Системы вентиляции и кондиционирования
Назад

Принцип работы термопары описание устройство схема

Опубликовано: 30.04.2020
Время на чтение: 20 мин
0
6

Виды датчиков

  1. Тип К из никель-хрома (термопара ТХА) или никель-алюмеля (ХА), имеющий следующие свойства: низкую цену, долговечность, погрешность не более 0,4%, пределы измерения от -270 до 1269 градусов. Предназначен для работы в окислительной и инертной средах.

  2. L — хромель-копель(ТХК), недорогая термопара с верхним пределом в 600 градусов.

  3. J — железо-константан. Датчик занимает второе место по популярности, диапазон составляет от -210 до 760 град, менее долговечный, устойчив к окислению.

  4. Е — никель-хром или никель-константан с более высокой точностью и величиной сигнала, верхний предел измерений не превышает 870 градусов.

  5. Датчики из благородных металлов работают при большей температуре, но имеют высокую стоимость, в связи с чем чаще всего применяются в промышленности.

Схема подключения термопары

Термоэлектрический преобразователь, или термопара, представляет собой устройство, используемое в промышленности и медицине при проведении научных экспериментов, а также в системах автоматики. С помощью этого прибора проводятся замеры температуры. Для определения разности температурных показателей зон применяются дифференциальные устройства, которые представляют собой две термопары, соединенные навстречу друг другу.

Принцип действия и устройство термопары предельно просты. Это обусловило популярность данного прибора и широкое применение во всех отраслях науки и техники. Термопара предназначается для измерения температур в широком диапазоне – от -270 до 2500 градусов по Цельсию. Устройство вот уже не одно десятилетие является незаменимым помощником инженеров и ученых.

Наиболее распространенными способами подключения измерительных приборов к термопарам являются так называемый простой способ, а также дифференцированный. Суть первого метода заключается в следующем: прибор (потенциометр или гальванометр) напрямую соединяется с двумя проводниками. При дифференцированном методе спаивается не одни, а оба конца проводников, при этом один из электродов «разрывается» измерительным прибором.

Нельзя не упомянуть и о так называемом дистанционном способе подключения термопары. Принцип работы остается неизменным. Разница лишь в том, что в цепь добавляются удлинительные провода. Для этих целей не подойдет обычный медный шнур, так как компенсационные провода в обязательном порядке должны выполняться из тех же материалов, что и проводники термопары.

В случае выхода из строя термопары не подлежит ремонту. Теоретически можно, конечно, ее починить, но вот будет ли прибор после этого показывать точную температуру – это большой вопрос.

Иногда неисправность термопары не является явной и очевидной. В частности, это касается газовых колонок. Принцип работы термопары все тот же. Однако она выполняет несколько иную роль и предназначается не для визуализации температурных показаний, а для работы клапанов. Поэтому, чтобы выявить неисправность такой термопары, необходимо подключить к ней измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) и нагреть спай термопары. Для этого не обязательно держать ее над открытым огнем. Достаточно лишь зажать его в кулак и посмотреть, будет ли отклоняться стрелка прибора.

Причины выхода из строя термопар могут быть разными. Так, если не надеть специальное экранирующее устройство на термопару, помещенную в вакуумную камеру установки ионно-плазменного азотирования, то с течением времени она будет становиться все более хрупкой до тех пор, пока не переломается один из проводников.

Газовая аппаратура (котлы, колонки) также оснащается термопарами. Основной причиной выхода из строя электродов являются окислительные процессы, которые развиваются при высоких температурах.

В том случае, когда показания прибора являются заведомо ложными, а при внешнем осмотре не были обнаружены слабые зажимы, то причина, скорее всего, кроется в выходе из строя контрольно-измерительного прибора. В этом случае его необходимо отдать в ремонт. Если имеется соответствующая квалификация, то можно попытаться устранить неполадки самостоятельно.

Да и вообще, если стрелка потенциометра или цифровой индикатор показывают хоть какие-то «признаки жизни», то термопара является исправной. В таком случае проблема, совершенно очевидно, кроется в чем-то другом. И соответственно, если прибор никак не реагирует на явные изменения температурного режима, то можно смело менять термопару.

Однако прежде чем демонтировать термопару и ставить новую, нужно полностью убедиться в ее неисправности. Для этого достаточно прозвонить термопару обычным тестером, а еще лучше – померить напряжение на выходе. Только обычный вольтметр здесь вряд ли поможет. Понадобится милливольтметр или тестер с возможностью подбора шкалы измерения. Ведь разность потенциалов является очень маленькой величиной. И стандартный прибор ее даже не почувствует и не зафиксирует.

  • Подключение потенциометра или гальванометра непосредственно к проводникам.
  • Подключение с помощью компенсационных проводов;
  • Подключение обычными медными проводами к термопаре, имеющей унифицированный выход.

https://www.youtube.com/watch?v=XyAynJisdpU

Термопара – это практически единственный прибор, измеряющий предельно высокие температуры. Его устанавливают в различное котельное оборудование. Задача элемента – контролировать терморежим, защищая систему от возможного перегрева.

