Термопара: виды и принцип работы

Термопара: виды и принцип работы

Термопара: виды и принцип работы
0
176 просмотров

термопара: виды и принцип работы

Термопары: подробно простым языком

Термопары — это наиболее распространенное устройство для измерения температуры. Термопары генерируют напряжение при нагревании и возникающий ток позволяет проводить измерения температуры. Отличается своей простотой, невысокой стоимостью, но внушительной долговечностью. Благодаря своим преимуществам, термопара используется повсеместно.

Рекомендуем обратить внимание и на другие приборы для измерения температуры.

Принцип работы термопары

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.

Спай термопары

В конструкции большинства термопар предусмотрен только один спай. Однако, когда термопара подсоединяется к электрической цепи, то в точках ее подсоединения может образовываться еще один спай.

Цепь, показанная на рисунке, состоит из трех проводов, помеченных как А, В и С. Провода скручены между собой и помечены как D и Е. Спай представляет собой дополнительный спай, который образуется, когда термопара подсоединяется к цепи. Этот спай называется свободным (холодным) спаем термопары. Спай Е — это рабочий (горячий) спай. В цепи находится измерительный прибор, который измеряет разницу величин напряжения на двух спаях.

Два спая соединены таким образом, что их напряжение противодействует друг другу. Таким образом, на обоих спаях генерируется одна и та же величина напряжения и показания прибора будут равны нулю. Так как существует прямо пропорциональная зависимость между температурой и величиной напряжения, генерируемой спаем термопары, то два спая будут генерировать одни и те же величины напряжения, когда температура на них будет одинаковой.

Когда спай термопары нагревается, величина напряжения повышается прямо пропорционально. Поток электронов от нагретого спая протекает через другой спай, через измерительный прибор и возвращается обратно на горячий спай. Прибор показывает разницу напряжения между двумя спаями. Разность напряжения между двумя спаями. Разность напряжения, показываемая прибором, преобразуется в температурные показания либо с помощью таблицы, либо прямо отображается на шкале, которая откалибрована в градусах.

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными. Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Неисправности термопары

Если термопара выдает неточные показания температуры, и было проверено, что нет ослабленных соединений, то причина может крыться либо в регистрирующем приборе, либо в самой термопаре, первым обычно проверяется регистрирующий прибор, так как приборы чаще выходят из строя, чем термопары.

Более того, если прибор показывает хоть какие-нибудь показания, пусть даже неточные, то, скорей всего, дело не в термопаре. Если термопара неисправна, то обычно она не выдает вообще никакого напряжения, и прибор не будет выдавать никаких показаний. Если показаний на приборе нет совсем, то вероятно дело в термопаре.

Если Вы подозреваете, что термопара вышла из строя, то проверьте ее сигнал на выходе с помощью прибора, который называется милливольтный потенциометр, который используется для измерения малых величин напряжения.

Пирометр это продвинутый прибор для определения температуры любого объекта на основе инфракрасного датчика, который считывает невидимое инфракрасное излучение
Термистор чувствительный к изменениям температуры элемент, изготовленный из полупроводникового материала
Биметаллический термометр это прибор для измерения температуры, принцип работы которого основан на расширении и сжатии твердых тел

Источник

Сравнение термосопротивления и термопары. Основы измерения температуры от Emerson

См. также: брикеты для котла длительного горения

термопара: виды и принцип работы

Термопары. Виды и состав. Устройство и принцип действия

Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство

Статья «Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство» с различных сторон рассматривает термопары. Для удобства чтения и изучения данная статья разделена на главы и параграфы, а также содержит графические материалы.

На странице представлена только выдержка из статьи «Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство».

Введение

Термопара (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое для измерения температуры в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики.

Основное назначение термопар – измерение температуры. Температура — физическая величина, количественно характеризующая меру средней кинетической энергии теплового движения молекул какого-либо тела или вещества. Из анализа определения температуры можно сделать вывод, что данная физическая величина не может быть измерена непосредственно. Судить об изменении температуры какого-либо объекта можно по изменению других физических свойств данного объекта (например, объема, давления, электрического сопротивления, термо-ЭДС, интенсивности излучения и др.).

