Temperatuursensoren voor verwarming: doel, soorten, installatie-instructies

Bij het gebruik van verwarmingsapparaten is het nodig om de temperatuur van de warmtedrager en de lucht in de ruimte te controleren. Temperatuursensoren voor verwarming helpen bij het meten en doorgeven van informatie; deze gegevens kunnen visueel worden afgelezen of direct naar een regelaar worden gestuurd.

Wij stellen voor om te begrijpen hoe temperatuursensoren werken, welke soorten regelapparaten er zijn, en met welke parameters u rekening moet houden bij het kiezen van een apparaat. Daarnaast hebben wij een stapsgewijze handleiding opgesteld die u helpt om zelf een temperatuursensor op een verwarmingsradiator te installeren.

Werkingsprincipe van een temperatuursensor

Het verwarmingssysteem kan op verschillende manieren worden gecontroleerd, waaronder:

• automatische apparaten voor tijdige energietoevoer;
• veiligheidsbewakingsmodules;
• menggroepen.

Voor een correcte werking van al deze groepen zijn temperatuursensoren nodig die signalen geven over het functioneren van de apparaten. Het observeren van de metingen van deze apparaten maakt het mogelijk om tijdig storingen in het systeem te detecteren en corrigerende maatregelen te nemen.

Er bestaan vele varianten van apparaten die worden gebruikt voor temperatuurmeting. Ze kunnen worden ondergedompeld in warmtedragers, binnen worden gebruikt of buiten worden geplaatst.

Een temperatuursensor kan worden gebruikt als een apart apparaat, bijvoorbeeld om de kamertemperatuur te regelen, of een integraal onderdeel zijn van een complex apparaat, zoals een verwarmingsketel.

De basis van dergelijke apparaten die in geautomatiseerde besturing worden gebruikt, is het principe van het omzetten van temperatuurwaarden in een elektrisch signaal. Hierdoor kunnen meetresultaten snel via een netwerk worden verzonden als digitale code, wat zorgt voor een hoge snelheid, gevoeligheid en nauwkeurigheid van de meting.

Tegelijkertijd kunnen verschillende apparaten voor het meten van de verwarmingsfase constructieve kenmerken hebben die een reeks parameters beïnvloeden: werking in een bepaalde omgeving, overdrachtsmethode, visualisatiemethode en andere.

Soorten apparaten voor temperatuurmeting

Temperatuurtoestellen kunnen worden geclassificeerd op basis van een aantal belangrijke criteria, waaronder de methode van informatieoverdracht, plaats en omstandigheden van installatie, en het algoritme voor het aflezen van waarden.

Volgens de methode van informatieoverdracht

Volgens de gebruikte methode van informatieoverdracht worden sensoren onderverdeeld in twee grote categorieën:

• bedrade apparaten;
• draadloze sensoren.

Aanvankelijk waren al dergelijke apparaten uitgerust met draden, via welke de temperatuursensoren verbonden waren met de regeleenheid en daar informatie naartoe zonden. Hoewel draadloze equivalenten deze apparaten inmiddels grotendeels hebben verdrongen, worden ze nog steeds vaak gebruikt in eenvoudige schema's.

Bovendien onderscheiden bedrade sensoren zich door een grotere meetnauwkeurigheid en betrouwbaarheid in de werking.

Om een gecoördineerde werking van de in een samengesteld apparaat gebruikte bedrade sensor te waarborgen, is het raadzaam deze te combineren met apparatuur die door dezelfde fabrikant is vervaardigd.

Tegenwoordig zijn draadloze apparaten wijdverbreid, die meestal gegevens verzenden via een radiozender en -ontvanger. Dergelijke apparaten kunnen vrijwel overal worden gemonteerd, inclusief in een aparte ruimte of in de open lucht.

Belangrijke kenmerken van dergelijke temperatuursensoren zijn:

• aanwezigheid van een accu;
• meetafwijking van de uitgevoerde metingen;
• signaaloverdrachtsafstand.