Принцип работы термопары описание устройство схема

Если в камере сгорания по какой-либо причине отсутствует пламя, термопара автоматически перекрывает подачу газа. То есть это защитный элемент.

Вообще устройство, замеряющее температуру рабочей среды, широко востребовано в разных областях человеческой деятельности: промышленность, медицина и другие сферы, где важна точная температура.

Термопара синхронизирована с впускающим клапаном – именно он подает сигнал для прекращения подачи топлива.

В основе лежит эффект Зеебека. Его суть:

  1. два разнородных проводника образуют замкнутую цепь;
  2. на места соединения действуют разные температуры;
  3. в цепи образуется термоэлектродвижующая сила.

Последняя возникает не сразу. Механизм работает так:

  1. Одна сторона проводника разогрета, из-за чего на нем быстрее перемещаются электроды, нежели на холодной. В итоге к нему поступает более высокая энергия.
  2. Энергия воздействует на электроды, «толкая» их к холодному проводнику, который копит отрицательный заряд.
  3. С горячей стороны сохраняется положительный заряд.
  4. Заряд копится до тех пор, пока потенциалы не будут отличаться. Электроны с холодной стороны перемещаются обратно к горячему проводнику.
  5. Заключительный этап процесса – придание равновесия.

На термоэлектродвижующую силу воздействуют следующие факторы:

  • показатель температуры на контактах;
  • из чего сделан проводник.

В среду с контролируемой температурой погружают рабочую сторону термопары (место, в котором соединены проводники). Нерабочий спай в это время подсоединяется к измерительному прибору. Для измерения различий потенциалов пользуются милливольтметром, который позволяет вычислить показатели в привычных градусах Цельсия.

Дополнительная информация! Для подключения термопары к измерительному прибору пользуются специальными термопарными проводами (их материал изготовления аналогичен проводникам).

Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.

Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.

Термопара в электрической цепи

Термопара — что это такое? Для пользователя все становится ясно, когда возникают перебои в работе газового оборудования. Рабочий спай термопары в котле нагревается от пламени запальника. В цепи наводится термо-ЭДС равная 20-25 mV, значения которой достаточно для срабатывания электромагнитного клапана.

Кроме того, некоторые плиты снабжают защитой при сбоях в подаче, когда в сети пропадает газ, а затем подается снова.

При горении газового факела в котле место спайки термоэлектродов остается нагретым, и за счет этого обеспечивается подача топлива. После того как пламя погаснет, рабочий спай термопары остывает, и она перестает вырабатывать ток. При этом происходит аварийное отключение электромагнитного клапана, перекрывающего газ.

Термоэлектрический преобразователь представляет собой элементарную конструкцию, состоящую из двух проводников, которые соприкасаются друг с другом в одной или нескольких точках.

Сами проводники состоят из разнородных металлов. Именно отличие в составах металла является основополагающим фактором работы термопары.

В основе принципа действия заложено физическое явление, имеющего название эффект Зеебека. Когда два элемента из различных металлов прочно соединяют между собой в одной точке, а место стыка помещают в открытый огонь, то на оставшихся холодных концах спаянного проводника появляется разница потенциалов. Если к этим концам подсоединить измерительный прибор в виде вольтметра, то произойдет замыкание цепи, а датчик покажет появившееся напряжение.

Напряжение от разницы потенциалов нагретых металлов будет незначительным, однако его будет вполне достаточно для проявления индукции в чувствительных катушках электромагнитных отсекающих клапанов. Как только на холодных концах проводников появляется напряжение, клапан автоматически срабатывает и открывает проход топлива к запальнику.

Примите к сведению: работа современных клапанов устроена таким образом, что высокая чувствительность катушек позволяет оставлять открытым топливный канал до тех пор, пока напряжение не опуститься ниже отметки в 20 мВ. Термопара в обычном режиме производит напряжение в диапазоне от 40 до 50 мВ.

Термопара, или преобразователь температуры включает в себя для проводника, сделанных из разных металлов, соединенные друг с другом с одного конца сваркой.

Принцип действия термопары основывается на эффекте Зеебека, суть которого такая:

  • замкнутая цепь образована двумя разнородными проводниками;
  • места контактов подвержены воздействию разных температур;
  • в цепи возникает термоэлектродвижущая сила.

Механизм появления этой силы включает в себя пять этапов:

  • один конец проводника разогрет, и на нем электроны двигаются намного быстрее, чем на холодном конце, соответственно, они получают более высокую энергию;
  • под воздействием энергии электроны двигаются в сторону холодного конца проводника, вследствие чего на нем накапливается отрицательный заряд;
  • на горячем конца проводника заряд продолжает оставаться положительным;
  • накопление заряда происходит до тех пор, пока не получится отличия в потенциалах, вследствие чего можно повернуть поток электронов от холодного конца проводника в обратную сторону;
  • в конце придается равновесие.