Для обеспечения единства измерений температуры в качестве международного стандарта в 1968 году была принята Международная Практическая Температурная Шкала МПТШ-68 (в настоящее время стандартом является уточненная в 1990 году версия шкалы — ITS-90 (МТШ -90), использующая в качестве опорных (реперных) точек температуры изменения агрегатного состояния определенных веществ, которые могут быть воспроизведены. Помимо этого, стандарт определяет типы эталонных средств измерения во всем диапазоне температур. Перечень некоторых реперных точек МТШ-90 приведен в таблице Таблица 1.

Реперная точка Температура, К Температура, °С
Точка затвердевания золота 1337,33 1064,18
Точка затвердевания серебра 1234,93 961,78
Точка затвердевания цинка 692,677 419,527
Тройная точка воды 273,16 0,01
Тройная точка кислорода 54,3584 –218,7916
Точка плавления галлия 302,9146 29,7646

В зависимости от диапазона измеряемых температур различают две основные группы методов измерения: контактные (собственно термометрия) и бесконтактные (пирометрия или термометрия излучения). Бесконтактные способы применяются, как правило, для измерения очень высоких температур. Измерение температуры с помощью термопар относится к контактному способу измерения.

Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте или эффекте Зеебека. К достоинствам термопар, как средств измерения температуры, можно отнести высокую точность измерения значений температуры, большой температурный диапазон измерения, их простоту устройства и надежность.

Термопары классифицируются по материалам, из которых они изготовлены, а также по классу точности (допуска) (см. Глава 4, §3).

Глава 1 Устройство термопары

§1 Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Принцип работы термопары основан на термоэлектрическом эффекте. Явление термоэлектричества было открыто немецким физиком Т. Зеебеком (T. Seebeck) в 1821 г. и также получило название эффект Зеебека.

Эффект Зеебека состоит в следующем: если соединить два проводника (термоэлектрода) из разнородных металлов или сплавов таким образом, чтобы они образовали замкнутую электрическую цепь (Рисунок 1), и затем поддерживать места контактов (спаи) при различной температуре, то в цепи будет протекать постоянный ток. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников (термоэлектродов), называется термоэлементом или термопарой.

Электродвижущая сила, вызывающая ток в цепи, называется термо-ЭДС Зеебека и в первом приближении зависит только от материала термоэлектродов и разности температур спаев.

Термоэлектрод, по которому ток идет от горячего спая к холодному, договорились считать положительным, от холодного к горячему – отрицательным. При обозначении термопары, например ТХА (термопара хромель-алюмель), на первом месте в названии указывается материал положительного электрода, на втором – отрицательного.

Таким образом, зная температуру одного спая (обычно ее поддерживают постоянной, например, равной 0 °С) и измеряя ток или напряжение в цепи, можно однозначно определить неизвестную температуру другого спая.

Стоит заметить, что величина термо-ЭДС составляет милливольты при разности температур в 100 К (173,15 °С) и температуре холодного спая в 0 °С (например, пара медь-константан дает 4,25 мВ, платина-платинородий — 0,643 мВ).

§2 Термоэлектрический термометр. Конструкции термопар

Правильнее говорить, что температуру измеряют не с помощью термопары, а с помощью термоэлектрического термометра. Чувствительным элементов такого термометра является термопара; термометрической величиной – термо-ЭДС, возникающая в термопаре; термометрическим свойством – изменение термо-ЭДС с изменением температуры;.

Основными факторами, от которых зависит конструкция термопары, являются условия ее эксплуатации. При конструировании того или иного термоэлектрического преобразователя учитываются такие факторы, как агрегатное состояние вещества, температуру которого требуется измерять, «агрессивность» внешней среды, диапазон измеряемых температур, тепловая инерционность и другие.

