Küttetemperatuuriandurid: otstarve, liigid, paigaldusjuhised

Küttekehade töötamise ajal tuleb kontrollida soojuskandja kuumusastet ja ruumiõhku. Teabe kogumisel ja edastamisel abistavad küttetemperatuuriandurid, mille andmeid saab visuaalselt lugeda või kohe kontrollerisse suunata.

Soovitame selgeks teha, kuidas temperatuuriandurid töötavad, milliseid juhtimisseadmete liike on olemas ja milliseid parameetreid tuleb seadme valikul arvestada. Lisaks oleme koostanud samm-sammult juhendi, mis aitab teil ise paigaldada termoanduri kütteradiaatorile.

Termoanduri tööpõhimõte

Küttesüsteemi saab kontrollida mitmesuguste meetoditega, nende hulgas:

• automaatsed seadmed õigeaegseks energiavarustuseks;
• ohutust jälgivad plokid;
• segamissõlmed.

Kõigi nende rühmade korrektseks tööks on vajalikud temperatuuriandurid, mis edastavad signaale seadmete toimimisest. Nimetatud seadmete näitude jälgimine võimaldab õigeaegselt avastada süsteemi rikkeid ja võtta parandusmeetmeid.

Temperatuuri mõõtmiseks kasutatavaid seadmeid on palju erinevaid liike. Need võivad sukelduda soojuskandjasse, olla kasutusel ruumi sees või paikneda väljas.

Termoandurit saab kasutada eraldi seadmena, näiteks ruumi temperatuuri kontrollimiseks, või olla lahutamatu osa keerukast seadmest, näiteks küttekatlast.

Selliste automatiseeritud juhtimises kasutatavate seadmete aluseks on temperatuurinäitajate muundamise põhimõte elektriliseks signaaliks. Tänu sellele saab mõõtetulemusi kiiresti edastada võrgu kaudu digitaalse koodina, mis tagab suure kiiruse, tundlikkuse ja mõõtmistäpsuse.

Samal ajal võivad erinevatel kuumuse mõõtmise seadmetel olla konstruktsioonilised eripärad, mis mõjutavad mitmeid parameetreid: töö teatud keskkonnas, edastusviis, visualiseerimismeetod jne.

Temperatuuri mõõtmise seadmete liigid

Termoseadmeid saab klassifitseerida mitme olulise kriteeriumi alusel, mille hulgas on teabe edastamise viis, paigalduskoht ja -tingimused ning näitude võtmise algoritm.

Teabe edastamise viisi järgi

Kasutatava teabe edastamise meetodi kohaselt jagunevad andurid kahte suurde kategooriasse:

• juhtmega seadmed;
• juhtmeta andurid.

Algselt varustati kõiki selliseid seadmeid juhtmetega, mille kaudu termoandurid suhtlesid juhtseadmega, edastades talle teavet. Kuigi tänapäeval on need seadmed asendunud juhtmeta analoogidega, kasutatakse neid siiski sageli lihtsates skeemides.

Lisaks sellele eristuvad juhtmega andurid näitude suurema täpsuse ja töökindluse poolest.

Juhtmega anduri, mida kasutatakse liitseadmes, koordineeritud töö tagamiseks on soovitatav seda ühendada sama tootja valmistatud seadmetega.

Praegu on levinud juhtmeta seadmed, mis edastavad teavet kõige sagedamini raadiolainete saatja ja vastuvõtja abil. Selliseid seadmeid saab paigaldada peaaegu kõikjale, sealhulgas eraldi ruumi või vabas õhus.

Selliste termoandurite olulised omadused on:

• aku olemasolu;
• tehtud mõõtmiste viga;
• signaali edastusulatus.

Juhtmeta/juhtmega seadmed võivad üksteist täielikult asendada, kuid nende toimimises on mõningaid eripärasid.

Asukoha ja paigaldusviisi järgi

Kinnituskoha järgi jagunevad sellised seadmed järgmisteks tüüpideks:

• pealekinnitatavad, mis kinnitatakse kütteringile;
• sukelduvad, mis puutuvad kokku soojuskandjaga;
• toaandurid, mis asuvad elu- või teenindusruumis;
• välisandurid, mis paiknevad väljas.

Mõnedes seadmetes võidakse korraga kasutada mitut tüüpi andureid temperatuuri kontrollimiseks.

Näitude võtmise mehhanismi järgi

Teabe esitamise viisi järgi võivad seadmed olla:

• bimetallist;
• alkoholipõhised.