Конструктивные особенности

Отопительное оборудование, как и любая другая техника, иногда выходит из строя. Распространенная причина нестабильной работы – неисправность термопары. Первый признак, который об этом свидетельствует – кнопка, расположенная на магнитной коробке, не способна зафиксироваться. Это сложно отследить, если опыта недостаточно, поэтому нужно рассмотреть детальнее, как проверить работу термопары на газовом котле.

Неопытные владельцы котлов решают проблему следующим образом – фиксируют «непослушную» кнопку скотчем или изолентой. Способ рабочий, но только временно, при этом не безопасный – газовое оборудование и вовсе может выйти из строя.

Предлагаем ознакомиться  Устройство и принцип работы кондиционера

Когда кнопка начала себя так вести, сразу необходимо принимать меры. В первую очередь проверяют терморегулятор. Для проверки термопары пользуются мультиметром:

  1. Обеспечивают безопасность проведения работ: отключают котел от электросети и газопровода.
  2. С одной стороны термопары расположен термодатчик, а другой стороной, посредством гайки, она крепится к электромагнитному клапану.
  3. Чтобы снять термопару, достаточно открутить гайку.
  4. Датчик, отвечающий за термоэлектрическое преобразование, греют над источником стабильного огня, например, над конфоркой или свечой, на высоте около 1 см.

Важно! В ходе нагрева нужно пользоваться перчатками во избежание ожогов на руке.

  1. После разогрева детали берут вольтметр или тестер, который заранее выставляют на мВ (милливольты). Одним щупом касаются тела термопары, другим – выходного контакта.
  2. Мультиметр фиксирует электрическое напряжение спустя 45-60 секунд после нагрева. Если показания прибора находятся в пределе 18-25 мВ, значит с терморегулятором все в порядке. В таком случае причиной неисправности может быть плохой контакт между клапаном и термопарой.

Электрическое напряжение в термопаре должно быть в пределе 20-25 мВ. Тем не менее, даже при значении в 18 мВ она способна работать исправно. Выключаться она будет при напряжении, сниженном до 16-17 мВ.

На термопаре попросту может прогореть термодатчик. Выявить это можно при визуальном осмотре элемента – на его поверхности будет заметна глубокая черная вмятина (прогар). Такую деталь заменяют новой.

Поменять просто – устройство легко снимается и отсоединяется. Это важный элемент, без которого газовый котел попросту не будет работать. Благо, цена на него доступна.

Термодатчики изготавливаются по большей части из неблагородных металлов. От воздействия внешней среды их закрывают трубой с фланцем, служащим для крепления прибора. Защитная арматура предохраняет проводники от влияния агрессивной среды и делается без шва. Материалом служит обычная (до 600ºС) или нержавеющая (до 1100ºС) сталь. Термоэлектроды изолируют друг от друга асбестом, фарфоровыми трубками или керамическими бусами.

Если терминал расположен близко, то провода термопары подключаются к нему напрямую, без дополнительных разъемов. При расположении измерительного прибора на удалении, при включении его в цепь свободные концы термопары размещаются в литой головке, прикрепленной к защитной трубе. Внутри располагаются латунные клеммники на фарфоровом основании для подключения компенсационных проводов, изготовленных из таких же материалов, что и термоэлектроды, но не обладающих точными и строго контролируемыми характеристиками.

Принцип работы термопары описание устройство схема

На провода нельзя устанавливать обжимные оконцеватели, поскольку они могут ухудшить точность показаний. Из проволоки делают кольцо и зажимают его под винт.

Корректировка изменения температуры на клеммах может производиться электронным прибором, что повышает точность измерений.

Устройство вызывает сбои по разным причинам. Заменить сломанный прибор на новый можно самостоятельно. Для этого необходимо выполнить поэтапную инструкцию:

  1. Сначала ключом откручивается специальная гайка, которой термопара прикреплена к патрубку.
  2. Откручивается компенсационный винт, фиксирующий прибор к месту (он находится непосредственно под монтажным кронштейном).
  3. Аккуратно снимается старое устройство.
  4. В освободившееся отверстие вставляется новый прибор.
  5. Все фиксируется компенсационным винтом, а затем гайкой.
  6. Выполняется проверка на герметичность. При необходимости используется уплотнитель — полимер либо керамика.

При проведении процедуры следует помнить, что недотянутое, как и перетянутое резьбовое соединение будет опасным для исправности системы.

Данный элемент чаще всего выходит из строя, поэтому многих пользователей интересует вопрос, как проверить термопару для газового котла? Сделать это можно в домашних условиях с минимальными затратами сил. Потребуются следующие мероприятия:

  • 1.    Откручиваем свободный конец термопары от электромагнитного клапана.
  • 2.    Снимаем термопару с котла и начинаем нагревать конец, который располагался над горелкой. Лучше всего использовать для этой цели свечу или газовую конфорку.
  • 3.    Далее нужно взять милливольтметр и провести замеры показаний на выходном контакте. Исправное устройство менее чем через минуту нагрева выдаст 17-25 милливольт. В противном случае можно судить о выходе термопары из строя.