Можно выделить следующие особенности конструкции термопар:

  • Концы двух термоэлектродов соединяются между собой в одной точке, образуя рабочий спай. Соединение происходит, как правило, с помощью электродуговой сварки, а термоэлектроды перед сваркой скручивают между собой. В специальных случаях вместо сварки может применяться пайка. Термоэлектроды из тугоплавких металлов, например, в вольфрам-рениевых или вольфрам-молибденовых термопарах, часто соединяют только скруткой без дальнейшей сварки.
  • Термоэлектроды должны быть соединены между собой только в рабочем спае. По всей остальной длине требуется их электрическая изоляция друг от друга.
  • Способ изоляции термоэлектродов зависит от верхнего температурного предела применения термоэлектрического термометра. Если указанный предел не превышает 100-120 °С, то может применяться любая изоляция, в том числе воздушная. При температурах до 1300 °С изоляцию выполняют с помощью фарфоровых одно- и двухканальных трубок или бус. При более высоких температурах электроизоляционные свойства пирометрического фарфора сильно ухудшаются, а сам он размягчается. В связи с этим при более высоких температурах используют трубки из окиси алюминия (до 1950 °С) и из окиси магния, окиси бериллия, двуокиси тория и двуокиси циркония (выше 2000 °С).
  • В зависимости от среды, в которой осуществляется измерение температуры, термопара может иметь наружную защитную трубку-чехол с закрытым концом. Данная трубка может быть металлической, керамической или металлокерамической. Она должна обеспечивать механическую стойкость термоэлектрического термометра, отсутствие механического напряжения термоэлектродов, гидроизоляцию, а в некоторых случаях герметичность термометра. Материал защитной трубки-чехла должен выдерживать длительное пребывание при температуре верхнего предела применения данной конструкции термопары, а также быть химически стойким к среде, в которой осуществляются измерения, обладать хорошей теплопроводностью. Защитная трубка-чехол должна быть газонепроницаемой и нечувствительной к действию резких изменений температуры.

На рисунке Рисунок 2 представлен один из вариантов конструктивного исполнения термопары.

Классификация типов конструктивного исполнения термопар
По назначению и условиям эксплуатации:

  • погружаемые;
  • поверхностные.

По наличию и материалу защитного чехла:

  • изготовляемые без чехла;
  • со стальным чехлом (до t ≈ 600 °С);
  • с чехлом из специального жаростойкого сплава (до t ≈ 1000-1100 °С);
  • с фарфоровым чехлом (до t ≈ 1300 °С);
  • с чехлом из тугоплавких сплавов (t ≈ 2000 °С и более).

По конструкции крепления термопары на месте установки:

  • с неподвижным штуцером;
  • с подвижным штуцером;
  • с подвижным фланцем.

По защищенности от внешней среды со стороны выводов:

  • с обыкновенной головкой;
  • с водозащищенной головкой;
  • со специальной заделкой выводных концов (без головки).

По защищенности от измеряемой среды:

  • защищенные от воздействия неагрессивных и агрессивных сред;
  • незащищенные (применяются, когда измеряемая среда не оказывает вредного влияния на термоэлектроды).

По герметичности, рассчитанные на высокое давление измеряемой среды:

  • негерметичные;
  • герметичные, предназначенные для работы при различных условных давлениях и температурах.

По устойчивости к механическим воздействиям:

  • вибротрясоустойчивые;
  • ударопрочные;
  • обыкновенные.

По числу зон, в которых должна контролироваться температура: По степени тепловой инерции:

  • с большой инерционностью – до 3,5 минут;
  • со средней инерционностью – до 1 минуты;
  • малоинерционные – до 40 секунд;
  • с ненормированной инерционностью.

Длина рабочей части термопары может быть различной: от 120 до 1580 мм для однозонных термоэлектрических преобразователей, до 20000 мм – для многозонных.

§3 Удлиняющие (компенсационные) провода для термопар

Согласно принципу работы термопары, описанному в Глава 1, §1, свободные концы термопары (холодный спай) должны находиться при постоянной температуре, желательно близкой к 0 °С. К этим концам присоединяют соединительные провода, которые идут к измерительному прибору. Если располагать свободные концы в головке термоэлектрического термометра (см. Рисунок 2), то выполнить данное условие практически невозможно. Головка термометра может находиться при очень высоких температурах, а также эти температуры могут меняться из-за изменения состояния среды, в которой осуществляются измерения. Также не всегда возможно разместить измерительный прибор в непосредственной близости от термопары. Таким образом, возникает необходимость в удалении точек подключения измерительного прибора (свободных концов термопары) от непосредственного места измерения температуры. Данную задачу решают с помощью компенсационных (удлиняющих) проводов.