Draadloze/bedrade apparaten kunnen elkaar volledig vervangen, maar er zijn enkele bijzonderheden in hun werking.

Volgens plaats en manier van plaatsing

Naar bevestigingsplaats worden dergelijke apparaten onderverdeeld in de volgende varianten:

• opbouwmodellen, bevestigd aan het verwarmingscircuit;
• dompelmodellen, in contact met de warmtedrager;
• kamer modellen, geplaatst in een woon- of bedrijfsruimte;
• externe modellen, die zich buiten bevinden.

In sommige apparaten kunnen gelijktijdig meerdere soorten sensoren voor temperatuurregeling worden gebruikt.

Volgens het mechanisme van het aflezen van waarden

Naar de wijze van informatieweergave kunnen apparaten zijn:

• bimetaal;
• alcohol.

In de eerste variant wordt gebruik gemaakt van twee platen van verschillende metalen, evenals een wijzerindicator. Bij temperatuurstijging vervormt een van de elementen, waardoor er druk op de wijzer ontstaat. De metingen van dergelijke apparaten zijn vrij nauwkeurig, maar een groot nadeel is hun traagheid.

Bimetaal- en alcoholthermostaten worden vaak op verwarmingsapparatuur, zoals ketels, geïnstalleerd. Ze maken het mogelijk de opwarming te volgen, waarvan overschrijding tot fatale gevolgen kan leiden.

Dit nadeel hebben sensoren die werken op basis van alcohol vrijwel niet. In dit geval wordt een alcoholhoudende oplossing in een hermetisch afgesloten kolf gegoten, die uitzet bij verhitting. De constructie is vrij eenvoudig, betrouwbaar, maar niet erg geschikt voor observatie.

Verschillende soorten temperatuursensoren

Voor het meten van de temperatuur worden apparaten met verschillende werkingsprincipes gebruikt. Tot de meest gevraagde behoren de hieronder genoemde apparaten.

Thermokoppels: nauwkeurige meting – interpretatieproblemen

Een dergelijk apparaat bestaat uit twee aan elkaar gesoldeerde draden van verschillende metalen. Het temperatuurverschil dat ontstaat tussen het warme en het koude uiteinde, dient als bron van elektrische stroom van 40-60 µV (de waarde hangt af van het materiaal van de thermokoppel).

De meest gebruikte combinaties van metalen en legeringen voor het maken van thermokoppels zijn: chroom-aluminium, ijzer-constantaan, ijzer-nikkel, nikkel-chroom en andere.

Een thermokoppel wordt beschouwd als een zeer nauwkeurige temperatuursensor, maar het is vrij moeilijk om er nauwkeurige metingen van te verkrijgen. Hiervoor moet men de elektromotorische kracht (EMK) bepalen door gebruik te maken van het temperatuurverschil van het apparaat.

Om een correct resultaat te krijgen, is het belangrijk om de temperatuur van de koude las te compenseren, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een hardwarematige methode, waarbij een tweede thermokoppel in een omgeving met een vooraf bekende temperatuur wordt geplaatst.

De softwarematige compensatiemethode omvat het plaatsen van een andere temperatuursensor in een isokamer samen met de koude lassen, waardoor de temperatuur met de gewenste nauwkeurigheid kan worden geregeld.

Het proces van het uitlezen van gegevens van een thermokoppel veroorzaakt bepaalde moeilijkheden vanwege de niet-lineariteit ervan. Voor de juistheid van de metingen zijn in GOST R 8.585-2001 polynoomcoëfficiënten opgenomen die het mogelijk maken om EMK om te zetten in temperatuur en omgekeerde bewerkingen uit te voeren.

Een ander probleem is dat de metingen in microvolt worden uitgevoerd, waarvoor het niet mogelijk is om algemeen verkrijgbare digitale instrumenten te gebruiken voor de omzetting. Om een thermokoppel in constructies te gebruiken, moeten nauwkeurige, meerdere-bits omzetters met een minimaal ruisniveau worden voorzien.