Устройство склонно к поломкам из-за вредных условий эксплуатации. К счастью стоит оно совсем недорого, так что проверка, ремонт и замена термопары обойдутся в приемлемую сумму. Причем все указанные операции можно провести самостоятельно, без вызова мастера. Это также позволит сэкономить на обслуживании.

В продаже также иногда встречаются термопары с электронными элементами, которые позволяют повысить надежность и точность измерений. В этом случае диагностика и обслуживание обойдутся несколько дороже и потребуют больше времени.

Принцип работы термопары описание устройство схема

При покупке элемента нужно уточнить необходимые параметры для конкретного котла и затем сверить их с выбранным изделием.Технические характеристики должны совпадать, потому что в противном случае термопара не сможет на 100% выполнять свои функции или будет вообще непригодна к эксплуатации.

Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.

Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:

  • Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
  • Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
  • Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
  • В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.

Так же термопары могут быть доступны и в качестве зонда. Этот тип широко используется как в измерительных приборах бытового назначения, так и в производстве, где необходимо защитить термопару от агрессивной среды технологического процесса.

Недостатки термопары

Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.

Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.

К сожалению, у таких простых приборов наряду с очевидными достоинствами присутствуют и некоторые недостатки. Прежде всего, стоит упомянуть погрешность, которая обычно составляет 0,5-2 градусов. Поэтому чтобы добиться более точных показаний (до ±0,01 °С), необходима индивидуальная градуировка термопары.

Принцип работы термопары описание устройство схема

Простота конструкции и высокая надежность, являясь неоценимым преимуществом, вместе с этим это еще и минус. Как такое может быть? Все очень просто – в случае возникновения неисправности термопары починить ее нет возможности, только заменить.

Благо, такой недостаток термопар для плит не столь существенен, так как стоимость не такая высокая.

Достоинствами использования данного устройства можно назвать:

  • Большой температурный диапазон измерений;
  • Высокая точность;
  • Простота и надежность.

К недостаткам следует отнести:

  • Осуществление постоянного контроля холодного спая, поверки и калибровки контрольной аппаратуры;
  • Структурные изменения металлов при изготовлении прибора;
  • Зависимость от состава атмосферы, затраты на герметизацию;
  • Погрешность измерений из-за воздействия электромагнитных волн.

Устройство и принцип действия термопары

Работа термопары основана на принципе термоэлектрического эффекта. Это явление было открыто физиком из Германии Т. Зеебеком в начале XIX века. Его суть состоит в следующем:

  • Как использовать термопаруЕсли соединить два термоэлектрода из разных металлов или сплавов в замкнутую электрическую цепь, а их рабочую поверхность подвергнуть воздействию разных температур, то по ней начнет протекать электрический ток.
  • Цепь, состоящая только из двух разных электродов, называется термоэлементом.
  • Работает термопара за счет электродвижущей силы, которая вызывает ток в цепи и зависит от материала элементов и разности температуры их соединения.
  • Элемент, из которого поступает ток от горячего соединения к холодному, считается положительным электродом, а от холодного к горячему — отрицательным.
  • Если говорить простым языком, то зная температуру одного соединения, которая поддерживается обычно постоянной, в результате измерения значения тока можно узнать величину нагрева другого соединения.

Принцип действия термопары основан на эффекте, который обнаружил в 1821 году немецкий — эстонский физик Томас Иоганн Зеебек. Он заметил, что при соединении двух проводников из разнородных металлов в них возникает напряжение (термоЭДС), величина которого зависит от степени нагрева места соединения. Позднее это явление стали называть термоэлектрическим эффектом или эффект Зеебека.

Фактическое напряжение, генерируемое термопарой зависит от температуры нагрева и от типа используемых металлов. Напряжение это не велико и, как правило, составляет от 1 до 70 мкВ на 1 градус Цельсия.

При подключении термопары к измерительному прибору получается еще один термоэлектрический переход. Таким образом, фактически получается два перехода находящихся в разных температурных режимах, поэтому входной сигнал на измерителе будет пропорционален разности температур между этими двумя переходами.

Для того, чтобы измерить абсолютную температуру, применяют метод известный как «компенсация холодного спая». Его суть заключается в том, что второй переход (который вне зоны измеряемой температуры) помещают при постоянной (образцовой) температуре. Ранее для этого использовали стандартный метод – помещая данный переход в ледяную воду.

На сегодняшний день применяют дополнительный датчик температуры расположенный в непосредственной близости от второго перехода, и по показаниям дополнительного температурного датчика измерительный прибор вносит коррекцию в результат измерения. Это значительно упрощает общую схему измерения, поскольку термопару и измерительный элемент, с элементом температурной компенсацией, можно объединить в единое целое.

Предлагаем ознакомиться  Все о правилах ухода за теплицей зимой

Действительно, постоянно находиться в зоне открытого пламени может далеко не каждый материал. Термоэлемент же изготовлен из металла, точнее, из нескольких металлов, поэтому высокой температуры не боится. При работе газовой котельной установки без него никак не обойтись, выход из строя термопары означает полную остановку агрегата и немедленный ремонт.