В простейшем случае компенсационные провода могут быть изготовлены из тех же сплавов, что и термоэлектроды. Но, как правило, провода, выводимые из головки термометра, будут находиться при температурах гораздо более низких, чем термоэлектроды. Этот факт позволяет заменить дорогостоящие термоэлектродные сплавы со специальными свойствами на более дешевые сплавы. Необходимо только обеспечить условия, исключающие возможность образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. О данных условиях будет рассказано далее.

Схема термоэлектрической цепи, которая получается при наличии удлиняющих проводов, представлена на рисунке Рисунок 3.

Провода, удовлетворяющие условию EAB(T1; T0) = ECD(T1; T0), называются удлиняющими (компенсационными). Такие провода, соединенные с термоэлектродами и соединительными проводами, развивают при небольших температурах (не более 100-150 °С) термо-ЭДС, равную термо-ЭДС термопары. Основное назначение компенсационных проводов – отведение свободных концов термопары в зону с известной и постоянной температурой.

В качестве примера можно рассмотреть термопару платинородий-платина (ТПП). Для данной термопары в качестве удлиняющих используются провода, изготовленные из меди и медно-никелевого сплава (0,6% Ni + 99,4% Cu). При T1 = 100 °С и T0 = 0 °С они развивают такую же термо-ЭДС, как и платинородий с платиной – 0,64 мВ. В данном случае применение удлиняющих проводов позволит использовать меньшее количество дорогостоящих платинородия и платины.

Конструкция компенсационных проводов представлена на рисунке Рисунок 4.

§4 Основные источники погрешностей измерений с помощью термопар

Любое измерение выполняется с той или иной точностью. Точность измерения зависит от метода, внешних условий, состояния средств измерения и некоторых других факторов. Далее приводятся основные источники погрешностей измерений температуры с помощью термопар.

  • Изменение термо-ЭДС в процессе работы термопары. Данное явление получило название термоэлектрической нестабильности термоэлектродных сплавов. Установлено, что в процессе эксплуатации все термоэлетродные сплавы изменяют свою термо-ЭДС, что приводит к изменению показаний термопар. При относительно низких температурах или при кратковременной эксплуатации изменения термо-ЭДС могут быть незначительными и не увеличивать погрешность измерений. При высоких температурах или длительной эксплуатации термопар нестабильность может достигать больших значений, что приводит к существенному снижению точности измерений. Основными причинами, вызывающими термоэлектрическую нестабильность, являются: взаимодействие термоэлектродов с окружающей средой; взаимодействие электродов с изолирующими и защитными материалами; взаимодействие термоэлектродов друг с другом; внутренние процессы, протекающие в термоэлектродных сплавах при изменении температуры, воздействии радиации, электромагнитных полей, высокого давления.
  • На точность измерений может оказывать влияние сопротивление изоляции термоэлектродов. Под влиянием высоких температур может понизиться электрическое сопротивление изоляции термоэлектродов, что, в свою очередь, может привести к существенному искажению показаний термопары.
  • К возникновению погрешностей измерений может привести неправильный выбор измерительного прибора. При уменьшении диаметра термоэлектродов возрастает удельное сопротивление (сопротивление на единицу длины) цепи. Такой же эффект наблюдается и при повышении температуры. Если входное сопротивление измерительного прибора не соответствует сопротивлению подключенной цепи, то могут возникнуть большие погрешности измерений.
  • Причиной возникновения погрешностей может стать изменение температуры свободных концов термопары. Эта температура может изменяться в процессе измерения либо может отличаться от температуры свободных концов во время градуировки термопары.
  • Погрешность измерения может возникнуть из-за того, что электроды термопары имеют различные значения термо-ЭДС вдоль своей длины. Данное явление называется термоэлектрической неоднородностью термоэлектродных сплавов и возникает из-за неоднородности физических свойств металлов и сплавов, из которых изготовлены электроды термопары. Неоднородность физических свойств обусловлена колебаниями состава и структуры материалов. Причинами таких колебаний могут быть радиоактивное облучение, механическое или электромагнитное воздействие на непосредственно электроды или заготовки, из которых они изготовлены, химические реакции, протекающие в процессе изготовления или эксплуатации электродов термопары.
  • Погрешности в определении градуировочной характеристики эталонных термопар.
  • Отклонение градуировочной характеристики термопар от стандартной градуировочной таблицы.