Esimeses variandis kasutatakse kahte erinevatest metallidest valmistatud plaati ning osutiindikaatorit. Temperatuuri tõustes deformeerub üks elementidest, avaldades survet osutile. Selliste seadmete näidud on hea täpsusega, kuid nende suureks miinuseks on inertsus.

Bimetall- ja alkoholipõhiseid termostaate paigaldatakse sageli kütteseadmetele, näiteks kateldele. Need võimaldavad jälgida kuumutamist, mille ületamine võib viia saatuslike tagajärgedeni.

Sellest puudusest on peaaegu täielikult vabad andurid, mille töö põhineb alkoholi kasutamisel. Sel juhul valatakse hermeetiliselt suletud kolbi alkoholi sisaldav lahus, mis kuumutamisel paisub. Konstruktsioon on üsna elementaarne, töökindel, kuid vaatlemiseks mitte väga mugav.

Termoandurite erinevad tüübid

Temperatuuri näitude võtmiseks kasutatakse erineva tööpõhimõttega seadmeid. Kõige nõutumate hulka kuuluvad allpool loetletud seadmed.

Termopaarid: täpne mõõtmine – tõlgendamise keerukus

Selline seade koosneb kahest omavahel kokkujoodetud traadist, mis on valmistatud erinevatest metallidest. Kuuma ja külma otsa vahel tekkiv temperatuuride erinevus on elektritoolu allikaks suurusega 40-60 µV (näitaja sõltub termopaari materjalist).

Kõige sagedamini kasutatakse termopaaride valmistamiseks järgmisi metallide ja sulamite kombinatsioone: kroom-alumiinium, raud-konstantaan, raud-nikkel, nikkel-kroom ja teised.

Termopaari peetakse ülitäpseks temperatuurianduriks, kuid selle täpseid näite on üsna keeruline võtta. Selleks on vaja teada elektromotoorjõudu (EMJ), kasutades seadme temperatuuri erinevust.

Tulemuse korrektsuse tagamiseks on oluline kompenseerida külma ühenduse temperatuuri, kasutades näiteks riistvaralist meetodit, mille puhul teine termopaar asetatakse eelnevalt teadaoleva temperatuuriga keskkonda.

Tarkvaraline kompensatsioonimeetod eeldab teise termoanduri paigutamist isokaamerasse koos külmade ühendustega, mis võimaldab kontrollida temperatuuri etteantud täpsusega.

Andmete võtmine termopaarilt tekitab teatud raskusi nende mittelineaarsuse tõttu. Näitude korrektsuse tagamiseks on GOST R 8.585-2001 sisse viidud polünoomi koefitsiendid, mis võimaldavad teisendada EMJ temperatuuriks ning sooritada ka vastupidiseid toiminguid.

Veel üks probleem seisneb selles, et näidud võetakse mikrovoldites, mille teisendamiseks ei saa kasutada laialdaselt kättesaadavaid digitaalseid seadmeid. Termopaari kasutamiseks konstruktsioonides on vaja ette näha täpsed, mitmebitised muundurid, millel on minimaalne müratase.

Termotakistid: lihtne ja hõlbus

Temperatuuri mõõtmine termotakistite abil on oluliselt lihtsam, nende aluseks on materjalide takistuse sõltuvuse põhimõte ümbritseva keskkonna temperatuurist. Sellistel seadmetel, näiteks plaatinast valmistatutel, on olulised eelised nagu kõrge täpsus ja lineaarsus.

Selliste termoandurite peamiseks probleemiks võib pidada äärmiselt madalat temperatuuritakistuse koefitsienti, kuid seda on siiski kergem täpselt mõõta kui termopaaride väikseid pinge väärtusi tabada.

Takisti oluliseks tunnuseks on baastakistus teatud temperatuuril. Vastavalt GOST 21342.7-76 mõõdetakse seda näitajat 0°C juures. Soovitatav on kasutada takistuse väärtuste rida (oomi) ning T_ks – temperatuurikoefitsienti.

Näitaja T_ks arvutatakse valemi järgi:

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

Kus:

• R_e – takistus töötemperatuuril;
• R_0c – takistus 0°C juures;
• T_e – töötemperatuur;
• T_0c – 0°C.

Gostis on samuti esitatud temperatuurikoefitsiendid, mis on ette nähtud erinevatele mõõteseadmetele, mis on valmistatud vasest, niklist ja plaatina, ning samuti näidatakse polünoomkoefitsiente, mida kasutatakse temperatuuri arvutamiseks praeguste takistusnäitude põhjal.