Чтобы лучше понять принцип работы термопары газового котла, стоит рассмотреть схему, представленную на рисунке.

Схема термопары

В основе этого принципа лежит следующее физическое явление: если надежно соединить между собой 2 разнородных металла, а потом место соединения нагревать, то на холодных концах этого спая появится разница потенциалов, то есть, напряжение. А при подключении к ним измерительного прибора цепь замкнется и возникнет постоянный электрический ток.

Для справки. Некоторые современные электромагнитные клапаны настолько чувствительны, что остаются открытыми, пока напряжение на входе не станет ниже 20 мВ. Термоэлемент в обычном рабочем режиме вырабатывает напряжение порядка 40—50 мВ.

Соответственно, устройство термопары газового котла основано на описанном явлении, носящем название эффекта Зеебека. Две детали из различных металлов прочно соединяются между собой в одной или нескольких точках, при этом качество соединения играет большую роль. Оно влияет на рабочие параметры элемента и долговечность его эксплуатации. Место соединения и будет той самой рабочей частью, помещаемой в зону открытого огня.

Поскольку для изготовления термоэлементов применяется множество различных пар металлов, не вдаваясь в подробности, отметим, что в термопаре для газового котла используется пара хромель – алюминий. К холодным концам этих металлов приварены проводники, заключенные в защитную оболочку. Второй конец проводников вставляется в соответствующее гнездо автоматики агрегата и закрепляется с помощью зажимной гайки.

В процессе розжига запальника и горелки газового котла для подачи топлива мы открываем электромагнитный клапан вручную, нажимая на его шток. Газ попадает на запальник и поджигается, а термопара находится рядом и нагревается от его пламени. Спустя 10—30 сек кнопку можно отпускать, так как термоэлемент уже начал вырабатывать напряжение, удерживающее шток клапана в открытом состоянии.

Преобразователь температуры в электрический ток называется термопарой. Такой термоэлемент используется в преобразовательных и измерительных устройствах, а также во многих системах автоматики. Если рассматривать термопары по международным стандартам, то это два проводника из разных материалов.

69ac501c5a94ff496477591f16a0a32b.jpg

Термопара имеет три основных элемента. Это два проводника электричества из разных материалов, а также защитная трубка. Два конца проводников (их еще называют термоэлектродами) спаяны, а два других подключаются к потенциометру (прибор для измерения температуры).

Если говорить простым языком, принцип работы термопары заключается в том, что спай термоэлектродов помещается в среду, температуру которой необходимо измерить. В соответствии с правилом Зеебека, возникает разность потенциалов на проводниках (иначе – термоэлектричество). Чем больше температура среды – тем более значимой является разница потенциалов. Соответственно, стрелка прибора отклоняется больше.

В современных комплексах измерения на смену механическому устройству пришли цифровые индикаторы температуры. Однако далеко не всегда новый прибор превосходит по своим характеристикам старые аппараты еще советских времен. В технических вузах, да и в научно-исследовательских учреждениях, и по сей день пользуются потенциометрами 20-30-летней давности. И они демонстрируют поразительную точность и стабильность измерений.

Термопара – это устройство для измерения температур во всех отраслях науки и техники. Данная статья представляет общий обзор термопар с разбором конструкции и принципом действия устройства. Описаны разновидности термопар с их краткой характеристикой, а также дана оценка термопары как измерительного прибора.

Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.

Факторы, увеличивающие быстродействие:

  1. Правильная установка и расчет длины первичного преобразователя;
  2. При использовании преобразователя с защитной гильзой необходимо уменьшить массу узла, подобрав меньший диаметр гильз;
  3. Сведение к минимуму воздушного зазора между первичным преобразователем и защитной гильзой;
  4. Использование подпружиненного первичного преобразователя и заполнения пустот в гильзе теплопроводящим наполнителем;
  5. Быстро движущаяся среда или среда с большей плотностью (жидкость).

Стандарты на цвета проводников термопар

В состав термопар входят компенсационные провода, которые выглядят как удлинители для подсоединения устройств к измерительному прибору. Если устроить свободные концы в головке термоэлектрического преобразователя, то практически его подсоединение выполнить нельзя, так как прибор работает при очень высоких температурах.

Кроме того, не всегда прибор, на который поступают данные, можно расположить недалеко от датчиков. Поэтому часто требуется подсоединение измерительного прибора на расстоянии от места, где установлены датчики. Эту задачу с успехом решают компенсационные провода. Обычно их изготавливают из того же материала, что и термоэлектрические датчики.

Удлинительные провода находятся на участках с более низкими температурами, поэтому существует возможность изготавливать их из более дешевого материала. При использовании компенсационных проводов необходимо учитывать возможность появления паразитных электродвижущих сил. Провода должны обеспечить отведение свободных концов от термопары в зону с пониженной и постоянной температурой.