Глава 2 Типы термопар и их параметры

§1 Термопара хромель-алюмель (ТХА)

Основные свойства и области применения
Одна из самых распространенных термопар, применяемых в промышленности и научных исследованиях. Позволяет длительно измерять температуры до 1100 °С и кратковременно – до 1300 °С. Также используется для измерения низких температур вплоть до -200 °С (70К). Термопара хромель-алюмель предназначена для работы в инертных и окислительных средах, может использоваться для измерений в сухом водороде и кратковременно в вакууме. Термоэлектрическая характеристика данной термопары практически линейная, чувствительность составляет порядка 40 мкВ/°С. Термопара хромель-алюмель является наиболее устойчивой среди термопар других типов в условиях реакторного облучения.

К недостаткам данной термопары можно отнести высокую чувствительность к деформации термоэлектродов и обратимую нестабильность термо-ЭДС.

Термопара ХА производится в соответствии с ГОСТ 3044-84, термоэлектродная проволока для данной термопары – ГОСТ 1790-77 и рядом технических условий.
Данная термопара применяется для измерения температуры в промышленных печах, нагревательных устройствах, энергосиловом оборудовании, а также в многообразной научной аппаратуре и лабораторных приборах.

Материал термоэлетродов
В термопаре ХА положительным электродом является проволока из никелевого сплава хромель НХ 9,5 (ГОСТ 492-2006), отрицательным – проволока из никелевого сплава алюмель НМцАК 2-2-1 (ГОСТ 492-2006).

Рекомендуемая рабочая среда
Термопара хромель-алюмель предназначена для измерения температуры в окислительных и инертных средах. Содержание кислорода (O2) в окислительной среде должно быть не менее 2-3% или его присутствие должно быть практически исключено. В противном случае в хромеле резко увеличивается селективное окисление хрома, его концентрация уменьшается, что приводит к существенному изменению уменьшению термо-ЭДС данного сплава. Термопара ХА может применяться и в восстановительной или переменной окислительно-восстановительной атмосфере, если имеет надежный защитный чехол (см. Глава 1§2).

Изоляция и защита
В качестве изоляционных материалов для термопары хромель-алюмель могут быть использованы: фарфор, асбест, стекловолокно, кварц, эмали, высокоогнеупорные окислы.

Рекомендации по эксплуатации
Наиболее частыми причинами выхода термопары хромель-алюмель из строя являются: разрушение термоэлектрода из алюмеля вследствие его интеркристаллитной коррозии и охрупчивания; разрушение термоэлектрода из хромеля вследствие его коррозии (коррозия типа «зеленой гнили»).

Интеркристаллитная коррозии и охрупчивание сплава алюмель происходит в результате нагрева термоэлектрода до температуры 650-820 °С в атмосфере, содержащий серу. Источниками появления серы могут являться: топливо печей, остатки масел и эмульсий в защитных чехлах термопары, некоторые сорта асбеста, цемента и других материалов, из которых могут быть изготовлены защитные чехлы. Предотвратить интеркристаллитную коррозию алюмеля можно, только полностью исключив попадание серы в атмосферу, окружающую термоэлектроды.

Коррозия сплава хромель может быть вызвана селективным внутренним окислением хрома (входит в состав данного сплава) вследствие работы термоэлектрода в атмосфере, содержащей пары воды или CO (слабоокислительная атмосфера). Предотвратить коррозию хромеля можно путем применения вентилируемых защитных чехлов большого диаметра или чехлов с помещенными внутри геттерами.

§2 Термопара хромель-копель (ТХК)

Основные свойства и области применения
Одна из самых распространенных термопар, применяемых в промышленности и научных исследованиях. Термопара хромель-копель позволяет проводить измерения температуры в инертных и окислительных средах до 800 °С длительно и до 1100 °С кратковременно. Нижний предел измеряемых температур ограничен -253 °С. В связи с наличием в промышленности термопары хромель-алюмель термопара хромель-копель применяется, как правило, для длительных измерений до 600 °С. Термопары данного типа обладают наибольшей чувствительностью из всех промышленных термопар. Чувствительность термопары ХК превышает 81 мкВ/°С при температурах выше 200 °С. Также данная термопара имеет практически линейную градуировочную характеристику. ТХК свойственна исключительно высокая термоэлектрическая стабильность при температурах до 600 °С. К недостаткам термопар данного типа можно отнести высокую чувствительность к деформации термоэлектрода.

Градуировка термопар хромель-копель осуществляется по градуировочным таблицам в соответствии с ГОСТ 3044-77. Проволока для термоэлектродов поставляется по ГОСТ 1790-77 и ряду технических условий.

Термопары хромель-копель широко распространены в различных областях промышленности и при проведении научных исследований; часто используются для измерения малых разностей температур.

Материал термоэлетродов
В термопаре ХК положительным электродом является проволока из никелевого сплава хромель НХ 9,5 (ГОСТ 492-2006), отрицательным – проволока из медно-никелевого сплава копель МНМц 43-0,5 (ГОСТ 492-2006).

Рекомендуемая рабочая среда
Основной рабочей средой термопары ХК является окислительная среда или содержащая инертные газы. Термопара также может использоваться в вакууме при высокой температуре, но непродолжительное время. Постоянное использование термопары хромель-копель в указанной среде может привести к селективному испарению хрома из положительного электрода.

Для использования данной термопары в атмосфере, содержащей серу, в восстановительной, переменной окислительно-восстановительной, а также в слабокислой атмосфере требуется хорошая (газоплотная) защита. В атмосфере, содержащей хлор или фтор, термопара хромель-копель может работать при температурах до 200 °С.

§3 Термопара железо-константан (ТЖК)

Основные свойства и области применения
Термопары данного типа широко используются в промышленности и научных исследованиях. Термопара железо-константан позволяет проводить измерения в восстановительных, окислительных, а также инертных средах и вакууме. Термопара ЖКн позволяет измерять как положительные температуры (до 1100 °С), так и отрицательные (до -203 °С). Следует отдельно заметить, что именно измерение положительных совместно с отрицательными температурами является рекомендуемым применением термопары данного типа. Использование данных термопар для измерения исключительно отрицательных температур не рекомендуется, так как существуют аналоги с лучшими характеристиками. При длительном применении максимальная рабочая температура составляет 750 °С, при кратковременном – 1100 °С.

Термопары данного типа имеют высокую чувствительность, которая составляет 50-65 мкВ/°С. Также стоит отметить их сравнительно низкую стоимость. К недостаткам термопар данного типа можно отнести высокую чувствительность к деформации термоэлектродов, а также низкую коррозионную стойкость железного термоэлектрода.

Материал термоэлетродов
В термопаре ЖКн положительный электрод выполнен из технически чистого железа (малоуглеродистой стали), отрицательный – из медно-никелевого сплава константан МНМц 40-1,5 (ГОСТ 492-2006). Стоит заметить, что специально для термометрии железную проволоку не изготовляют, используется проволока, предназначенная для других целей.

Рекомендуемая рабочая среда
Термопара железо-константан устойчиво работает в окислительной и восстановительной атмосферах. При температурах около 769 °С и 910 °С железо, из которого изготовлен положительный электрод термопары, претерпевает магнитное и α↔γ-превращения, которые влияют на термоэлектрические свойства. В связи с вышесказанным термопара, находившаяся при температурах выше 760 °С даже в течение короткого временного интервала, не может использоваться для дальнейших точных измерений при температурах ниже 760 °С, так как ее показания могут не соответствовать градуировочной таблице.

Срок службы термопары зависит от поперечного сечения термоэлетродов. Диаметр электродов термопары следует выбирать прямопропорционально измеряемой температуре. В некоторых источниках приводятся следующие рекомендации по выбору диаметра электродов термопар в чехлах для длительного измерения температуры: 760 °С – 3,2 мм; 590 °С – 1,6 мм; 480 °С – 0,8 мм; 370 °С – 0,3-0,5 мм.

При температурах больших 500 °С использование термопары ЖКн в атмосфере, содержащей серу, возможно только при наличии надежной газоплотной защиты.

§4 Термопара вольфрам-рений (ТВР)

Основные свойства и области применения
Термопара вольфрам-рений является одной из лучших среди промышленных термопар для измерения температур выше 1800 °С. Термопара ВР используется для измерения температур до 3000 °С. Нижний предел измеряемых температур, как правило, ограничен 1300 °С. Рабочей атмосферой является аргон, азот, гелий, сухой водород или вакуум. Термо-ЭДС при 2500 °С составляет 34 мВ для термопар из сплавов ВР5/20 и ВАР5 /ВР20 и 22 мВ для термопар из сплава ВР10/20, чувствительность термопар – 7-10 и 4-7 мкВ/°С соответственно.

Термопары вольфрам-рений обладают хорошими механическими свойствами при высоких температурах, могут работать при воздействии больших знакопеременных нагрузках, а также при частых и резких теплосменах. Термопары данного типа неприхотливы при изготовлении и монтаже, так как сравнительно мало чувствительны к загрязнениям.

Среди недостатков термопар ВР можно выделить плохую воспроизводимость термо-ЭДС; нестабильность термо-ЭДС в условиях облучения; значительное падение чувствительности при температурах выше 2400 °С.

Стоит заметить, что термопара из сплавов ВАР5/ВР20 дает более точный результат при длительных измерениях, чем термопара из сплавов ВР5/20.

Градуировка термопар вольфрам-рений осуществляется по градуировочным таблицам в соответствии с ГОСТ 3044-77. Проволока для термоэлектродов из сплавов ВР5, ВАР5 и ВР20 изготовляется по техническим условиям. Термоэлектродная проволока из сплава ВР10 серийно не производится.

Термопары ВР применяют в отраслях промышленности, связанных с высокими температурами. Например, вольфрам-рениевая термопара используется для измерения температуры при производстве тугоплавких металлов, твердых сплавов и керамики, при выплавке и разливке сталей и сплавов, для измерения температуры газовых потоков и низкотемпературной плазмы в газотурбинных двигателях, МГД-генераторах, а также в атомной энергетике.

Материал термоэлетродов
В вольфрам-рениевых термопарах материалами для электродов служат сплавы ВР5 – положительный термоэлектрод и ВР20 – отрицательный; ВАР5 – положительный термоэлектрод и ВР20 – отрицательный или ВР10 – положительный термоэлектрод и ВР20 – отрицательный.

Рекомендуемая рабочая среда
Термопары вольфрам-рений предназначены для длительного измерения температуры в чистых инертных средах, сухом водороде и вакууме. Даже небольшое количество кислорода существенно уменьшает срок службы термопары. В окислительных средах термопары данного типа могут быть использованы только для измерения температуры в быстротекущих процессах. При значениях температуры выше значений, при которых начинается катастрофическое окисление, срок службы термопары исчисляется минутами.

Использование термопар ВР не рекомендуется в атмосфере влажного водорода и углеродсодержащих восстановительных средах. Реакция вольфрам-рениевых сплавов с парами углеводородов начинается уже при 1000 °С. Взаимодействие с углеродом может привести к охрупчиванию термоэлектродов и существенному увеличению нестабильности термопары. Возникновение хрупкости наблюдается уже при 1700 °С. Контакт с углеродом понижает предельную измеряемую температуру до 2500 °С. Однако, существуют случаи использования термопары вольфрам-рений в высокотемпературных печах с графитовыми нагревателями. Общий вывод можно сформулировать следующим образом: срок службы термопары зависит в большой степени от характера атмосферы, материала изоляции и рабочей температуры.

Изоляция и защита
Для изоляции термоэлектродов используют керамику из BeO, HfO2, ThO2, Y2O3. Окись бериллия может использоваться при температурах, не превышающих температуру плавления данного материала (~2570 °С). BeO является самым часто употребляемым изолятором для термопар ВР. Следует отметить, что необходимо использовать BeO чистотой не менее 99,9%.

Для измерения температур ниже 1600 °С электроды термопары изолируют окисью Al2O3 чистотой 99,5% или MgO. При этом керамика должна быть прокалена для удаления органических и неорганических примесей.