Thermistors: eenvoudig en gemakkelijk

Het is aanzienlijk eenvoudiger om temperatuur te meten met behulp van thermistors, die gebaseerd zijn op het principe van de afhankelijkheid van de weerstand van materialen van de omgevingstemperatuur. Dergelijke apparaten, bijvoorbeeld gemaakt van platina, hebben belangrijke voordelen zoals hoge nauwkeurigheid en lineariteit.

Het grootste probleem van dergelijke temperatuursensoren kan worden beschouwd als de extreem lage temperatuurcoëfficiënt van de weerstand, maar het is nog steeds gemakkelijker om deze nauwkeurig te meten dan om de kleine spanningswaarden van thermokoppels te detecteren.

Een belangrijke eigenschap van een weerstand is de basisweerstand bij een bepaalde temperatuur. Volgens GOST 21342.7-76 wordt deze waarde gemeten bij 0°C. Hierbij wordt aanbevolen om een reeks weerstandswaarden (Ohm) te gebruiken, evenals T_ks – de temperatuurcoëfficiënt.

De waarde T_ks wordt berekend met de formule:

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

Waarbij:

• R_e – weerstand bij de heersende temperatuur;
• R_0c – weerstand bij 0°C;
• T_e – heersende temperatuur;
• T_0c – 0°C.

In GOST worden ook de temperatuurcoëfficiënten vermeld die zijn voorzien voor verschillende meetapparaten gemaakt van koper, nikkel, platina, en ook worden de polynoomcoëfficiënten aangegeven die worden gebruikt om de temperatuur te berekenen op basis van de huidige weerstandswaarden.

Thermistorsensoren zijn wijdverbreid in de elektronica- en machinebouwindustrie vanwege de nauwkeurigheid van de metingen, gevoeligheid en onderhoudsgemak.

De weerstand kan worden gemeten door het apparaat in de stroombronkring aan te sluiten en de differentiële spanning te meten. De waarden kunnen worden gecontroleerd met behulp van geïntegreerde schakelingen, waarvan de analoge uitgang gelijk is aan de voedingsspanning.

Temperatuursensors met dergelijke apparaten kunnen veilig worden aangesloten op een analoog-naar-digitaalomzetter, waarbij het signaal wordt gedigitaliseerd met een 8- of 10-bit ADC.

Digitale sensor voor gelijktijdige metingen

Digitale temperatuursensors hebben ook brede toepassing gevonden, bijvoorbeeld het model DS18B20, dat werkt met behulp van een chip met drie uitgangen. Dankzij dit apparaat is het mogelijk om tegelijkertijd temperatuurmetingen uit te voeren van meerdere parallel werkende sensors, waarbij de fout slechts 0,5°C bedraagt.

Een populair model is de gecombineerde temperatuur/vochtigheidssensor SHT1, die warmtemetingen mogelijk maakt met een nauwkeurigheid van 2°C en vochtigheid met een foutmarge van 5%. De fabrikant zelf beweert echter dat er nauwkeurigere en zuinigere apparaten bestaan.

Andere voordelen van dit apparaat zijn onder meer het brede bedrijfstemperatuurbereik (-55 tot +125°C). Het grootste nadeel is echter de trage werking: voor de meest nauwkeurige berekeningen heeft het apparaat minimaal 750 ms nodig.

Contactloze pyrometers (warmtebeeldcamera's)

De werking van deze contactloze sensoren is gebaseerd op het detecteren van thermische straling die van objecten uitgaat. Om dit fenomeen te karakteriseren wordt de hoeveelheid energie gebruikt die per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid wordt uitgestraald, die betrekking heeft op een eenheid van golflengtebereik.

Een dergelijk criterium, dat de intensiteit van monochromatische straling weergeeft, wordt spectrale helderheid genoemd.

Er bestaan de volgende typen pyrometers:

• stralingspyrometers;
• helderheidspyrometers (optische);
• kleurpyrometers.

Stralingspyrometers maken metingen mogelijk in het bereik van 20-25000°C, maar voor temperatuurbepaling is het belangrijk om rekening te houden met de emissiecoëfficiënt, waarvan de effectieve waarde afhangt van de fysieke toestand van het object, de chemische samenstelling en andere factoren.

Het belangrijkste werkende element van de stralingssensor is een telescoop, waarin zich een batterij bevindt die bestaat uit een serieschakeling van thermokoppels. De werkende uiteinden van deze apparaten bevinden zich op een met platina bedekt blad (+)

Optische pyrometers zijn ontworpen voor het meten van temperaturen van 500-4000°C. Ze bieden een hoge meetnauwkeurigheid, maar kunnen de metingen verstoren door mogelijke absorptie van straling van objecten door het tussenliggende medium waardoor de observaties worden gedaan.

Kleurenpyrometers, waarvan de werking is gebaseerd op het bepalen van de stralingsintensiteit op twee golflengten – bij voorkeur in het rode of blauwe deel van het spectrum, worden gebruikt voor metingen in het bereik van 800 tot 0°C.

Hun belangrijkste voordeel is dat de onvolledigheid van de straling geen invloed heeft op de meetfouten. Bovendien zijn de waarden onafhankelijk van de afstand tot het object.

Kwarts (piëzo-elektrische) temperatuurtransducers

Voor het aflezen van temperaturen in het bereik -80 tot +250°C kunnen kwartssensoren (piëzo-elementen) worden gebruikt, waarvan het werkingsprincipe is gebaseerd op de frequentieafhankelijkheid van kwarts bij verhitting. Hierbij wordt de functie van de sensor beïnvloed door de oriëntatie van de snede ten opzichte van de kristalassen.

Piëzo-elektrische (kwarts) apparaten worden meestal gebruikt bij onderzoekswerkzaamheden, omdat dergelijke apparaten worden gekenmerkt door een uitgebreid meetbereik, betrouwbaarheid en hoge nauwkeurigheid.

Piëzo-elektrische sensoren onderscheiden zich door een fijne gevoeligheid, hoge resolutie en kunnen gedurende lange tijd betrouwbaar werken. Dergelijke apparaten worden veel gebruikt bij de vervaardiging van digitale thermometers en worden beschouwd als een van de meest veelbelovende instrumenten voor toekomstige technologieën.

Akoestische temperatuursensoren (ruissensoren)

Het functioneren van dergelijke apparaten wordt mogelijk gemaakt door het meten van het akoestische potentiaalverschil afhankelijk van de temperatuur van de weerstand.

Akoestische methoden maken het mogelijk om temperatuurmetingen uit te voeren in afgesloten ruimtes en omgevingen waar directe meting niet mogelijk is. Dergelijke instrumenten hebben toepassingen gevonden in de geneeskunde, bij onderwateronderzoek en in de industrie.

De meetmethode met dergelijke sensoren is vrij eenvoudig: men moet de ruis vergelijken die door twee vergelijkbare elementen wordt geproduceerd, waarvan de ene zich op een vooraf bekende temperatuur bevindt en de andere op de te bepalen temperatuur.

Akoestische temperatuursensoren zijn geschikt voor het meten van het bereik -270 – +1100°C. De complexiteit van het proces ligt echter in het te lage ruisniveau: de geluiden die door de versterker worden geproduceerd, overstemmen het soms.

NQR temperatuursensoren

De essentie van de werking van thermometers met nucleaire quadrupoolresonantie is de werking van de veldgradiënt gevormd door het kristalrooster en het kernmoment – een indicator veroorzaakt door de afwijking van de lading van de symmetrie van de bol.

Als gevolg van een dergelijk fenomeen treedt er een processie van kernen op: de frequentie ervan is afhankelijk van de veldgradiënt van het rooster. De grootte van deze indicator wordt ook beïnvloed door de temperatuur: een stijging ervan veroorzaakt een daling van de NQR-frequentie.

Het belangrijkste element van dergelijke sensoren is een ampul met stof, die in een inductiespoel wordt geplaatst, verbonden met de generatorkring.

Het voordeel van de apparaten is de onbeperkte meetduur, betrouwbaarheid en stabiele werking. De nadelen zijn onder meer de niet-lineariteit van de metingen, wat het gebruik van een conversiefunctie noodzakelijk maakt.

Halfgeleiderapparaten

Een categorie apparaten die werkt op basis van veranderingen in de eigenschappen van de pn-overgang, veroorzaakt door temperatuurinvloeden. De spanning over de transistor is altijd evenredig met de temperatuurinvloed, waardoor deze factor gemakkelijk kan worden berekend.

De voordelen van dergelijke apparaten zijn hoge nauwkeurigheid, lage kosten, lineariteit van de kenmerken over het gehele meetbereik. Het monteren van dergelijke apparaten kan gemakkelijk direct op een halfgeleidersubstraat worden gedaan, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor micro-elektronica.

Volumetrische omzetters voor temperatuurmeting

Deze apparaten zijn gebaseerd op het bekende principe van uitzetting en samentrekking van stoffen, waargenomen bij verhitting of afkoeling. Dergelijke sensoren zijn redelijk praktisch. Ze kunnen worden gebruikt voor temperatuurmetingen in het bereik van -60 – +400°C.

Voor de visuele controle van de temperatuur zijn de meeste thermosensoren in ruimtes uitgerust met displays waarop de huidige waarden worden weergegeven.

Het is belangrijk te onthouden dat metingen van vloeistoffen met dergelijke apparaten worden beperkt door de kook- en vriestemperatuur, en van gassen door de overgang naar vloeibare toestand. De door de omgevingsinvloed veroorzaakte meetfout voor deze apparaten is vrij klein: deze varieert tussen 1-5%.

Het kiezen van temperatuursensoren

Bij het kiezen van dergelijke apparaten moet u rekening houden met factoren zoals:

• het temperatuurbereik waarin de metingen worden uitgevoerd;
• de noodzaak en mogelijkheid om de sensor in een object of omgeving onder te dompelen;
• de meetomstandigheden: voor het meten in een agressieve omgeving verdient het de voorkeur om een contactloze variant of een model in een corrosiebestendige behuizing te kiezen;
• de levensduur van het apparaat tot kalibratie of vervanging – sommige typen apparaten (bijv. thermistors) gaan vrij snel kapot;
• technische gegevens: resolutie, spanning, signaalsnelheid, foutmarge;
• de uitgangssignaalwaarde.

In sommige gevallen is ook het materiaal van de behuizing van het apparaat belangrijk, en bij gebruik binnenshuis de afmetingen en het ontwerp.

Aanbevelingen voor zelfmontage

Dergelijke apparaten worden breed gebruikt voor verschillende doeleinden: ze worden toegepast in radiatoren, verwarmingsketels en andere huishoudelijke apparaten.

Voordat u met de montage begint, moet u de instructies zorgvuldig lezen: hierin staan niet alleen de installatiekenmerken (bijvoorbeeld de afmetingen voor aansluiting op de pijp), maar ook de gebruiksvoorschriften en de temperatuurgrenzen waarvoor het meetapparaat geschikt is.

Ook moet u rekening houden met de afmeting van de huls, die kan variëren van 120-160 mm.

Laten we twee veelvoorkomende situaties voor het monteren van een temperatuursensor bekijken.

Aansluiten van het apparaat op een radiator

Het is niet aan te raden om alle verwarmingstoestellen met een thermostaat uit te rusten. Volgens de regelgeving worden sensoren op de radiator geïnstalleerd als het totale vermogen meer dan 50% bedraagt van de warmteproductie van vergelijkbare systemen. Als er in de ruimte twee verwarmingselementen zijn, wordt de thermostaat alleen op de krachtigste geïnstalleerd.

De temperatuursensor is een verplicht onderdeel van temperatuurregelaars waarmee de verwarming van radiatoren, vloerverwarming en andere verwarmingstoestellen kan worden verlaagd of verhoogd.