Принцип действия термопары основан на возникновении разности потенциалов в проводниках. Поэтому к подбору материалов электродов необходимо подходить очень ответственно. Различие в химических и физических свойствах металлов является основным фактором работы термопары, устройство и принцип действия которой основаны на возникновении ЭДС самоиндукции (разности потенциалов) в цепи.

Технически чистые металлы для применения в качестве термопары не подходят (за исключением АРМКО-железа). Обычно используются различные сплавы цветных и благородных металлов. Такие материалы имеют стабильные физико-химические характеристики, благодаря чему показания температуры всегда будут точными и объективными. Стабильность и точность – ключевые качества при организации эксперимента и производственного процесса.

В настоящее время наиболее распространены термопары следующих видов: E, J, K.

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

Точность измерения

На выполнение правильного процесса измерения влияют внешние источники, техническое состояние средств измерения и другие условия. На точность измерения с использованием термоэлектрического преобразователя влияет изменение электродвижущей силы.

Это явление называется термоэлектрической нестабильностью используемых сплавов. В процессе эксплуатации стало известно, что сплавы электродов изменяют свою ЭДС, которая приводит к искажению показаний.

Во время длительной эксплуатации при высоких температурах такие ошибки могут достигать больших величин, что приводит к снижению точности измерений.

Основными причинами нестабильности измерений считаются:

  • взаимодействие термоэлектродов с внешней средой;
  • влияние на датчики изолирующих и защитных устройств;
  • взаимодействие электродов друг с другом;
  • внутренние процессы, которые возникают при изменении температуры;
  • влияние радиации, электромагнитных полей и перепадов давления.

Под воздействием высокой температуры происходит снижение сопротивления изоляции датчиков, которое приводит к искажению измерений. Часто источником возникновения ошибок при замерах становится неправильный выбор термоэлектрода, так как его сопротивление не совпадает с показаниями электрической цепи. Изменение электродвижущей силы по длине термоэлектрического преобразователя тоже приводит к возникновению ошибок при получении показателей.

Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.

Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.

Правильность температурных показателей, получаемых с помощью термопары, зависит от материала контактной группы, а также внешних факторов. К последним можно отнести давление, радиационный фон либо иные причины, способные повлиять на физико-химические показатели металлов, из которых изготовлены контакты.

состоит из следующих составных частей:

  • случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

  • погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

  • погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

  • погрешность контрольной аппаратуры.

Особенности замены термопары

Чтобы устранить неполадку своими руками необходимо:

  • прижимную гайку открутить гаечным ключом и и достать ее конец;
  • шнуровкой-нулевкой очистить от загрязнений;
  • произвести проверку термопары мультиметром;
  • убедиться, что все показатели соответствуют нормам;
  • собрать термопару обратно и запустить котел.

Если починить термопару не удается, то всегда есть возможность купить новую. Российский рынок предлагает большой ассортимент данных приборов, выпускаемых различными производителями, например, АБАТ, АОГВ, АКГВ. Их цена колеблется в диапазоне от 300 до 2000 рублей. На газовые котлы иностранного производства (например, Bosch, Viessmann, Vaillant) цена термопары будет выше.

О других неисправностях газового котла можете прочитать здесь.

Сегодня термопары нашли активное применение в , выбор их на рынке велик, и каждый имеет возможность приобрести универсальную термопару. Однако, выбирая термопару самостоятельно можно столкнуться с рядом трудностей. Следует обратиться к специалисту, который подскажет как выбрать прибор, соответствующий всем характеристикам газового котла. Также можно воспользоваться таблицей зависимости технических характеристик прибора с характеристиками газового котла.

Переносные и стационарные запальники для газового котла

Что касается газовых котлов, то среди всех деталей оборудования именно термопара чаще всего выходит из строя. Неисправность можно обнаружить так же, как в случае с плитой. Признак выглядит так: нажимается кнопка подачи газа, поджигается запальник и держится 30 секунд (как полагается по инструкции) и отпускается. При этом горелка сразу же гаснет, что должно насторожить.

Это может говорить о том, что термопара неисправна и требует замены, поскольку неремонтопригодна. Или же между устройством и электромагнитным клапаном плохой контакт.

https://www.youtube.com/watch?v=jP0vp1dY374

В этом случае можно самостоятельно выполнить несложную диагностику, а и полностью устранить проблему, без привлечения специалиста. При этом необязательно в точности знать, какой у термопары принцип действия. Вот что потребуется сделать:

  • Откручивается прижимная гайка, что удерживает термопару на после чего устройство извлекается.
  • Внимательно осмотреть разъем – есть ли окислы или загрязнения? В случае чего, пройтись мелкой шкуркой.
  • Проверить работоспособность при помощи мультиметра. Для этого один конец устройства соединяется с прибором, а другой нужно нагреть. Можно воспользоваться ручной газовой горелкой или чем-нибудь еще (свечка). У исправной термопары напряжение должно быть до 50 мВ.
  • Если диагностика прошла успешно, остается установить термопару на свое место и еще раз запустить котел.

