HVACシステムにおける熱電対の理解

熱電対は、加熱、換気、空調システムにおいて最も一般的な温度センサーです。それらは、シーブック効果に依存します。2つの異種金属の接合が加熱または冷却されると、温度差への電圧比例が接合部に現れます。この小さなミリボルト信号は、測定接合部の温度を決定するために、コントローラによって読み込まれます。

HVAC アプリケーションでは、熱電対は複数の重要な役割を担います:

  • ガス炉に燃え上がる:[]]パイロットフレームに置いた熱電対は、ガスバルブが開いている電流を発生させます。 炎が出て行くと、電圧低下とバルブが閉じ、排出ガスをエスケープから停止します。
  • 熱ポンプおよびエアコンの温度制御:[[]]熱電対のモニターの冷却剤ライン温度、コイル温度、および周囲の空気は、効率を最適化します。
  • -温度保護:[]]]電気ヒーターとコンプレッサーでは、温度が安全な限界を超えたときに熱電対は安全遮断をトリガーします。
  • システム診断:]]]サービス技術者は、冷媒充電の問題、気流の問題、またはコンポーネントを失敗を特定するために熱電対読書を使用します。

いくつかの熱電対タイプは、HVAC条件に関連しています。タイプK(クロム-アルミ)は、広範囲(-200°C〜1260°C)と、炉用途に適した精度を提供します。タイプJ(鉄-コンスタンタン)は、古い機器で一般的です。タイプT(銅-コンスタンタン)は、低温冷凍回路で優れています。高温商用調理フードではあまり一般的ではありませんが、タイプN(ニッケル-ニッケル-ニッケル-ニッケル-ニッケル-ニッケル)は、特定の用途よりも優れた耐圧試験性能を保証します。

コントローラーが熱電対信号を解釈する方法

現代のHVACコントローラは、コントローラターミナルで温度を測定し、それに応じて電圧計算を調整するコールドジャンクション補償(CJC)を含みます。 CJCなしで、熱電対読書は、絶対ではなく、ターミナル温度に相対的である。 いくつかのプレミアムコントローラーは、サーモカップル出力のわずかな非線形性を修正するためにリニアライゼーションアルゴリズムを適用します。 この相互作用の技術者を理解することは、センサーではなく、コントローラに由来する読書オフセットを診断するのに役立ちます。

サーモカプルの取り扱いに関するベストプラクティス

熱電対の適切な取り扱いは、測定精度とシステム信頼性に直接影響します。 HVAC業界標準とセンサーメーカーが推奨する以下の慣行。

定期的な検査と清掃

熱電対は、副産物、ほこり、燃焼、温度の極端に課される厳しい環境で動作します。視覚検査は、少なくとも6か月以上、または定期的HVACメンテナンス中に行われるべきです。

  • プローブや接続ワイヤの腐食や酸化。
  • 短絡を引き起こすことができるひびが入ったか、または吹き付けられた絶縁材。
  • 測定媒体に比べ、センサーの位置を変える取り付けハードウェアを緩めます。
  • 結束、油、または債務を絶縁し、応答時間を遅くする。
  • 定格限を超えた温度にさらされる可能性がある鞘の変色。

洗浄は、センサーがライブ回路にない場合は、イソプロピルアルコールなどの軟質、リントフリー布や軽度の溶剤で行われるべきです。金属製の鞘や接合部を損傷させる恐れのある工具や過酷な化学物質を避けてください。炉内の炎センサーのために、プローブを微小な紙(600 grit)で拭き取って、乾いた布で拭き取ります。 ]鋼ウールは使用しないでください。 粒子が短くなります。

適切なインストールテクニック

インストールエラーは、早期熱電対の故障と不正確な読書のリーディング原因です。 これらのガイドラインに従ってください:

  • 液浸深さ:[ 測定ジャンクションは、中(空気の流れ、炎、または液体)で完全に没入しなければなりません。プローブ径10回の最小浸漬深さは、エア・バウンドセンサーの標準です。
  • オリエンテーション:]]ダクトまたはパイプの取り付けで、接合部が最も速い応答のためのフロー方向に垂直であるように熱電対をインストールします。 炉では、熱電対はメーカーによって指定された高さでパイロットの炎に直接配置する必要があります。
  • Secure マウント:]] 圧縮継手、ネジ付きアダプター、または振動による動きを防ぐスプリング・ロードされたクリップを使用してください。 緩いセンサーは、断続的な接触と誤った読書を作成できます。
  • ワイヤールーティング:]は、高電圧ケーブルと電磁妨害の源から熱電対延長線を離れた保ちます。 ねじれ式またはシールドケーブルは、長期的に動作するために推奨されます。 ワイヤーを疲れさせることができる鋭いくねを避けてください。
  • []冷間接合補償:[ほとんどの近代HVACコントローラは、CJCの内蔵を持っています。スタンドアロン熱電対メーターを使用する場合、参照の接合部は既知の温度(例えば、氷点の浴室または補償ブロック)にあることを確認してください。 フィールドインストールされたCJCモジュールは、レガシーコントローラで利用可能です。

素材の互換性と選択

間違った熱電対材料を選ぶことは亜鉛めっきの腐食、乳液化または酸化に導くことができます。次の要因を考慮して下さい:

  • 温度範囲:]] 連続したサービス温度が少なくとも50°Cで最大予想されるシステム温度を超えた熱電対タイプを選択してください。ガス炉の炎センサーの場合、K型は1000°Cまでの繰り返し熱循環に耐えるため標準です。
  • ] 加熱材料:]] ステンレス(304または316)は、汎用HVAC使用に共通です。腐食性環境(例えば、プールヒーターまたは工業用キッチン)、インコネルまたはハステロイシースは、より良い耐性を提供します。食品加工分野については、食品グレードのシースが必要な場合があります。
  • 接地対非接地接合: 接地接合部(ワイヤをシースに溶接)が速く応答するが、騒々しい電気環境の接地ループに敏感である可能性があります。 未接地接合部は、地上ループを排除し、精密制御システムに優先されます。 開花型は、熱電対がライブ導体に連絡するときに不可欠である電気絶縁も提供します。
  • リード線絶縁:]高温ゾーン、ガラス繊維または断熱材を使用してください。 PVC絶縁ワイヤは105°Cまで適しており、バーナーの近くに置くべきではありません。 シリコーン断熱(最大200°C)は、多くのHVACアプリケーションに適した中間面積です。
  • コネクタタイプ:]]は、追加の熱電電圧を作成するバイメタルジャンクションを回避するために、特定の熱電対合金のために作られたコネクタを使用します。 ミニチュアコネクタは、フィールドのインストールに共通しています。 標準サイズのコネクタは、より堅牢な連絡先を提供します。

交換熱電対を選択する際に、HVAC機器メーカーの仕様や評判の良いセンサーサプライヤーに相談するのは賢明です。誤ったタイプを使用して、温度範囲と温度範囲の10分の読書エラーを引き起こす可能性があります。詳細なガイダンスについては、]オメガエンジニアリング熱電対選択ガイドは、合金の組み合わせと温度範囲の包括的なテーブルを提供します。

機械的損傷や環境ストレスを回避

熱電対は繊細な機器です。物理的なストレスは、金属結晶構造を変更し、測定のドリフトや故障につながることができます。

  • :] 常にプローブ本体やコールドエンドコネクタを把握し、ワイヤを引っ張ります。プローブをドロップすると、接合をマイクロで割ることができます。
  • 振動:]]]エンジン、コンプレッサー、ファンの近くに振動をダンピングマウントを使用してください。 過度の振動は、彼らが外装を終了する点でワイヤを疲れさせることができます。 風誘発振動にさらされる屋上ユニットでは、動きを吸収するために、ワイヤ内のループを使用して検討してください。
  • 熱衝撃:]]は、メーカーの指定されたランプレートを超える急速温度変化を避けます。 炉熱電対のために、システム操業停止後にセンサーがゆっくりと冷やすことができます。 1000°Cから室温までの急速な冷却は、乳液を引き起こす可能性があります。
  • 化学的暴露:]] 塩素、硫黄、または他の積極的なガス、保護シールドまたは高合金シースの使用を検討する。 水素硫化物への簡単な曝露でさえ、標準タイプK熱電対を劣化させる可能性があります。 プールヒーターの場合、ステンレス鋼シース付きタイプKは数ヶ月以内に失敗する可能性があります。 ハステロイシースは推奨されます。
  • 放射線の影響:] - 大気消毒のための紫外線照射(UVGI)を備えた産業用HVACシステムでは、UV曝露はPVC断熱を劣化させる可能性があります。 UVランプの近くにガラスブレードまたはテフロン絶縁ワイヤを使用してください。

校正・検証

新たな熱電対でも、±2°C以上の標準曲線から逸脱できます。定期的な校正により、電圧出力が真の温度にマッチすることを確認します。国立標準技術研究所は、産業用センサーのトレーサブルな校正基準を提供します。

HVACフィールドワークでは、実用的なアプローチが次のものになります。

  • 既知の温度でポイントチェック: 氷水風呂(0°C)と熱湯(海抜100°C)を使用して熱電対読書を確認します。高温、乾燥ブロック校正器、校正用プローブが使用できます。熱電対出力をシミュレートするフィールド校正器も利用できます。
  • 慣行キャリブレーション:[])は、重要なプロセス制御で使用される精密熱電対を12か月ごとに認証校正ラボに送信します。 多くのラボは、NIST-測定の不確実性テーブルを備えたトレーサブル証明書を提供します。
  • フィールド置換ロジック:[]] 多く HVAC コントローラーは、組み込みのオフセット調整を持っています。 サーモカップルが 2°C を低に一貫して読み込まれた場合、センサーが置換されるまで、コントローラは一時測定として補正係数を適用できます。
  • ドキュメント:]] 校正日、読み取り、および任意の調整のログを保持します。 この歴史は、センサーのドリフトを時間とともに特定し、積極的な交換をスケジュールするのに役立ちます。
  • 十字検証:]] 重要なアプリケーション(例えば、データセンターの冷却)のために、プライマリセンサーと平行に第二の熱電対をインストールします。 2つの読書が掘り下げると、プロセス変更ではなく、センサーの故障を示します。

詳細な校正手順については、【]】NIST熱電対校正ガイドを参照してください。

デジタル対アナログ熱電対システム

多くの現代HVACシステムは、新しいインストールのためにデジタル温度センサー(DS18B20、NTCサーミスタ)を使用しますが、熱電対は高温および極端に環境地帯で不可欠です。 改装またはアップグレードするとき、技術者は4〜20mAまたはModbus信号を出力するデジタル送信機に熱電対を供給するハイブリッドシステムに遭遇する可能性があります。 変換プロセスを理解することは重要です。 送信機には、CJCおよびリニアライゼーションが含まれており、そのトランスミッタは、このような温度調整装置を直接改善するために、トランスフォーメートするかどうかを正確に理解することができます。 [F]

一般的な問題とトラブルシューティング

最高の取り扱い慣行にもかかわらず、熱電対は失敗したり、誤った読書を生成したりすることができます。最も一般的な問題は次のとおりです。

  • 開回路(ワイヤまたはジャンクションで破壊)。
  • 短絡(金属残骸はワイヤーか損傷した絶縁材を橋渡しする)。
  • 接合部の酸化や汚染による漂流。
  • システム内の複数の接地経路によって引き起こされる地上ループ。
  • コネクターの腐食かゆるいターミナル。
  • サーモカップル型ミスマッチ(タイプK回路のJセンサー等)
  • 延長線の極性逆転は、負の電圧読書か大きい間違いを作り出す。

故障熱電対を識別する

熱電対が失敗する可能性がある兆候は次のとおりです。

  • 火をつけたり火をつけたり、火をつけたり、断続的に火を出すのに失敗します。
  • 明らかに間違っている温度読み取り(例えば、表示は20°C部屋で500°Cを示しています)。
  • コントローラーは、通常の条件にもかかわらず、過度の温度警報をトリガーします。
  • 温度変化に対するスローまたは異常応答。
  • 数時間以上経ち、数日(酸化)に漂流する読書。

これらの症状のいずれかが現れた場合、熱電対とその配線の徹底した視覚検査で始まります。変色またはひび割れた断熱、ターミナルブロックの緩い接続、またはプローブチップへの物理的損傷を探します。

Step-by-Step トラブルシューティングガイド

  1. コントローラまたはメーターをチェックします。] 熱電対を切断し、既知の熱電対または抵抗シミュレータ(例えば、20°CのKタイプ用0.8 mV)を使用して、入力回路が機能していることを確認します。
  2. [測定抵抗:]] 温度対向端子を経常時測定するマルチメーターを使用して、。 典型的な熱電対は、非常に低い抵抗(いくつかのオーム)を示しています。 開路は無限を読みます。 短距離はゼロ近く読み取ります。 長期的には、拡張線抵抗 - 典型的に1〜2オームは24 AWGの100フィートあたり。
  3. 測定電圧出力:]] 既知の温度(例えば、部屋の臨時雇用者)の熱電対によって、高インピーダンスのメートルのミリボルト出力を測定し、そのタイプの標準テーブルと比較します。 20°CのタイプKの場合、予想される出力は0.8 mVです。 20°CのタイプJの場合、約1.0 mV。
  4. 地上ループをチェック:[]熱電対シールドまたは負ワイヤと地上の地面の間の電圧を測定します。 数ミリボルトAC以上は、分離を必要とするかもしれない接地ループを示します。 読書が100 mV ACを超える場合、熱電対は、エネルギー供給導体に連絡することができます。システムがすぐに停止します。
  5. [] コネクタの検査:[] 熱電対コネクタ(ミニチュアまたは標準)は、ワイヤタイプに一致する必要があります。 タイプKとタイプJコネクタの混合は、10°C以上のエラーを生成することができます。 正と負のワイヤが交換されていないことを確認してください。
  6. 熱テストを打ち合わせる:] プローブチップを手に持ち、ヒートガン(約35°C)付近(慎重に、200°C未満の滞在)、読み取り変化を見守る。 潤滑反応(安定した値に達するために5秒以上)は、汚染やジャンクションの失敗を示唆する。
  7. 断続接続のためにチェック:[ ゆっくりとその長さに沿ってワイヤを横切る。 読書がジャンプしたりゼロに行けば、絶縁中の壊れたワイヤーまたは緩い接続があります。

包括的なトラブルシューティングマニュアルでは、]のオメガエンジニアリング熱電対トラブルシューティングガイド]は、詳細なシナリオと配線図を提供します。

交換するとき対修理

ほとんどのHVACアプリケーションでは、熱電対は消耗品と考えられています。センサーが表面洗浄を超えて損傷したり、接合部が許容許容許容許容許容許容許容許容許容許容許容許容許容許容差(標準グレードの±0.75%)を超える場合、交換は最も安全で費用対効果の高いオプションです。 再溶接による熱電対を修復することは、ラボ環境では可能ですが、交換費用が低いため、フィールドではまれに正当化されます(通常10〜50ドル)。 予備の校正は、標準タイプの校正を保証し、いくつかのタイプの校正を保証しません。

HVAC技術者の安全と実践的なヒント

ライブHVACシステムでの熱電対と働くには注意が必要です。

  • 電源を切断] は、電気的に加熱されたシステムに熱電対を交換または清掃する前に。 低電圧熱電対回路でも、ショートにするとアークを作成できます。
  • ]は、熱間面や開火炎の近くで作業するときに、適切な個人保護装置(PPE)[[を使用します。 手袋と安全メガネは不可欠です。
  • 炉熱電対を点検するとき冷却[のための上昇時間。プローブと周囲の金属は、焼跡を引き起こすの十分な熱を保持することができます。処理前に表面が50°C下落していることを確認するために非接触温度計を使用してください。
  • 熱電対タイプを、コントローラーとの互換性を確認せずに置換します。 間違ったタイプは、エネルギー廃棄物や危険な操作につながる誤った読書をサイレントに引き起こすことができます。
  • 偏光を維持するために、交換中にラベル延長線。 正と負のリードを反転すると、多くのコントローラがエラーとして解釈する負の電圧が生成されます。
  • ] 圧縮継手を締めるとき、下降メーカートルク仕様[]。 オーバータイトはプローブを粉砕することができます。 一方、アンダータイトは、加圧ダクトの漏れを許します。
  • ] 導体をニキシングしないように、適切なワイヤストリッピングツールを使用します。 ニケドワイヤは、振動の下で破壊することができる弱点を作成します。
  • システムログ内のすべての変更を、新しいセンサータイプ、校正日、およびオフセット調整を含みます。

コンテンツ

熱電対は、HVACシステムにおける温度測定の不当な作業員です。各アプリケーションに適したタイプと材料を選択し、処理、インストール、校正の慣行を規準化するために、技術者は、システム効率を最大化し、コストダウンタイムを防止し、安全を向上させることができます。定期的な検査と一般的な問題のトラブルシューティングは、何年もの間、センサーを許容範囲内で実行します。ここで説明されたガイドラインは、HVACの商用設定または商用住宅の手順に適応することができる、業界のベストプラクティスとメーカーの推奨事項を隠しました。

センサー選択とシステム設計のさらなる読書のために、 ]ASHRAEハンドブック - HVACシステムと機器]は、温度センサーに関する権威のある章を含みます。 さらに、 []Honeywell Building Technologies[]ウェブサイトは、炉安全制御と熱電対の統合に固有のアプリケーションノートを提供します。