Temperaturfühler: Bestandteile der Heizungsregelung

Funktion eines Temperaturfühlers

Temperaturfühler  sind Bauteile, die sich bei unterschiedlichen Temperaturverhältnissen verändern. Sie werden zur Temperaturmessung eingesetzt und reagieren zum Beispiel mit veränderlichen Formen, Widerständen, Stromstärken oder unterschiedlichen Spannungswerten auf variable Eingangswerte. Die Fühler werden in vielen technischen Systemen benötigt, um bestimmte Größen oder Prozesse temperaturabhängig zu regeln.  

Temperaturfühler: Die Arten im Überblick

Je nach Anwendungsbereich kommen heute unterschiedliche Temperaturfühler zum Einsatz. Häufig verwendet werden dabei zum Beispiel:

• Form veränderbare Fühler
• Fühler mit sich ändernden Widerständen
• Thermoelemente mit Seeback-Effekt

Temperaturfühler mit veränderbarer Form

Die einfachste Art eines Fühlers ist der Ausdehnungsfühler, der seine Form und Größe abhängig von der Temperatur verändert. Möglich ist das zum Beispiel mit einem wachsartigen Medium, das wie im  Heizungsthermostat  direkt mit dem Regler verbunden ist. Es dehnt sich aus, wenn die Temperatur in einem Raum ansteigt und schließt dabei das Ventil im Heizkörper. Die Folge: Der Heizwasserdurchsatz sinkt proportional zur ansteigenden Raumtemperatur und der Heizkörper gibt dadurch weniger Wärme ab.

Bimetalle als Temperaturfühler

Nach einem ähnlichen Prinzip funktionieren auch sogenannte Bimetallfühler oder  Bimetallthermometer. Sie bestehen in ihrer einfachsten Ausführung aus zwei miteinander verbundenen Metallstreifen, mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wird es wärmer, dehnt sich ein Metallstreifen schneller aus als der andere und die Konstruktion verbiegt sich.

Bekannt ist das zum Beispiel aus dem Bügeleisen. Hier misst ein Bimetall-Temperaturfühler die Temperatur und schaltet die Wärmezufuhr bei einem bestimmten Grenzwert aus. Wird es kälter, kühlt auch der Fühler ab. Er nimmt dann seine Ausgangsform ein und die Wärmezufuhr wird wieder freigegeben.

Fühler mit veränderbaren Widerständen

Widerstandsfühler verändern ihren elektrischen Widerstand bei steigenden oder sinkenden Temperaturverhältnissen. Unterschieden werden sie in Heiß- und Kaltleiter.

Heißleiter haben hohen Widerstand bei niedrigen Temperaturen

Heißleiter haben einen negativen Temperatur-Koeffizienten und werden auch NTC-Widerstand oder -Fühler genannt. Da ihre Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, sinkt ihr elektrischer Widerstand, je wärmer es wird. In Verbindung mit einem Mikrocontroller lässt sich diese Änderung auswerten und die Temperatur kann gemessen werden. Heißleiter eignen sich zum Beispiel zur Temperaturmessung in Bereichen von -25 bis 80 Grad Celsius und sind günstig herzustellen. Ein Nachteil ist jedoch die geringe Linearität. Das heißt, sie reagieren ungleichmäßig stark auf geänderte Temperaturbedingungen.

Kaltleiter haben hohen Widerstand bei hohen Temperaturen

Neben den Heißleitern gibt es auch sogenannte Kaltleiter. Diese haben einen positiven Temperatur-Koeffizienten, werden PTC-Fühler genannt und reagieren mit steigendem Widerstand auf höhere Temperaturen. Je nach verwendetem Material können die Temperaturfühler in näherungsweise lineare und nichtlineare Elemente unterschieden werden. Blickt man auf ein Temperatur-Widerstands-Diagramm, erkennt man lineare PTC-Fühler an der geraden Linie. Die Widerstandsänderung eines nichtlinearen Fühlerelements zeigt sich dagegen in Form einer Kurve.

Thermoelemente mit Seebeck-Effekt

Thermoelemente sind Temperaturfühler, die den thermoelektrischen Effekt (den sogenannten Seebeck-Effekt) zur Temperaturmessung nutzen. Einzelne Elemente bestehen dazu aus zwei elektrischen Leitern mit unterschiedlichen Eigenschaften, die an einem Punkt miteinander verbunden sind. Wird an den Kontaktstellen der Leiter eine Temperaturdifferenz festgestellt, erzeugt das Thermoelement elektrischen Strom. Die Spannung variiert in Abhängigkeit des Temperaturunterschieds und kann technisch ausgewertet werden. Thermoelemente werden unter anderem zur Messung von Temperaturdifferenzen verwendet und eignen sich vor allem in höheren Messbereichen von etwa 375 bis 1.600 Grad Celsius.

Wo kommen die Temperaturfühler in der Heizungsanlage zum Einsatz?

In der Heizung finden alle vorgestellten Temperaturfühler-Arten auch eine Verwendung. Das einfachste Beispiel ist dabei der Ausdehnungsfühler. Er wird im Heizkörperthermostat verwendet und ermöglicht die Regelung der Raumtemperatur über die Wärmeabgabe der Heizflächen.  

Temperaturfühler mit veränderlichem Widerstand, wie NTC- oder  PTC-Widerstand,  werden zur Messung der Vor- und Rücklauftemperaturen, der Speichertemperaturen oder der Außentemperaturen genutzt. Sie sind wichtige Bestandteile einer jeden Heizungsregelung  und lassen sich zum Beispiel in einer  Tauchhülse  direkt im Medienstrom installieren.

Thermoelemente findet man hingegen in älteren Gas-Heizkesseln. Hier dienen sie der Flammenüberwachung und schalten die Gaszufuhr ab, sobald keine Temperaturdifferenz messbar ist.  

Die Temperaturfühler funktionieren ohne zusätzliche Energiequelle

Die Temperaturfühler funktionieren ohne zusätzliche Energiequelle und schützen davor, dass Gas bei erloschener Flamme unkontrolliert in den Raum strömt. Diese Technologie nennen Experten auch  Energy Harvesting.