Любой, кто осведомлен, что такое термопара, может прийти к правильному выводу – все дело в самом электромагнитном клапане. Однако и он может быть исправен. Тогда нужно прочистить место соединения проводников, после чего найти удачное положение прижимной гайки, при котором обеспечивается хороший контакт.

У каждого устройства найдутся слабые места, и термоэлектрический преобразователь — не исключение. Он отличается особой чувствительностью к состоянию датчика, коим является его «горячий» конец. На его поверхности может появиться сильный нагар или прочие загрязнения. По этой причине термопара не способна выработать необходимое напряжение, в результате чего плита полностью не функционирует либо работает с перебоями.

Предлагаем ознакомиться  Скважина своими руками без оборудования: видео

Как это проявляется? При нажатии кнопки розжига загорается одна из конфорок, но стоит отпустить ее – пламя гаснет. Если такое происходит, можно попробовать почистить датчик наждачной бумагой с мелким зерном. Если же результат не изменится, или измерения термопара производит неточно, скорее всего, нужна замена термопары.

Для чего нужна и как работает термопара, знает каждый, кто хоть единожды сталкивался с установкой газового оборудования. Термопара — это своего рода контроллер, предохраняющий приборы от перегрева и некорректной работы.

Важно: термопара или термоэлектрический элемент является наиболее оптимальным средством измерения высоких температур, которые возникают в камере сгорания работающей установки газового котла. Кроме контролирующей функции, термопара конвертирует температуру в определенную энергию, например, электроток.. Чтобы в изначально подать топливо (в нашем случае газ) на запальник, нужно вручную открыть электромагнитный клапан

После нажатия на шток газ подается на запальник и термоэлемент нагревается. Достаточно 30 секунд нажатия, после этого отпадет необходимость самостоятельного удерживания клапана открытым, так как выработка напряжения термопарой уже началась, и агрегат будет работать без вашего участия.

Чтобы в изначально подать топливо (в нашем случае газ) на запальник, нужно вручную открыть электромагнитный клапан. После нажатия на шток газ подается на запальник и термоэлемент нагревается. Достаточно 30 секунд нажатия, после этого отпадет необходимость самостоятельного удерживания клапана открытым, так как выработка напряжения термопарой уже началась, и агрегат будет работать без вашего участия.

Запальник газового котла

Выше уже упоминалось, что по типу установки выделяют переносные и стационарные запальники. Рассмотрим подробнее.

Блок запальных электродов для газового котла Viessmann

Переносные. Такие устройства присоединяются к газопроводу при помощи резинотканевых шлангов. Обязательно наличие канатки на штуцере газопровода и запальнике (для натягивания конца шланга). Необходим монтаж крана отключения на газопроводе до шланга. Для проведения запального устройства в топку в обмуровочной кладке должно быть отверстие в диаметре d > 50 мм.

Топкам с максимальным разрежением 8 кгс/м² подходят однофакельные запальники с давлением средним или низким. Здесь устройство запальника газового котла – это горелка с частичной воздушной инжекцией. Газ удаляется из сопла, тем самым подсасывая воздух через отверстия в конструкции инжектора. Образованная смесь газа и воздуха движется через смеситель и удаляется из огневого насадка в защитный кожух с отбортовкой.

Устройство термопары

Тут начинается горение газа. С переменой давления и газового состава в запальнике нужно изменить лишь диаметр сопла. Если в топке есть избыточное давление, то запальник должен выдавать полностью подготовленную смесь воздуха и газа, которая получается при среднем газовом давлении в инжекции, а при низком – в запальнике с принудительной воздушной подачей.

Про горелки для газовых котлов можно прочитать .

Стационарные. Такие устройства имеют повышенный уровень безопасности и лёгкий розжиг главной горелки. Факел обязан быть устойчивым, какой бы ни был рабочий режим котла, должен хорошо поджигать смесь воздуха и газа горелки, с лёгкостью зажигаться запальником переносного типа либо электроприбором.

Запальная пилотная горелка Sit

Данный запальник может:

  • являться отдельным блоком газовой горелки либо её частью;
  • быть однофакельным либо многофакельным;
  • запускаться от основной горелки или функционировать на постоянной основе;
  • поджигаться электрическим способом либо на дистанции.

Стационарный запальник подразумевает подачу газа от газопровода до запорных приборов главной горелки.

Независимо от характеристик приборов, их способ установки не отличается в разных модификациях и моделях. Устанавливать его на газовый котел нужно вручную. Как правило, такая установка является частью ремонта газового котла.

Принцип действия термопары

Давайте посмотрим, как происходит установка с момента демонтажа старого прибора:

  • прибор присоединяют через резьбовой патрубок к газовой магистрали. Контроллер крепят к патрубку при помощи медной или свинцовой гайки. Чтобы снять старую термопару, нужно открутить эту гайку;
  • открутите компенсационный винт, который находится под монтажным кронштейном и держит по месту прибор;
  • удаляем старое устройство для котла и ставим новое;
  • закручиваем по очереди винт и гайку. Проверьте, чтобы соединение было герметичным. Помните, что резьбовое соединение нельзя ни перетягивать, ни недотягивать, иначе это может быть крайне опасно.

