Temperatursensoren zum Heizen: Zweck, Typen, Installationsanweisungen

Beim Betrieb von Heizgeräten ist es notwendig, den Erwärmungsgrad des Kühlmittels sowie der Raumluft zu kontrollieren.Temperatursensoren für Heizungen helfen bei der Erfassung und Übertragung von Informationen, die visuell abgelesen oder sofort an die Steuerung gesendet werden können.

Wir empfehlen Ihnen, zu verstehen, wie Temperatursensoren funktionieren, welche Arten von Überwachungsgeräten es gibt und welche Parameter bei der Auswahl eines Geräts berücksichtigt werden sollten. Darüber hinaus haben wir eine Schritt-für-Schritt-Anleitung vorbereitet, die Ihnen dabei hilft, selbst einen Temperatursensor an einem Heizkörper zu installieren.

Funktionsprinzip eines Thermosensors

Sie können das Heizsystem auf verschiedene Arten steuern, darunter:

• automatische Geräte zur rechtzeitigen Energieversorgung;
• Sicherheitsüberwachungsblöcke;
• Mischeinheiten.

Für den korrekten Betrieb aller dieser Gruppen sind Temperatursensoren erforderlich, die Signale über den Betrieb der Geräte liefern. Durch die Beobachtung der Messwerte dieser Geräte können wir Fehler im System rechtzeitig erkennen und Korrekturmaßnahmen ergreifen.

Es gibt viele Arten von Geräten zur Fiebermessung. Sie können in Kühlmittel getaucht, im Innenbereich oder im Freien eingesetzt werden

Ein Temperatursensor kann als separates Gerät verwendet werden, um beispielsweise die Temperatur eines Raums zu überwachen, oder integraler Bestandteil eines komplexen Geräts, beispielsweise eines Heizkessels, sein.

Grundlage solcher in der automatisierten Steuerung eingesetzten Geräte ist das Prinzip der Umwandlung von Temperaturindikatoren in ein elektrisches Signal. Dadurch können Messergebnisse schnell in Form eines digitalen Codes über das Netzwerk übertragen werden, was eine hohe Geschwindigkeit, Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messung garantiert.

Gleichzeitig können verschiedene Geräte zur Messung der Heizstufe Konstruktionsmerkmale aufweisen, die eine Reihe von Parametern beeinflussen: Betrieb in einer bestimmten Umgebung, Übertragungsmethode, Visualisierungsmethode und andere.

Arten von Geräten zur Temperaturmessung

Wärmegeräte können nach einer Reihe wichtiger Kriterien klassifiziert werden, darunter der Art der Informationsübertragung, dem Standort und den Installationsbedingungen sowie dem Algorithmus zur Messwerterfassung.

Durch die Art der Informationsübertragung

Je nach Art der Informationsübertragung werden Sensoren in zwei große Kategorien eingeteilt:

• kabelgebundene Geräte;
• drahtlose Sensoren.

Ursprünglich waren alle derartigen Geräte mit Kabeln ausgestattet, über die Wärmesensoren mit der Steuereinheit kommunizierten und Informationen an diese übermittelten. Obwohl solche Geräte inzwischen ihre drahtlosen Gegenstücke abgelöst haben, werden sie immer noch häufig in einfachen Schaltkreisen verwendet.

Darüber hinaus sind kabelgebundene Sensoren genauer und zuverlässiger im Betrieb.

Um einen konsistenten Betrieb eines in einem Verbundgerät verwendeten kabelgebundenen Sensors zu gewährleisten, empfiehlt es sich, ihn mit Geräten desselben Herstellers zu kombinieren

Heutzutage sind drahtlose Geräte weit verbreitet, die Informationen meist über einen Funkwellensender und -empfänger übertragen. Solche Geräte können fast überall installiert werden, auch in einem separaten Raum oder im Freien.

Wichtige Eigenschaften solcher Temperatursensoren sind:

• Vorhandensein einer Batterie;
• Messfehler;
• Signalübertragungsbereich.

Drahtlose/kabelgebundene Geräte können sich gegenseitig vollständig ersetzen, es gibt jedoch einige Besonderheiten in ihrer Funktionsweise.

Nach Standort und Art der Platzierung

Je nach Montageort werden solche Geräte in folgende Typen eingeteilt:

• an den Heizkreis angeschlossene Gemeinkosten;
• tauchfähig, in Kontakt mit dem Kühlmittel;
• im Innenbereich, innerhalb eines Wohn- oder Büroraums;
• extern, die sich außerhalb befinden.

Einige Geräte verwenden möglicherweise mehrere Arten von Sensoren gleichzeitig, um die Temperatur zu steuern.

Entsprechend dem Mechanismus zum Ablesen

Je nach Art der Informationsanzeige können Geräte sein:

• Bimetall;
• Alkohol.

Die erste Möglichkeit beinhaltet die Verwendung von zwei Platten aus unterschiedlichen Metallen sowie einer Messuhr. Mit steigender Temperatur verformt sich eines der Elemente, wodurch Druck auf den Pfeil entsteht. Die Messwerte solcher Geräte zeichnen sich durch eine gute Genauigkeit aus, ihr großer Nachteil ist jedoch ihre Trägheit.

Bimetall- und Alkoholthermostate werden häufig an Heizgeräten, beispielsweise Boilern, installiert. Sie ermöglichen die Überwachung von Hitze, deren Überschreitung fatale Folgen haben kann.

Sensoren, deren Funktionsweise auf der Verwendung von Alkohol basiert, weisen diesen Nachteil nahezu vollständig auf. Dabei wird eine alkoholhaltige Lösung in einen hermetisch verschlossenen Kolben gegossen, der sich beim Erhitzen ausdehnt. Das Design ist recht einfach, zuverlässig, aber für Beobachtungen nicht sehr praktisch.

Verschiedene Arten von Temperatursensoren

Zur Temperaturmessung werden Geräte mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien eingesetzt. Zu den beliebtesten Geräten zählen die unten aufgeführten Geräte.

Thermoelemente: Genaue Messwerte – schwer zu interpretieren

Ein solches Gerät besteht aus zwei miteinander verlöteten Drähten aus unterschiedlichen Metallen. Der zwischen heißem und kaltem Ende auftretende Temperaturunterschied dient als Quelle eines elektrischen Stroms von 40–60 μV (der Indikator hängt vom Material des Thermoelements ab).

Die folgenden Kombinationen von Metallen und Legierungen werden am häufigsten für die Herstellung von Thermoelementen verwendet: Chrom-Aluminium, Eisen-Costantan, Eisen-Nickel, Nickel-Chrom und andere

Das Thermoelement gilt als hochpräziser Temperatursensor, es ist jedoch ziemlich schwierig, genaue Messwerte daraus zu erhalten. Dazu müssen Sie die elektromotorische Kraft (EMF) anhand der Temperaturdifferenz des Geräts ermitteln.

Damit das Ergebnis korrekt ist, ist es wichtig, die Temperatur der Vergleichsstelle zu kompensieren, beispielsweise mithilfe einer Hardware-Methode, bei der ein zweites Thermoelement in einer Umgebung mit einer zuvor bekannten Temperatur platziert wird.

Bei der Software-Kompensationsmethode wird zusammen mit den Vergleichsstellen ein weiterer Temperatursensor in der Isokammer platziert, wodurch Sie die Temperatur mit einer bestimmten Genauigkeit steuern können.

Der Prozess der Datengewinnung von einem Thermoelement bereitet aufgrund seiner Nichtlinearität gewisse Schwierigkeiten. Um die Richtigkeit der Messwerte sicherzustellen, führt GOST R 8.585-2001 Polynomkoeffizienten ein, mit denen Sie EMF in Temperatur umrechnen und umgekehrte Operationen durchführen können.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Messwerte in Mikrovolt gemessen werden, die mit weit verbreiteten digitalen Instrumenten nicht umgerechnet werden können.Um ein Thermoelement in Konstruktionen verwenden zu können, ist es notwendig, genaue, mehrstellige Wandler mit einem minimalen Rauschpegel bereitzustellen.

Thermistoren: einfach und unkompliziert

Viel einfacher ist die Temperaturmessung mit Thermistoren, die auf dem Prinzip der Abhängigkeit des Materialwiderstands von der Umgebungstemperatur basieren. Solche Geräte, beispielsweise aus Platin, haben so wichtige Vorteile wie hohe Genauigkeit und Linearität.

Als Hauptproblem solcher Temperatursensoren kann der extrem niedrige Temperaturkoeffizient des Widerstands angesehen werden, dessen genaue Messung jedoch immer noch einfacher ist als die Erfassung niedriger Spannungswerte von Thermoelementen

Eine wichtige Eigenschaft eines Widerstands ist sein Basiswiderstand bei einer bestimmten Temperatur. Gemäß GOST 21342.7-76 wird dieser Indikator bei 0°C gemessen. In diesem Fall wird empfohlen, eine Reihe von Widerstandswerten (Ohm) sowie T zu verwenden_ks – Temperaturkoeffizient.

T-Anzeige_ks berechnet nach der Formel:

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

Wo:

• R_e – Widerstand bei aktueller Temperatur;
• R_0c – Widerstand bei 0°C;
• T_e - aktuelle Temperatur;
• T_0c – 0°C.

GOST stellt außerdem Temperaturkoeffizienten für verschiedene Messgeräte aus Kupfer, Nickel und Platin bereit und gibt auch Polynomkoeffizienten an, die zur Berechnung der Temperatur auf der Grundlage aktueller Widerstandswerte verwendet werden.

Thermistorsensoren werden aufgrund ihrer Genauigkeit, Empfindlichkeit und einfachen Bedienung häufig in der Elektronik- und Maschinenbauindustrie eingesetzt.

Sie können den Widerstand messen, indem Sie das Gerät an einen Stromquellenkreis anschließen und die Differenzspannung messen. Sie können die Indikatoren mithilfe integrierter Schaltkreise überwachen, deren Analogausgang der Versorgungsspannung entspricht.

Wärmesensoren mit solchen Geräten können sicher an einen Analog-Digital-Wandler angeschlossen und mit einem Acht- oder Zehn-Bit-ADC digitalisiert werden.

Digitaler Sensor für gleichzeitige Messungen

Weit verbreitet sind auch digitale Temperatursensoren, beispielsweise das Modell DS18B20, das mit einer Mikroschaltung mit drei Ausgängen arbeitet. Dank dieses Geräts ist es möglich, Temperaturmessungen von mehreren parallel arbeitenden Sensoren gleichzeitig mit einem Fehler von nur 0,5 durchzuführen°C.

Ein beliebtes Modell ist der kombinierte Temperatur-/Feuchtigkeitssensor SHT1, mit dem Sie Wärme mit einer Genauigkeit von +2° und Luftfeuchtigkeit mit einer Genauigkeit von +5 messen können. Der Hersteller selbst behauptet jedoch, dass es genauere und wirtschaftlichere Geräte gibt

Zu den weiteren Vorteilen dieses Geräts gehört auch der große Betriebstemperaturbereich (-55+125°C). Der größte Nachteil ist der langsame Betrieb: Für genaueste Berechnungen benötigt das Gerät mindestens 750 ms.

Berührungslose Irometer (Wärmebildkameras)

Die Wirkung dieser berührungslosen Sensoren basiert auf der Erfassung der von Körpern ausgehenden Wärmestrahlung. Um dieses Phänomen zu charakterisieren, wird die pro Zeiteinheit von einer Einheitsoberfläche freigesetzte Energiemenge verwendet, die in einen Einheitswellenlängenbereich fällt.

Ein ähnliches Kriterium, das die Intensität monochromatischer Strahlung widerspiegelt, wird als spektrale Leuchtkraft bezeichnet.

Es gibt folgende Arten von Pyrometern:

• Strahlung;
• Helligkeit (optisch);
• Farbe.

Strahlung Pyrometer ermöglichen Messungen im Bereich von 20–25.000 °C. Um die Temperatur zu bestimmen, ist es jedoch wichtig, den Strahlungsunvollständigkeitskoeffizienten zu berücksichtigen, dessen effektiver Wert vom physikalischen Zustand des Körpers und seiner chemischen Zusammensetzung abhängt Zusammensetzung und andere Faktoren.

Das Hauptbetriebselement des Strahlungssensors ist ein Teleskop, in dessen Inneren sich eine Batterie befindet, die aus einer Reihenschaltung von Thermoelementen besteht. Die Arbeitsenden dieser Geräte befinden sich auf einem platinbeschichteten Blütenblatt (+)

Helligkeitspyrometer (optisch). Entwickelt für die Messung von Temperaturen zwischen 500 und 4000 °C. Sie bieten eine hohe Messgenauigkeit, können jedoch die Messwerte aufgrund der möglichen Absorption von Strahlung von Körpern durch das Zwischenmedium, durch das die Beobachtungen erfolgen, verfälschen.

Farbpyrometer, deren Wirkungsweise auf der Bestimmung der Intensität der Strahlung bei zwei Wellenlängen – vorzugsweise im roten oder blauen Teil des Spektrums – beruht, werden für Messungen im Bereich von 800 bis 0 °C eingesetzt.

Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass die Unvollständigkeit der Strahlung keinen Einfluss auf Messfehler hat. Darüber hinaus sind die Indikatoren unabhängig von der Entfernung zum Objekt.

Quarz-Temperaturwandler (piezoelektrisch)

Um Temperaturmessungen im Bereich von -80 +250 °C durchzuführen, können Sie Quarzwandler (piezoelektrische Elemente) verwenden, deren Funktionsprinzip auf der Frequenzabhängigkeit von Quarz bei Erwärmung basiert. In diesem Fall wird die Funktion des Wandlers durch die Lage des Schnitts entlang der Kristallachsen beeinflusst.

Piezoelektrische (Quarz-)Geräte werden am häufigsten in Forschungsarbeiten eingesetzt, da sich solche Geräte durch einen erweiterten Messbereich, Zuverlässigkeit und hohe Genauigkeit auszeichnen

Piezoelektrische Sensoren zeichnen sich durch eine feine Empfindlichkeit, eine hohe Auflösung und einen zuverlässigen Betrieb über einen langen Zeitraum aus. Solche Geräte werden häufig bei der Herstellung digitaler Thermometer eingesetzt und gelten als eines der vielversprechendsten Geräte für zukünftige Technologien.

Geräusche (akustische) Temperatursensoren

Der Betrieb solcher Geräte wird durch die Beseitigung der akustischen Potentialdifferenz in Abhängigkeit von der Temperatur des Widerstands sichergestellt.

Akustische Methoden ermöglichen die Messung der Temperatur in geschlossenen Räumen und Umgebungen, in denen eine direkte Messung nicht möglich ist. Ähnliche Geräte finden Anwendung in der Medizin, in der Unterwasserforschung sowie in der Industrie.

Die Messmethode mit solchen Sensoren ist recht einfach: Es ist notwendig, das von zwei ähnlichen Elementen erzeugte Rauschen zu vergleichen, von denen eines eine zuvor bekannte Temperatur und das zweite eine bestimmte Temperatur hat.

Akustische Temperatursensoren eignen sich zur Messung im Bereich -270 – +1100°C. Gleichzeitig liegt die Schwierigkeit des Verfahrens im zu geringen Geräuschpegel: Die vom Verstärker erzeugten Geräusche übertönen ihn manchmal.

NQR-Temperatursensoren

Der Kern der Funktionsweise von Kernquadrupolresonanzthermometern ist die Wirkung des Feldgradienten, der durch die Kristallgitter und das Kernmoment gebildet wird – ein Indikator, der durch die Abweichung der Ladung von der Symmetrie der Kugel verursacht wird.

Als Folge dieses Phänomens kommt es zu einer Prozession von Kernen: Ihre Häufigkeit hängt vom Gradienten des Gitterfeldes ab.Der Wert dieses Indikators wird auch von der Temperatur beeinflusst: Ihr Anstieg führt zu einem Abfall der NQR-Frequenz.

Das Hauptelement solcher Sensoren ist eine Ampulle mit einer Substanz, die in einer mit dem Generatorkreis verbundenen Induktivitätswicklung platziert wird.

Der Vorteil der Geräte liegt in der unbegrenzten Messdauer, Zuverlässigkeit und stabilen Betrieb. Der Nachteil ist die Nichtlinearität der Messungen, die den Einsatz einer Umrechnungsfunktion erforderlich macht.

Halbleiterbauelemente

Eine Kategorie von Geräten, die auf der Grundlage von Änderungen der Eigenschaften eines pn-Übergangs arbeiten, die durch die Einwirkung von Temperaturen verursacht werden. Die Spannung am Transistor ist immer proportional zum Temperatureinfluss, wodurch sich dieser Faktor leicht berechnen lässt.

Die Vorteile solcher Geräte sind eine hohe Datengenauigkeit, niedrige Kosten und lineare Eigenschaften über den gesamten Messbereich. Es ist praktisch, solche Geräte direkt auf einem Halbleitersubstrat zu montieren, wodurch sie sich hervorragend für die Mikroelektronik eignen.

Volumenwandler zur Temperaturmessung

Solche Geräte basieren auf dem bekannten Prinzip der beim Erhitzen oder Abkühlen beobachteten Ausdehnung und Kontraktion von Stoffen. Solche Sensoren sind durchaus praktisch. Mit ihnen können Temperaturen im Bereich von -60 bis +400 °C ermittelt werden.

Um eine visuelle Kontrolle der Temperatur zu ermöglichen, sind die meisten in Räumen angebrachten Temperatursensoren mit Displays ausgestattet, die aktuelle Werte anzeigen

Es ist wichtig zu bedenken, dass Messungen von Flüssigkeiten mit solchen Geräten durch ihre Siede- und Gefriertemperaturen und Messungen von Gasen durch ihren Übergang in den flüssigen Zustand begrenzt sind.Der durch Umwelteinflüsse verursachte Messfehler ist bei diesen Geräten recht gering: Er schwankt zwischen 1-5 %.

Auswahl von Temperatursensoren

Bei der Auswahl solcher Geräte spielen Faktoren wie:

• Temperaturbereich, in dem gemessen wird;
• die Notwendigkeit und Möglichkeit, den Sensor in ein Objekt oder eine Umgebung einzutauchen;
• Messbedingungen: Um Messungen in einer aggressiven Umgebung durchzuführen, ist es besser, eine berührungslose Version oder ein Modell in einem korrosionsbeständigen Gehäuse zu bevorzugen;
• die Lebensdauer des Geräts vor der Kalibrierung oder dem Austausch – einige Gerätetypen (z. B. Thermistoren) fallen schnell aus;
• technische Daten: Auflösung, Spannung, Signalgeschwindigkeit, Fehler;
• Ausgangssignalwert.

In manchen Fällen ist auch das Material des Gerätekörpers wichtig, bei der Verwendung im Innenbereich kommt es auch auf die Abmessungen und das Design an.

Empfehlungen zur Do-it-yourself-Installation

Solche Geräte werden häufig für verschiedene Zwecke eingesetzt: Sie sind mit Heizkörpern, Heizkesseln und anderen Haushaltsgeräten ausgestattet.

Bevor Sie mit der Installation beginnen, sollten Sie die Anleitung sorgfältig lesen: Sie gibt nicht nur die Installationsmerkmale (z. B. Abmessungen für den Anschluss an das Rohr), sondern auch die Betriebsregeln sowie die Temperaturgrenzen an, für die das Messgerät geeignet ist.

Es ist auch notwendig, die Größe der Hülse zu berücksichtigen, die zwischen 120 und 160 mm variieren kann.

Betrachten wir die beiden häufigsten Fälle der Installation eines Temperatursensors.

Anschließen des Geräts an einen Heizkörper

Es ist nicht notwendig, alle Heizgeräte mit einem Thermostat auszustatten. Gemäß den Vorschriften ist An der Batterie sind Sensoren angebracht, wenn seine Gesamtleistung 50 % der Wärmeerzeugung ähnlicher Anlagen übersteigt.Befinden sich zwei Heizgeräte im Raum, wird der Thermostat nur an einem mit höherer Leistung installiert.

Der Temperatursensor ist ein obligatorischer Bestandteil von Temperaturreglern, mit denen Sie die Erwärmung von Heizkörpern, Fußbodenheizungen und anderen Heizgeräten reduzieren oder erhöhen können

Das Geräteventil wird an der Versorgungsleitung an der Stelle installiert, an der der Heizkörper an das Heizungsnetz angeschlossen ist. Ist das Einbinden in eine bestehende Kette nicht möglich, muss die Versorgungsleitung demontiert werden, was zu einigen Schwierigkeiten führen kann.

Um diese Manipulation durchzuführen, müssen Sie ein Werkzeug zum Schneiden von Rohren verwenden, während die Installation eines Thermokopfs problemlos ohne spezielle Ausrüstung erfolgen kann. Sobald der Sensor montiert ist, genügt es, die am Gehäuse und am Gerät angebrachten Markierungen auszurichten und anschließend den Kopf mit einem sanften Handdruck zu fixieren.

Installation eines Lufttemperatursensors

Ein solches Gerät wird im kältesten Wohnzimmer ohne Zugluft installiert (im Flur, in der Küche oder im Heizraum ist seine Installation unerwünscht, da es zu Störungen im Betrieb der Anlage kommen kann).

Bei der Standortwahl ist darauf zu achten, dass das Gerät keiner Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist und sich keine Heizgeräte (Heizungen, Heizkörper, Rohre) in der Nähe befinden.

Bei einer herkömmlichen Heizungsanlage reicht ein Thermostat aus, bei einer Kollektorschaltung empfiehlt sich der Einsatz mehrerer Sensoren, deren Anzahl mit der Anzahl der Räume übereinstimmt. Dadurch können Sie die Temperatur in separaten Räumen individuell regulieren.

Der Anschluss des Geräts erfolgt gemäß den Anweisungen im technischen Datenblatt über die im Kit enthaltenen Klemmen oder Kabel.

Wenn Sie Ihre Temperatur überwachen müssen Temperatursensor im „warmen Boden“ kann tief im Betonestrich platziert werden. In diesem Fall können Sie zum Schutz ein Wellrohr mit einem geschlossenen Ende und einem schrägen Bogen verwenden.

Die letztgenannte Funktion ermöglicht es, bei Bedarf das defekte Gerät zu entfernen und durch ein neues zu ersetzen.

Die Installation des Gerätes erfolgt wie folgt:

1. Für die Montage eines Aufsatzes wird eine Aussparung in der Wand angebracht.
2. Der vordere Teil wird vom Temperatursensor entfernt und anschließend wird das Gerät auf der vorbereiteten Fläche installiert.
3. Als nächstes wird das Heizkabel mit den Kontakten verbunden, während die Klemmen mit den Sensoren verbunden werden.

Der letzte Schritt besteht darin, das Stromkabel anzuschließen und die Frontplatte an ihrer Stelle zu installieren.

Der Thermostat-Anschlussplan für einen Heizkessel ist ausführlich beschrieben in Dieser Artikel.

Wenn das Gerät, dessen Funktionalität einen internen Anschluss von Sensoren erfordert, ein komplexes Design aufweist, ist es besser, sich an Spezialisten zu wenden.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Das folgende Video beschreibt detailliert, wie thermische Geräte an einem Heizkessel installiert werden:

Ist die Installation von Sensoren an den Vor- und Rücklaufleitungen unterschiedlich?

Temperatursensoren werden sowohl in verschiedenen Branchen als auch für Haushaltszwecke häufig eingesetzt. Eine große Auswahl ähnlicher Geräte, die auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien basieren, ermöglicht es Ihnen, die beste Option zur Lösung eines bestimmten Problems auszuwählen.

In Häusern und Wohnungen werden solche Geräte am häufigsten zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Temperatur in den Räumlichkeiten sowie zur Regulierung von Heizsystemen – Heizkörpern, Fußbodenheizung – eingesetzt.

Haben Sie noch etwas hinzuzufügen oder haben Sie Fragen zur Auswahl und Installation eines Temperatursensors? Sie können Kommentare zur Veröffentlichung hinterlassen, an Diskussionen teilnehmen und Ihre eigenen Erfahrungen mit der Verwendung solcher Geräte teilen. Das Kontaktformular befindet sich im unteren Block.