Termoresistorsensorid on laialt levinud elektroonika- ja masinaehitustööstuses tänu näitude täpsusele, tundlikkusele ja vähenõudlikkusele kasutamisel.

Takistust saab mõõta, ühendades seadme vooluallika ahelasse ja mõõtes diferentsiaalset pinget. Näitajaid saab kontrollida integraallülituste abil, mille analoogväljund on võrdne toitepingega.

Selliste seadmetega termoandureid saab julgelt ühendada analoog-digitaalmuunduriga, digiteerides seda kaheksa- või kümnebitise ADC abil.

Digitaalne andur samaaegseteks mõõtmisteks

Laialdast kasutust on leidnud ka digitaalsed termoandurid, näiteks mudel DS18B20, mille töö toimub kolme väljundiga mikroskeemi abil. Tänu sellele seadmele on võimalik võtta temperatuurinäite samaaegselt mitmelt paralleelselt töötavalt andurilt, kusjuures viga on ainult 0.5°C.

Populaarne mudel on kombineeritud temperatuuri/niiskuse andur SHT1, mis võimaldab teha soojusmõõtmisi täpsusega +2°, ja niiskust veaga +5. Siiski väidab tootja ise, et on olemas täpsemad ja ökonoomsemad seadmed.

Selle seadme teiste eeliste hulgas võib märkida ka laia töötemperatuuride vahemikku (-55+125°C). Peamine puudus on aga aeglane töö: maksimaalselt täpsete arvutuste jaoks vajab seade vähemalt 750 ms.

Kontaktita püromeetrid (termokaamerad)

Nende kontaktita andurite töö põhineb kehadest lähtuva soojuskiirguse fikseerimisel. Selle nähtuse iseloomustamiseks kasutatakse energia kogust, mis eraldub ajaühikus pinnaühikult ja mis langeb lainepikkuse vahemikuühikule.

Selline kriteerium, mis kajastab monokromaatilise kiirguse intensiivsust, on saanud nimetuse spektraalne heledus.

Püromeetrite liigid on järgmised:

• kiirguspüromeetrid;
• heleduspüromeetrid (optilised);
• värvuspüromeetrid.

Kiirguspüromeetrid võimaldavad teha mõõtmisi vahemikus 20–25000°C, kuid temperatuuri määramisel on oluline arvestada kiirguse mittetäielikkuse koefitsienti, mille tegelik väärtus sõltub keha füüsilisest olekust, selle keemilisest koostisest ja muudest teguritest.

Kiirgusanduri peamine tööelement on teleskoop, mille sees on termopaaride jadaahelast koosnev patarei. Nende seadmete tööotsad asuvad plaatinaga kaetud lehekesel (+)

Heledus- (optilised) püromeetrid on ette nähtud temperatuuride mõõtmiseks vahemikus 500–4000 °C. Need tagavad mõõtmiste suure täpsuse, kuid võivad näitu moonutada vahepealse keskkonna võimaliku kiirguse neeldumise tõttu, mille läbi vaatlusi tehakse.

Värvuspüromeetrid, mille toime põhineb kiirguse intensiivsuse määramisel kahel lainepikkusel – eelistatavalt spektri punases või sinises osas, kasutatakse mõõtmisteks vahemikus 800 kuni 0 °C.

Nende peamine eelis on see, et kiirguse mittetäielikkus ei mõjuta mõõtmisvigu. Lisaks ei sõltu näidud objekti kaugusest.

Kvartstemperatuurimuundurid (piesoelektrilised)

Temperatuurinäitude mõõtmiseks vahemikus -80 kuni +250 °C saab kasutada kvartsmuundureid (piesoelemente), mille tööpõhimõte põhineb kvartsi sageduse sõltuvusel kuumutamisest. Samal ajal mõjutab muunduri funktsiooni lõike asukoht kristallitelgede suhtes.

Piesoelektrilisi (kvarts)seadmeid kasutatakse kõige sagedamini teadustööde läbiviimisel, kuna selliseid vahendeid iseloomustab laiendatud mõõteulatus, töökindlus ja kõrge täpsus.

Piesoelektrilised andurid paistavad silma peene tundlikkuse ja kõrge lahutusvõimega, nad suudavad töökindlalt töötada pika aja jooksul. Selliseid vahendeid kasutatakse laialdaselt digitaalsete termomeetrite valmistamisel ning neid peetakse tulevikutehnoloogiate üheks perspektiivikaimaks seadmeks.

Müra- (akustilised) temperatuuriandurid

Selliste seadmete toimimine tagatakse akustilise potentsiaalide erinevuse mõõtmisega sõltuvalt takisti temperatuurist.

Akustilised meetodid võimaldavad mõõta temperatuuri suletud ruumides ja keskkondades, kus otsene mõõtmine on võimatu. Selliseid seadmeid on leidnud kasutust meditsiinis, veealustes uuringutes ning tööstuses.

Mõõtmismeetod nende anduritega on üsna lihtne: tuleb võrrelda kahe analoogse elemendi tekitatud müra, millest üks on ette teadaoleval temperatuuril ja teine määrataval temperatuuril.

Akustilised termoandurid sobivad mõõtevahemikuks -270 – +1100°C. Samas seisneb protsessi keerukus liiga madalas müratasemes: võimendi tekitatavad helid summutavad seda aeg-ajalt.

NQR-temperatuuriandurid

Tuumakvadrupoolresonantsi termomeetrite töö olemus seisneb välja gradiendi toimes, mille moodustavad kristallvõre ja tuumamoment – näitaja, mis on põhjustatud laengu hälbest sfääri sümmeetriast.

Sellise nähtuse tulemusena tekib tuumade pretsessioon: selle sagedus sõltub võre välja gradiendist. Selle näitaja väärtust mõjutab ka temperatuur: selle tõus põhjustab TKR-i sageduse langust.

Selliste andurite põhielement on ainega ampull, mis paigutatakse induktiivsuse mähisesse, mis on ühendatud generaatori kontuuriga.

Seadmete eeliseks on mõõtmiste piiramatu kestus, usaldusväärsus ja stabiilne töö. Puuduseks on aga mõõtmiste mittelineaarsus, mistõttu tuleb kasutada teisendusfunktsiooni.

Pooljuhtseadmed

Seadmete kategooria, mis töötab p-n-siirde omaduste muutuste alusel, mida põhjustab temperatuuri mõju. Pinge transistoril on alati võrdeline temperatuuri mõjuga, mis võimaldab seda tegurit kergesti arvutada.

Selliste seadmete eelisteks on andmete kõrge täpsus, madal hind, omaduste lineaarsus kogu mõõtevahemikus. Selliste seadmete paigaldamist on mugav teha otse pooljuht-alusele, tänu millele sobivad need suurepäraselt mikroelektroonikasse.

Mahumuundurid temperatuuri mõõtmiseks

Selliste seadmete aluseks on tuntud põhimõte ainete paisumisest ja kokkutõmbumisest, mida täheldatakse kuumutamisel või jahutamisel. Sellised andurid on piisavalt praktilised. Neid saab kasutada temperatuuride määramiseks vahemikus -60 – +400°C.

Temperatuuri visuaalseks jälgimiseks on enamik siseruumides asuvaid termoandureid varustatud ekraanidega, millel kuvatakse hetkeväärtused.

Oluline on meeles pidada, et vedelike mõõtmised selliste seadmetega on piiratud keemis- ja külmumistemperatuuriga, gaaside puhul aga nende üleminekuga vedelasse olekusse. Keskkonnamõjust põhjustatud mõõtmisviga nende seadmete puhul on üsna väike: see varieerub vahemikus 1-5%.

Temperatuuriandurite valik

Selliste seadmete valimisel tuleb arvestada järgmiste teguritega:

• temperatuurivahemik, milles mõõtmisi tehakse;
• anduri objektisse või keskkonda sukeldamise vajadus ja võimalus;
• mõõtmise tingimused: agressiivses keskkonnas mõõtmiseks on parem eelistada kontaktivaba varianti või mudelit, mis on paigutatud korrosioonikindlasse korpusesse;
• seadme kasutusiga enne kalibreerimist või vahetamist – mõned seadmetüübid (nt termistorid) lähevad üsna kiiresti rikki;
• tehnilised andmed: resolutsioon, pinge, signaali edastuskiirus, viga;
• väljundsignaali suurus.

Mõnel juhul on oluline ka seadme korpuse materjal, siseruumides kasutamisel aga mõõtmed ja disain.

Soovitused isepaigalduseks

Selliseid seadmeid kasutatakse laialdaselt erinevatel eesmärkidel: nendega varustatakse radiaatoreid, küttekatlaid ja muid kodumasinaid.

Enne paigalduse alustamist tuleks hoolikalt lugeda juhiseid: neis on märgitud mitte ainult paigalduse eripärad (näiteks ühenduse mõõtmed toruotsaga), vaid ka kasutusreeglid, samuti temperatuuripiirid, millele mõõteseade sobib.