В ходе установки и применения термопары для газового котла помните следующее:

  • во время установки приспособления, внимательно смотрите за направлением трубки подачи и отвода топлива, они должны быть расположены вниз;
  • концевой выключатель – это ключевая часть, отвечающая за отключение подачи газа на горелку. Он находится в зоне контроля безопасности под пленумом, от которого подается температура на выключатель и который нагревается в зависимости от температуры самого котла;
  • после выключения горелки выключается вентилятор, который подает воздух в камеру, где сгорает топливо. Если это не так, то нужно исправить выключатель. Некоторые термостаты имеют опцию постоянной работы вентилятора, которую можно выключить;
  • чтобы настроить или откалибровать приспособления своими руками, нужно снять крышку с панели управления и найти там зубчатый циферблат. Его следует прокрутить до нужного показателя и запустить систему;
  • обращайте внимание на газовый запах, это может быть следствием того, что крепеж был прижат неплотно, или ослабело одно из соединений. Делать это нужно максимально быстро, поскольку газовая утечка – крайне опасное явление.

Конечно же, термопары для газовых котлов – достаточно специфические приборы, которые не всегда легко выбрать без помощи специалиста. Также можно найти специальную таблицу соотношения характеристик прибора с характеристиками газовых котлов. Если показатели совпадают с точностью до градуса, значит, такая термопара вам подойдет.

Разновидности термопар

Основное различие между термопарами кроется в используемом материале для изготовления проводников. При этом встречаются довольно необычные названия сплавов, о которых могут знать лишь любители кроссвордов или сканвордов. В зависимости от этого все устройства делятся на несколько типов. Более наглядно это можно увидеть на таблице ниже.

Тип

Маркировка (отечественная)

Используемый сплав

Температурный диапазон, °C

B

ТПР

платина и родий

100…1800

E

ТХКн

хромель и константан

0…600

J

ТЖК

железо и константан

-100…1200

K

ТХА

хромель и алюмель

-200…1300

L

ТХК

хромель и копель

-200…850

N

ТНН

нихросил и нисил

-200…1300

R

ТПП13

платина и родий

0…1700

S

ТПП10

платина и родий

0…1700

T

ТМКн

медь и константан

-200…400

При этом из всех перечисленных типов бытовое газовое оборудование с автоматикой оснащается лишь тремя – это разновидности K, E и N.

Измерение термопарой

Термопара характеризуется несложным строением. При наличии соответствующих навыков это устройство можно даже сделать собственными руками в домашних условиях. Однако лучше приобрести промышленный прибор, прежде изучив технические характеристики, а также особенности всех типов устройств.

Специализированные компании производят термопару трёх видов:

  1. Типа Е — для изготовления используются две пластины: константан и хромель. Этот прибор отличается повышенной производительностью. Кроме того, он контролирует процесс, протекающий в диапазоне температур от —5°С до 74°С.
  2. Типа J — в приборе вместо хромеля установлена железная пластинка, которая ничуть не ухудшает технические характеристики устройства. Имеет повышенную чувствительность к изменениям, а температурный диапазон — от —4°С до 74°С.
  3. Типа К — такие термопары пользуются наибольшей популярностью. Они оснащены пластинами, сделанными из алюминия и хромеля.

    Рабочий диапазон изменяется в пределах от —20°С до 135°С, а саму чувствительность производителям удалось повысить на несколько позиций.

    Продолжительность срока эксплуатации этого прибора определяется средой использования: так, в углекислом газе пластина из хромеля покрывается ржавчиной в виде зелёной гнили, сплав быстро портится и устройство теряет немагнитные свойства.

Существуют и другие типы термопар, однако, они не подходят для применения в газовых котлах по причинам:

  • сплавы содержат дорогие металлы, поэтому у них высокая стоимость;
  • такие модели ничем не лучше, чем типы К, Е или J.

Технические характеристики прибора

Примечательно, что термопарам не нужны никакие дополнительные источники питания. Они применяются для измерения температур достаточно большого диапазона: от -200 °C до 2000 °C. При этом они обладают меняющимися параметрами. Проблематично еще и то, что надо учитывать влияние температуры свободных концов на заключительные результаты измерений. Помимо этого, низкое выходное напряжение требует достаточно точных усилителей.

Ярким примером использования приборов, созданных по принципу термопар, служат компактные цифровые термометры. В настоящее время — это основной и, пожалуй, самый массовый прибор для осуществления статических и динамических измерений.

Выходным сигналом термопары является постоянное напряжение. Он достаточно просто преобразуется в цифровой код. А затем его можно измерить с помощью простейших приборов. Для этих целей можно взять, к примеру, малогабаритный цифровой мультиметр.

Измерительные приборы на основе термопар отличает высокая точность и чувствительность, а также правильность характеристик преобразования. Обычно напряжение на выходе колеблется от 0 до 50 мВ, а типичная производительность — от 10 до 50 мкВ/°C. Все зависит от используемых в датчике материалов.

, , , , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector