenskaper över hela mätområdet. Montering av sådana enheter är bekväm direkt på halvledarsubstratet, vilket gör dem utmärkta för mikroelektronik.

Volymomvandlare för temperaturmätning

Sådana enheter är baserade på den kända principen om expansion och sammandragning av ämnen vid uppvärmning eller kylning. Sådana sensorer är ganska praktiska. De kan användas för att mäta temperaturer inom intervallet -60 – +400°C.

För visuell övervakning av temperaturen är de flesta temperatursensorer inomhus utrustade med displayer som visar aktuella värden.

Det är viktigt att komma ihåg att mätning av vätskor med sådana instrument begränsas av kok- och fryspunkter, och för gaser – av övergång till flytande tillstånd. Mätfelet som orsakas av omgivningens påverkan är ganska litet för dessa instrument: det varierar inom intervallet 1-5%.

Val av temperaturgivare

Vid val av sådana instrument bör man ta hänsyn till faktorer som:

• temperaturområdet där mätningarna utförs;
• behovet och möjligheten att sänka ned sensorn i objektet eller mediet;
• mätförhållanden: för mätningar i aggressiv miljö är det bättre att välja en kontaktlös variant eller en modell i korrosionsbeständigt hölje;
• livslängd före kalibrering eller utbyte – vissa typer av instrument (t.ex. termistorer) går sönder ganska snabbt;
• tekniska data: upplösning, spänning, signalhastighet, mätfel;
• utgångssignalens storlek.

I vissa fall är även materialet i instrumentets hölje viktigt, och vid användning inomhus – storlek och design.

Rekommendationer för installation med egna händer

Liknande apparater används ofta för olika ändamål: de utrustar radiatorer, värmepannor och andra hushållsapparater.

Innan monteringen påbörjas bör du läsa instruktionerna noggrant: de anger inte bara installationsdetaljerna (t.ex. mått för anslutning till rörstosen), utan även driftsregler och temperaturgränser för vilka mätinstrumentet är lämpligt.

Man måste också ta hänsyn till hylsans storlek, som kan variera mellan 120-160 mm.

Låt oss titta på de två vanligaste fallen av montering av temperatursensorn.

Anslutning av enhet på radiator

Du bör inte förse alla värmare med termostat. Enligt regelverket installeras sensorer på elementet om dess totala effekt överstiger 50 % av värmeutvecklingen från liknande system. Om rummet har två värmare, installeras termostaten endast på den som har högre effektvärde.

Temperatursensorn är en obligatorisk del av temperaturregulatorer som gör det möjligt att minska eller öka värmen på radiatorer, golvvärme och andra värmare.

Enhetens ventil installeras på tilloppsledningen vid anslutningspunkten för radiatorn till värmenätet. Om det inte är möjligt att koppla in den i en befintlig krets bör man demontera tillförselanslutningen, vilket kan orsaka vissa svårigheter.

För att utföra denna manöver måste du använda ett rörskärningsverktyg, medan monteringen av termohuvudet enkelt kan göras utan specialutrustning. När sensorn är monterad räcker det att matcha markeringarna på höljet och enheten, varefter huvudet fixeras med ett mjukt handtryck.

Installation av lufttermogivare

En sådan enhet installeras i det kallaste bostadsrummet utan drag (i hall, kök eller pannrum är dess montering inte önskvärd, eftersom det kan orsaka störningar i systemets funktion).

Vid val av plats måste man se till att enheten inte utsätts för direkt solljus och att det inte finns några värmekällor (element, radiatorer, rör) i närheten.

För ett vanligt värmesystem räcker det med en termostat, medan man i kollektorsystem bör använda flera sensorer, lika många som antalet rum. Detta gör det möjligt att individuellt reglera temperaturen i avgränsade utrymmen.

Anslutning av enheten görs enligt instruktionerna i det tekniska databladet, där man använder de kopplingsplintar eller kabel som ingår.

Vid behov av temperaturövervakning kan temperatursensorn i “golvvärmen” placeras djupt i betongplattan. I så fall kan man använda en korrugerad slang med en sluten ände och en sned bockning för skydd.

Den senare egenskapen gör att man vid behov kan ta bort en trasig enhet och ersätta den med en ny.

Montering av enheten utförs på följande sätt:

1. I väggen görs en fördjupning för infästning av den hängande apparaten.
2. Den främre delen av temperatursensorn tas bort, varefter enheten installeras på den förberedda platsen.
3. Därefter ansluts värmekabeln till kontakterna, medan terminalerna ansluts till sensorerna.

Sista steget – anslutning av strömkabeln och montering av frontpanelen på sin plats.

Kopplingsschemat för termostaten till värmepannan beskrivs i detalj i denna artikel.

Om enheten, för vars funktion intern anslutning av sensorer krävs, har en komplex konstruktion, är det bättre att kontakta specialister.

Slutsatser och användbar video om ämnet

I videon nedan förklaras i detalj hur du installerar termiska enheter på värmepannan:

Skiljer sig monteringen av sensorer på framlednings- och returledningsrören?

Temperatursensorer används i stor utsträckning både inom olika industrisektorer och för hshållsändamål. Det stora utbudet av sådana instrument, baserade på olika arbetsprinciper, gör det möjligt att välja det optimala alternativet för att lösa en given uppgift.

I hus och lägenheter används sådana enheter oftast för att bibehålla en behaglig temperatur i rummen, samt för att reglera värmesystem – element, golvvärme.

Har du något att tillägga, eller har du frågor om val och installation av temperatursensor? Du kan lämna kommentarer till inlägget, delta i diskussioner och dela din egen erfarenhet av att använda sådana enheter. Kontaktformuläret finns i det nedre blocket.