Samuti tuleb arvestada hülsi suurust, mis võib varieeruda vahemikus 120-160 mm.

Vaatleme kahte kõige sagedamini esinevat termoanduri paigaldusjuhtumit.

Seadme ühendamine radiaatorile

Kõiki kütteseadmeid ei tasu termostaatidega varustada. Vastavalt eeskirjadele paigaldatakse andurid radiaatorile, kui selle koguvõimsus ületab 50% sarnaste süsteemide soojatoodangust. Kui ruumis on kaks kütteseadet, paigaldatakse termostaat ainult sellele, mille võimsusnäitaja on suurem.

Termoandur on temperatuuriregulaatorite kohustuslik osa, mis võimaldavad vähendada või suurendada radiaatorite, põrandakütte ja muude kütteseadmete kuumutamist.

Seadme klapp paigaldatakse toitetorustikule radiaatori ühenduskohas küttesüsteemiga. Kui seda ei ole võimalik olemasolevasse ahelasse lõigata, tuleb toiteühendus lahti võtta, mis võib tekitada mõningaid raskusi.

Selle manipuleerimise läbiviimiseks tuleb kasutada torulõiketööriista, samas kui termopea paigaldamine on lihtne ilma eriseadmeteta. Kui andur on paigaldatud, piisab korpusel ja seadmel tehtud märkide kokkusobitamisest, misjärel kinnitatakse pea õrna käesurvega.

Õhutermosanduri paigaldamine

Selline seade paigaldatakse kõige külmemasse eluruumi, kus ei ole tuuletõmbust (esikus, köögis või katlaruumis on selle paigaldamine ebasoovitav, kuna see võib põhjustada häireid süsteemi töös).

Koha valimisel tuleb jälgida, et seadmele ei langeks otsest päikesevalgust ja et läheduses ei oleks kütteseadmeid (soojendid, radiaatorid, torud).

Tavalise küttesüsteemi jaoks piisab ühest termostaadist, samas kui kollektorsüsteemi puhul on soovitatav kasutada mitut andurit, mille arv vastab ruumide arvule. See võimaldab eraldi ruumides temperatuuri individuaalselt reguleerida.

Seadme ühendamine toimub vastavalt tehnilises andmelehes olevatele juhistele, kasutades klemmid või kaablit, mis kuuluvad komplekti.

Vajadusel temperatuuri jälgimiseks võib termoandur “soojas põrandas” paikneda betoonist tasanduskihi sügavuses. Sel juhul saab kaitseks kasutada gofreeritud toru, millel on üks suletud ots ja kaldkõver.

Viimane omadus võimaldab vajadusel välja võtta katkine seade ja asendada see uuega.

Seadme paigaldus toimub järgmiselt:

1. Seina tehakse süvend rippseadme kinnituseks.
2. Termoandurilt eemaldatakse esios, seejärel paigaldatakse seade ettevalmistatud kohale.
3. Järgmisena ühendatakse kontaktidega küttekaabel, anduritega aga klemmid.

Viimane etapp – toitekaabli ühendamine ja esipaneeli paigaldamine oma kohale.

Termostaadi ühendusskeem küttekatla jaoks on üksikasjalikult kirjeldatud selles artiklis.

Kui seade, mille funktsionaalsuseks on vajalik andurite sisemine ühendamine, on keerulise ehitusega, on parem pöörduda spetsialistide poole.

Järeldused ja kasulik video teemal

Allpool toodud videos räägitakse üksikasjalikult, kuidas termoseadmeid küttekatlale paigaldada:

Kas andurite paigaldus toite- ja tagasivoolutorudele erineb?

Temperatuuriandureid kasutatakse laialdaselt nii erinevates tööstusharudes kui ka kodumajapidamises. Nende seadmete suur sortiment, mille tööpõhimõtted on erinevad, võimaldab valida sobiva variandi konkreetse ülesande lahendamiseks.

Majades ja korterites kasutatakse selliseid seadmeid enamasti mugava toatemperatuuri hoidmiseks, samuti küttesüsteemide – radiaatorite ja põrandakütte reguleerimiseks.

Kas on midagi lisada või tekkis küsimusi temperatuurianduri valiku ja paigalduse kohta? Võite jätta kommentaare väljaande juurde, osaleda aruteludes ja jagada oma kogemusi selliste seadmete kasutamisel. Kontaktvorm asub alumises plokis.