De klep van het apparaat wordt op de aanvoerleiding geïnstalleerd op de plaats waar de radiator op het verwarmingsnet wordt aangesloten. Als het niet mogelijk is om deze in de bestaande leiding in te lassen, moet de aanvoerleiding worden gedemonteerd, wat enige complicaties kan veroorzaken.

Voor deze handeling moet u een pijpsnijder gebruiken, terwijl de montage van de thermostaatkop gemakkelijk zonder speciaal gereedschap kan worden uitgevoerd. Zodra de sensor is gemonteerd, volstaat het om de gemaakte markeringen op de behuizing en het apparaat uit te lijnen, waarna de kop met een lichte handdruk wordt vastgezet.

Montage van een luchttemperatuursensor

Een dergelijk apparaat wordt geïnstalleerd in de koudste woonruimte zonder tocht (in de hal, keuken of stookruimte is installatie niet wenselijk, omdat dit verstoringen in de werking van het systeem kan veroorzaken).

Bij het kiezen van een locatie moet u ervoor zorgen dat er geen direct zonlicht op het apparaat valt en dat er geen verwarmingstoestellen (kachels, radiatoren, leidingen) in de buurt zijn.

Voor een gewoon verwarmingssysteem is één thermostaat voldoende, terwijl bij een collectorcircuit het aan te raden is meerdere sensoren te gebruiken, waarvan het aantal overeenkomt met het aantal kamers. Dit maakt het mogelijk om de temperatuur in afzonderlijke ruimtes individueel te regelen.

De aansluiting van het apparaat gebeurt volgens de instructies in het technische gegevensblad, waarbij de meegeleverde klemmen of kabel worden gebruikt.

Indien nodig om de temperatuur te bewaken, kan de temperatuursensor in de “vloerverwarming” diep in de betonvloer worden geplaatst. In dit geval kan ter bescherming een ribbelbuis worden gebruikt met een gesloten uiteinde en een schuine bocht.

Dit laatste kenmerk maakt het mogelijk om indien nodig een defect apparaat te verwijderen en te vervangen door een nieuw.

De montage van het apparaat wordt als volgt uitgevoerd:

1. In de muur wordt een uitsparing gemaakt voor de bevestiging van het wandapparaat.
2. Van de thermosensor wordt het voorste deel verwijderd, waarna het apparaat op de voorbereide plaats wordt geïnstalleerd.
3. Vervolgens wordt de verwarmingskabel op de contacten aangesloten, terwijl de klemmen op de sensoren worden aangesloten.

De laatste stap – het aansluiten van de voedingskabel en het plaatsen van het voorpaneel op zijn plaats.

Het aansluitschema van de thermostaat voor de verwarmingsketel wordt gedetailleerd beschreven in dit artikel.

Als het apparaat, voor de functionaliteit waarvan interne aansluiting van sensoren vereist is, een complexe constructie heeft, kunt u beter een specialist raadplegen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de onderstaande video wordt in detail uitgelegd hoe u thermische apparaten op de verwarmingsketel installeert:

Verschilt de montage van sensoren op de aanvoer- en retourleidingen:

Temperatuursensoren worden veel gebruikt in zowel verschillende industrieën als voor huishoudelijke doeleinden. Een groot assortiment van dergelijke apparaten, gebaseerd op verschillende werkingsprincipes, maakt het mogelijk om de optimale optie te kiezen voor het oplossen van een bepaalde taak.

In huizen en appartementen worden dergelijke apparaten meestal gebruikt om een comfortabele temperatuur in de ruimtes te handhaven en om verwarmingssystemen – radiatoren, vloerverwarming – te regelen.

Heeft u nog iets toe te voegen of heeft u vragen over de keuze en installatie van een temperatuursensor? U kunt reacties op de publicatie achterlaten, deelnemen aan discussies en uw eigen ervaring met dergelijke apparaten delen. Het contactformulier vindt u in het onderste blok.