Fűtési hőmérséklet-érzékelők: rendeltetés, típusok, telepítési útmutatók

A fűtőberendezések működése során ellenőrizni kell a hőhordozó, valamint a helyiség levegőjének hőmérsékletét. Az információk rögzítésében és továbbításában a fűtési hőmérséklet-érzékelők segítenek, amelyek adatai vizuálisan leolvashatók vagy azonnal továbbíthatók a vezérlőbe.

Javasoljuk, hogy ismerje meg, hogyan működnek a hőmérséklet-érzékelők, milyen típusú vezérlőeszközök léteznek, és milyen paramétereket érdemes figyelembe venni a készülék kiválasztásakor. Ezenkívül elkészítettünk egy lépésről lépésre haladó útmutatót, amely segít Önnek önállóan felszerelni a hőérzékelőt a fűtési radiátorra.

A hőérzékelő működési elve

A fűtési rendszer ellenőrzése különféle módszerekkel lehetséges, amelyek közé tartozik:

• automatikus berendezések az időben történő energiaellátáshoz;
• biztonsági felügyeletet ellátó egységek;
• keverőegységek.

Az összes ilyen csoport helyes működéséhez hőmérséklet-érzékelőkre van szükség, amelyek a készülékek működéséről adnak jeleket. Ezen eszközök leolvasásainak megfigyelése lehetővé teszi a rendszer hibáinak időben történő észlelését és a javító intézkedések megtételét.

Számos olyan eszközváltozat létezik, amelyeket hőmérséklet mérésére használnak. Ezek merülhetnek a hőhordozóba, használhatók beltéren vagy elhelyezhetők kültéren.

A hőérzékelő használható önálló készülékként, például a szoba hőmérsékletének ellenőrzésére, vagy egy összetett berendezés, például egy fűtőkazán elválaszthatatlan részeként.

Az automatizált vezérlésben használt ilyen eszközök alapja a hőmérsékleti értékek elektromos jellé alakításának elve. Ennek köszönhetően a mérési eredmények gyorsan továbbíthatók a hálózaton keresztül digitális kód formájában, ami nagy sebességet, érzékenységet és mérési pontosságot biztosít.

Ugyanakkor a fűtési fok mérésére szolgáló különböző eszközök rendelkezhetnek olyan szerkezeti jellemzőkkel, amelyek számos paramétert befolyásolnak: adott környezetben való működés, átviteli mód, megjelenítési módszer és mások.

A hőmérsékletmérő eszközök típusai

A hőmérő eszközök számos fontos kritérium szerint osztályozhatók, beleértve az információátvitel módját, a szerelés helyét és körülményeit, valamint a mérési algoritmust.

Az információátvitel módja szerint

Az adatok továbbításának alkalmazott módszere szerint az érzékelők két nagy kategóriába sorolhatók:

• vezetékes készülékek;
• vezeték nélküli érzékelők.

Eredetileg minden ilyen eszköz vezetékkel volt felszerelve, amelyeken keresztül a hőmérséklet-érzékelők kommunikáltak a vezérlőegységgel, továbbítva neki az információkat. Bár ma már ezeket a készülékeket a vezeték nélküli megfelelőik kiszorították, még mindig gyakran használják őket egyszerű rendszerekben.

Ezenkívül a vezetékes érzékelők nagyobb pontossággal és megbízhatósággal rendelkeznek a működés során.

Az összetett eszközben használt vezetékes érzékelő összehangolt működésének biztosítása érdekében ajánlatos azt ugyanazon gyártó által készített berendezéssel együtt használni.

Napjainkban elterjedtek a vezeték nélküli eszközök, amelyek leggyakrabban rádióhullám-vevő és -adó segítségével továbbítják az adatokat. Az ilyen készülékek gyakorlatilag bárhol felszerelhetők, beleértve a külön helyiséget vagy a szabad levegőt is.

Az ilyen hőmérséklet-érzékelők fontos jellemzői:

• akkumulátor megléte;
• a mérések hibahatára;
• a jelátvitel távolsága.

A vezeték nélküli/vezetékes eszközök teljesen helyettesíthetik egymást, azonban működésükben vannak bizonyos sajátosságok.

Az elhelyezés helye és módja szerint

Az ilyen készülékek a rögzítés helye szerint a következő típusokra oszthatók:

• ráhelyezhetők, melyek a fűtési körhöz rögzíthetők;
• merülő típusúak, amelyek a hőhordozóval érintkeznek;
• szoba típusúak, melyek lakó- vagy irodahelyiségen belül helyezkednek el;
• kültériek, melyek kívül helyezkednek el.

Egyes berendezésekben egyszerre többféle érzékelő is alkalmazható a hőmérséklet ellenőrzésére.

A mérési mechanizmus szerint

Az adatok megjelenítésének módja szerint a készülékek lehetnek:

• bimetál;
• alkoholos.

Az első változatban két különböző fémből készült lemez, valamint egy mutató jelző használata történik. Hőmérséklet-emelkedéskor az egyik elem deformálódik, nyomást gyakorolva a mutatóra. Az ilyen készülékek leolvasásai jó pontosságúak, azonban nagy hátrányuk a tehetetlenség.

A bimetál és alkoholos termosztátok gyakran vannak felszerelve fűtőberendezésekre, például kazánokra. Lehetővé teszik a felmelegedés nyomon követését, amelynek túllépése végzetes következményekkel járhat.

Ettől a hátránytól szinte teljesen mentesek az alkohol használatán alapuló érzékelők. Ebben az esetben egy hermetikusan lezárt lombikba alkoholtartalmú oldatot öntenek, amely hevítés hatására tágul. A szerkezet meglehetősen egyszerű és megbízható, de nem túl kényelmes a megfigyelésekhez.

A hőérzékelők különböző típusai

A hőmérséklet mérésére különböző működési elvű eszközöket használnak. A legkeresettebbek közé tartoznak az alább felsorolt készülékek.

Termoelemek: pontos leolvasás – bonyolult értelmezés

Ez a szerkezet két különböző fémből készült, egymáshoz forrasztott huzalból áll. A forró és hideg vég között kialakuló hőmérséklet-különbség 40-60 µV nagyságú elektromos áram forrása (az érték a termoelem anyagától függ).

A termoelemek gyártásához leggyakrabban a következő fém- és ötvözetkombinációkat használják: króm-alumínium, vas-konstantán, vas-nikkel, nikkel-króm és mások.

A termoelem nagy pontosságú hőmérséklet-érzékelőnek számít, azonban pontos leolvasása meglehetősen bonyolult. Ehhez ismerni kell az elektromotoros erőt (EME), a készülék hőmérséklet-különbségét felhasználva.

A helyes eredmény érdekében fontos kompenzálni a hideg csomópont hőmérsékletét, például hardveres módszerrel, amelynél egy második termoelemet ismert hőmérsékletű környezetbe helyeznek.

A kompenzáció szoftveres módja egy másik hőmérséklet-érzékelő elhelyezését jelenti az izokamrában a hideg csomópontokkal együtt, ami lehetővé teszi a hőmérséklet adott pontosságú ellenőrzését.

Bizonyos nehézségeket okoz a termoelem adatainak leolvasása a nemlinearitásuk miatt. A leolvasások helyességéhez a GOST Р 8.585-2001 szabvány polinomiális együtthatókat vezet be, amelyek lehetővé teszik az EME hőmérsékletté való átszámítását, valamint a fordított műveletek elvégzését.

További probléma, hogy a leolvasások mikrovoltban történnek, amelyek átalakításához nem használhatók széles körben elérhető digitális műszerek. A termoelem szerkezetekben való használatához pontos, több bites átalakítókra van szükség, amelyek minimális zajszinttel rendelkeznek.

Termisztorok: könnyen és egyszerűen

Jelentősen egyszerűbb a hőmérséklet mérése termisztorok segítségével, amelyek alapja az anyagok ellenállásának a környezeti hőmérséklettől való függése. Az ilyen eszközöknek, például a platinából készülteknek, olyan fontos előnyei vannak, mint a nagy pontosság és linearitás.

Az ilyen hőmérséklet-érzékelők fő problémájának a rendkívül alacsony hőmérsékleti ellenállás-együttható tekinthető, azonban azt pontosan mérni még mindig könnyebb, mint a termoelemek kis feszültségértékeit érzékelni.

Az ellenállás fontos jellemzője az alapellenállás adott hőmérsékleten. A GOST 21342.7-76 szabvány szerint ezt az értéket 0°C-on mérik. Emellett ajánlott az ellenállásértékek sorozatának (Ohm), valamint a T_ksz – hőmérsékleti együttható használata.

A T_ksz értéket a következő képlettel számítják ki:

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

Ahol:

• R_e – az ellenállás az aktuális hőmérsékleten;
• R_0c – az ellenállás 0°C-on;
• T_e – az aktuális hőmérséklet;
• T_0c – 0°C.

A GOST-ban szintén megadják a különböző (rézből, nikkelből, platinából készült) mérőeszközökhöz előírt hőmérsékleti együtthatókat, valamint a polinom együtthatóit, amelyekkel az aktuális ellenállásértékek alapján számítható a hőmérséklet.

A termisztoros érzékelők széles körben elterjedtek az elektronikai és gépiparban, köszönhetően a pontos leolvasásnak, érzékenységüknek és alacsony karbantartási igényüknek.

Az ellenállás méréséhez kapcsoljuk a készüléket egy áramforrás áramkörébe, és mérjük meg a differenciális feszültséget. Az értékek ellenőrizhetők integrált áramkörökkel, amelyek analóg kimenete megegyezik a tápfeszültséggel.

A hőmérséklet-érzékelők ilyen eszközökkel nyugodtan csatlakoztathatók egy analóg-digitális átalakítóhoz, és a jelet nyolc- vagy tíz bites ADC-vel digitalizáljuk.

Digitális érzékelő egyidejű mérésekhez

Széles körben elterjedtek a digitális hőmérséklet-érzékelők is, például a DS18B20 modell, amely egy három kimenettel rendelkező mikroáramkör segítségével működik. Ennek az eszköznek köszönhetően több párhuzamosan működő érzékelőről is lehet hőmérsékleti adatokat gyűjteni egyidejűleg, miközben a hibahatár csupán 0,5°C.

A népszerű modell az SHT1 kombinált hőmérséklet- és páratartalom-érzékelő, amely lehetővé teszi a hőmérséklet mérését ±2 °C pontossággal, a páratartalomét pedig ±5% hibával. A gyártó azonban kijelenti, hogy léteznek pontosabb és gazdaságosabb eszközök is.

Az eszköz további előnyei közé tartozik a széles üzemi hőmérséklet-tartomány (-55 és +125 °C között). A fő hátránya azonban a lassú működés: a legpontosabb számításokhoz a készüléknek legalább 750 ms-ra van szüksége.

Érintés nélküli pirométerek (hőkamerák)

Ezen érintés nélküli érzékelők működése a testek által kibocsátott hősugárzás érzékelésén alapul. A jelenség jellemzésére a felületegységről időegység alatt kibocsátott energia mennyiségét használják, amely egy hullámhossz-tartomány egységére esik.

Ezt a monokromatikus sugárzás intenzitását tükröző kritériumot spektrális fényességnek nevezik.

A pirométerek következő fajtái léteznek:

• sugárzási;
• fényességi (optikai);
• szín- (kolorimetrikus).

Sugárzási pirométerek lehetővé teszik a méréseket 20–25 000 °C tartományban, de a hőmérséklet meghatározásához fontos figyelembe venni a sugárzási tényezőt, amelynek tényleges értéke a test fizikai állapotától, kémiai összetételétől és más tényezőktől függ.

A sugárzásérzékelő fő aktív eleme egy teleszkóp, amelynek belsejében egy soros termoelem-láncból álló akkumulátor található. Ezen eszközök munkavégei egy platinával bevont szirmon (+) helyezkednek el.

Fényesség (optikai) pirométerek 500–4000 °C közötti hőmérsékletek mérésére szolgálnak. Nagy mérési pontosságot biztosítanak, azonban torzíthatják a leolvasásokat, mivel a testekről érkező sugárzást a megfigyelés közegéül szolgáló közeg elnyelheti.

Színpirométerek, amelyek működése a sugárzás intenzitásának meghatározásán alapul két hullámhosszon – előnyösen a spektrum vörös vagy kék szegmensében –, 800 °C-tól 0 °C-ig terjedő mérésekhez használatosak.

Fő előnyük, hogy a sugárzás hiányossága nem befolyásolja a mérési hibákat. Továbbá a mutatók nem függnek a tárgy távolságától.

Kvarc (piezoelektromos) hőmérséklet-átalakítók

A –80 °C és +250 °C közötti hőmérsékleti értékek leolvasásához kvarcátalakítók (piezoelemek) használhatók, amelyek működési elve a kvarc frekvenciafüggésén alapul a melegítés hatására. Az átalakító funkciójára ezenkívül hatással van a kristálytengelyek mentén történő vágás elhelyezkedése.

A piezoelektromos (kvarc) eszközöket leggyakrabban kutatómunka során alkalmazzák, mivel az ilyen berendezéseket kiterjesztett mérési tartomány, megbízhatóság és nagy pontosság jellemzi.

A piezoelektromos érzékelők finom érzékenységgel és nagy felbontással rendelkeznek, hosszú ideig megbízhatóan képesek működni. Az ilyen berendezéseket széles körben alkalmazzák digitális hőmérők gyártásában, és a jövő technológiái szempontjából az egyik legígéretesebb eszköznek számítanak.

Zaj (akusztikus) hőmérséklet-érzékelők

Az ilyen eszközök működését az akusztikus potenciálkülönbség mérése biztosítja az ellenállás hőmérsékletétől függően.

Az akusztikus módszerek lehetővé teszik a hőmérsékleti értékek leolvasását zárt terekben és olyan közegekben, ahol a közvetlen mérés nem lehetséges. Az ilyen eszközök alkalmazásra találtak az orvostudományban, a víz alatti kutatásokban, valamint az iparban.

Az ilyen érzékelőkkel történő mérés módja meglehetősen egyszerű: össze kell hasonlítani a két hasonló elem által keltett zajokat, amelyek közül az egyik előre ismert hőmérsékleten, a másik pedig a meghatározandó hőmérsékleten van.

Az akusztikus hőérzékelők alkalmasak a –270 és +1100°C közötti tartomány mérésére. A folyamat bonyolultsága abban rejlik, hogy a zajszint túl alacsony: az erősítő által kibocsátott hangok néha elnyomják azt.

NQR hőmérséklet-érzékelők

A magkvadrupól rezonancia hőmérők működésének lényege a kristályrács által létrehozott térgradiens és a magmomentum hatása – ez utóbbi a töltés gömbszimmetriától való eltérése miatt fellépő mutató.

E jelenség következtében az atommagok precessziója lép fel: frekvenciája a rács térgradiensétől függ. Erre a mutatóra a hőmérséklet is hatással van: emelkedése az NQR frekvencia csökkenését okozza.

Az ilyen érzékelők fő eleme egy anyaggal töltött ampulla, amelyet a generátor áramköréhez csatlakoztatott induktív tekercsbe helyeznek.

A készülékek előnye a korlátlan mérési időtartam, a megbízhatóság és a stabil működés. Hátránya viszont a mérések nemlinearitása, ami szükségessé teszi az átalakítási függvény használatát.

Félvezető alapú eszközök

Azon eszközök kategóriája, amelyek a p-n átmenet jellemzőinek hőmérséklet hatására bekövetkező változásain alapulnak. A tranzisztoron lévő feszültség mindig arányos a hőmérséklet hatásával, ami lehetővé teszi e tényező könnyű kiszámítását.

Az ilyen eszközök előnyei a nagy adatpontosság, az alacsony költség, a lineáris jellemzők a teljes mérési tartományban. Az ilyen eszközök kényelmesen közvetlenül a félvezető hordozóra szerelhetők, így kiválóan alkalmasak a mikroelektronikában.

Térfogati hőmérséklet-átalakítók

Az ilyen eszközök alapja az anyagok melegítéskor vagy hűtéskor megfigyelhető tágulásának és összehúzódásának ismert elve. Az ilyen érzékelők meglehetősen praktikusak. Használhatók -60 – +400 °C közötti hőmérsékletek meghatározására.

A hőmérséklet vizuális ellenőrzése érdekében a beltéri hőérzékelők többsége kijelzőkkel van felszerelve, amelyeken a pillanatnyi értékek jelennek meg.

Fontos megjegyezni, hogy a folyadékok ilyen műszerekkel történő mérését a forráspont és a fagyáspont, a gázokét pedig a folyékony halmazállapotba való átmenet korlátozza. A környezeti hatások által okozott mérési hiba ezeknél a műszereknél meglehetősen kicsi: 1-5% között változik.

Hőmérséklet-érzékelők kiválasztása

Az ilyen műszerek kiválasztásakor a következő tényezőket kell figyelembe venni:

• a mérési hőmérséklet-tartomány;
• az érzékelő tárgyba vagy közegbe merítésének szükségessége és lehetősége;
• a mérés körülményei: agresszív környezetben végzett mérésekhez jobb az érintésmentes változatot vagy a korróziógátló házba helyezett modellt választani;
• a készülék élettartama a kalibrálásig vagy cseréig – egyes készüléktípusok (például a termisztorok) meglehetősen gyorsan meghibásodnak;
• műszaki adatok: felbontás, feszültség, jelátviteli sebesség, pontatlanság;
• a kimeneti jel nagysága.

Bizonyos esetekben a készülék házának anyaga is fontos, beltéri használat esetén pedig a méretek és a kialakítás.

Javaslatok a saját kezű szereléshez

Az ilyen eszközöket széles körben alkalmazzák különböző célokra: radiátorokba, fűtőkazánokba és más háztartási készülékekbe építik be őket.

A szerelés megkezdése előtt figyelmesen olvassa el az utasításokat: azok nemcsak a beépítés jellemzőit (például a csatlakozó méreteit) tartalmazzák, hanem a használati szabályokat, valamint azokat a hőmérsékleti határokat is, amelyekre a mérőműszer alkalmas.

Figyelembe kell venni a hüvely méretét is, amely 120-160 mm között változhat.

Vizsgáljuk meg a hőérzékelő beszerelésének két leggyakoribb esetét.

A készülék csatlakoztatása a radiátorra

Nem érdemes minden fűtőberendezést termosztáttal ellátni. A szabályozás szerint az érzékelőket a radiátorra szerelik, ha annak összteljesítménye meghaladja a hasonló rendszerek hőtermelésének 50%-át. Ha egy helyiségben két fűtőtest van, a termosztátot csak a nagyobb teljesítményűre kell felszerelni.

A hőérzékelő a hőmérséklet-szabályozók kötelező alkotóeleme, amely lehetővé teszi a radiátorok, a padlófűtés és más fűtőberendezések fűtésének csökkentését vagy növelését.

A készülék szelepét a radiátor fűtési hálózathoz való csatlakozási pontján lévő előremenő vezetékre kell felszerelni. Ha nem lehetséges a meglévő körbe való beillesztés, akkor a betápláló vezetéket le kell szerelni, ami némi nehézséget okozhat.

Ehhez a művelethez csővágó szerszámot kell használni, míg a termosztátfej felszerelése speciális felszerelés nélkül is könnyen elvégezhető. Amint az érzékelőt felszereltük, elegendő a házon és a készüléken lévő jelöléseket összeilleszteni, majd a fejet egy finom kéznyomással rögzíteni.

A levegő hőérzékelőjének szerelése

Az ilyen készüléket a leghidegebb, huzatmentes lakóhelyiségbe kell felszerelni (az előszobában, konyhában vagy kazánházban nem ajánlott a beszerelése, mert a rendszer működésének zavarait okozhatja).

A hely kiválasztásakor ügyelni kell arra, hogy a készülékre ne essenek napsugarak, és ne legyenek a közelben fűtőberendezések (fűtőtestek, radiátorok, csövek).

Egy átlagos fűtési rendszerhez elegendő egy termosztát, míg kollektoros elrendezés esetén célszerű több érzékelőt alkalmazni, amelyek száma megegyezik a helyiségek számával. Ez lehetővé teszi a hőmérséklet egyedi szabályozását az egyes terekben.

A készülék csatlakoztatását a műszaki adatlapon található utasítások szerint kell elvégezni, ehhez a készlethez tartozó sorkapcsokat vagy kábelt kell használni.

Amennyiben szükséges a hőmérséklet nyomon követése, a “padlófűtés” hőérzékelője a betonalap mélyén is elhelyezhető. Ebben az esetben védelem céljából használható egy hullámcső, amelynek egyik vége zárt, és lejtős ívű.

Ez utóbbi jellemző lehetővé teszi, hogy szükség esetén a meghibásodott készüléket kivegyék és újra cseréljék.

A készülék felszerelése a következőképpen történik:

1. A falban egy mélyedés készül a fali készülék rögzítéséhez.
2. A hőérzékelőről eltávolítjuk az előlapot, majd az eszközt az előkészített helyre szereljük.
3. Ezután csatlakoztatjuk a fűtőkábelt az érintkezőkhöz, az érzékelőkhöz pedig a kivezetéseket.

Az utolsó lépés – a tápkábel csatlakoztatása és az előlap visszahelyezése a helyére.

A fűtőkazánhoz való termosztát bekötési rajzát részletesen ismerteti ez a cikk.

Ha az eszköz, amelynek működéséhez belső érzékelőcsatlakozás szükséges, bonyolult felépítésű, jobb szakemberhez fordulni.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Az alábbi videóban részletesen elmagyarázzák, hogyan kell elvégezni a hőberendezések felszerelését a fűtőkazánra:

Különbözik-e az érzékelők felszerelése az előremenő és a visszatérő csöveken:

A hőmérséklet-érzékelőket széles körben használják az ipar különböző területein és háztartási célokra is. Az ilyen készülékek széles választéka, amelyek különböző működési elveken alapulnak, lehetővé teszi az optimális változat kiválasztását az adott feladat megoldásához.

A házakban és lakásokban ezeket az eszközöket leggyakrabban a helyiségek komfortos hőmérsékletének fenntartására, valamint a fűtési rendszerek – radiátorok, padlófűtés – szabályozására használják.

Van mit hozzátenni, vagy kérdései merültek fel a hőmérséklet-érzékelő kiválasztásával és felszerelésével kapcsolatban? Megjegyzéseket fűzhet a kiadványhoz, részt vehet a vitákban, és megoszthatja saját tapasztalatait az ilyen eszközök használatáról. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.