При очень высоких температурах используют термопары с неизолированными теромэлектродами. В окислительных средах для защиты термопары используют главным образом металлические чехлы из Nb, Ta, Mo и сплавов Mo- Re, W-Re с покрытиями. Термопара с термоэлектродами, покрытыми иридием, может кратковременно эксплуатироваться на воздухе (30-40 часов при температуре 2000-2400 °С).

§5 Термопара вольфрам-молибден (ВМ)

Основные свойства и области применения
Термопара предназначена для измерения высоких температур. Измерения с помощью термопары вольфрам-молибден (ВМ) могут проводиться в инертных средах, среде водорода или вакууме. Диапазон измеряемых температур составляет 1400-1800 °С, предельная рабочая температура ~2400 °С. Термопара ВМ имеет чувствительность 6,5 мкВ/°С в указанном диапазоне температур. Термоэлектроды имеют высокую механическую прочность. При изготовлении, монтаже и эксплуатации термопары не предъявляются жесткие требования к соблюдению химической чистоты. Термопара вольфрам-молибден является самой дешевой в изготовлении среди прочих термопар пригодных для измерения высоких температур.

Среди недостатков термопары ВМ можно выделить плохую воспроизводимость термо-ЭДС; небольшую величину термо-ЭДС и чувствительности; инверсию полярности; охрупчивание после нагрева при высоких температурах.

Источник

Термопары — измерение температуры

Статья по теме: наружный дымоход

термопара: виды и принцип работы

Устройство термопары, ее виды и принцип работы

Термопара — что такое простыми словами

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.

Особенности устройства промышленной термопары

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. Они имеют меньшую стоимость и большую толщину. Их вводят в головку через штуцер с асбестовой прокладкой. Керамика служит для выравнивания температуры во всех местах соединения. Сверху располагается резьбовая защитная крышка с герметичным уплотнением.

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.

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.

Принцип работы термопары

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

Погрешность 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.

Замена, если нельзя отремонтировать своими руками

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.

Список литературы

  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Термопара — Термопара
  • Гарсия В. – Измерение температуры: теория и практика
  • https://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Термометрия/ — Термометрия
  • Преображенский В.П. – Теплотехнические измерения и приборы…
  • Зимин Г.Ф. – Поверка и калибровка термоэлектрических преобразователей…
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Геттер_(газопоглотитель) — Геттер (газопоглотитель)
  • http://metallurgicheskiy.academic.ru/2094/Газоплотность – Газоплотность
  • Никонов Н.В. – Вольфрам. Свойства, применение, производство, продукция (http://www.metotech.ru/articles/art_volfram_1.pdf)
  • Никонов Н.В. – Термопары. Типы, характеристики, конструкции, производство (http://www.metotech.ru/articles/art_molibden_1_web.pdf)
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Градуировка — Градуировка
  • http://temperatures.ru/pages/graduirovochnye_tablicy — Градуировочные таблицы для термопар (НСХ)
  • ГОСТ Р 8.585-2001 «Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования»
  • ГОСТ 8.338-2002 «Преобразователи термоэлектрические. Методики поверки»
  • ГОСТ Р 8.611-2005 «Преобразователи термоэлектрические платинородий-платиновые эталонные 1, 2 и 3-го разрядов. Методика поверки»
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Температурный_коэффициент_электрического_сопротивления — Температурный коэффициент электрического сопротивления
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Коэффициент_теплового_расширения — Коэффициент теплового расширения
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Ферромагнетизм — Ферромагнетизм
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/Парамагнетики — Парамагнетики

Устройство и принцип действия термопары

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. Все дело в том, что термоэлемент работает совместно с электромагнитным отсекающим клапаном, перекрывающим вход в топливный тракт. Стоит только этой детали выйти из строя, как клапан закроется, подача топлива прекратится и горелочное устройство потухнет.

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. Напряжение будет совсем небольшим, но этого вполне достаточно, чтобы в чувствительной катушке электромагнитного клапана возникла индукция и он открылся, позволяя топливу пройти к запальнику.

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.

Схема подключения термопары

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.

Недостатки

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.

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.

Как работает термопара с газовым котлом

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. При этом открывается подача газа на обогрев котла. Запальная горелка всегда функционирует, пока работает котел. От нее зажигается основная горелка, греющая воду. Термопара для газовой плиты также необходима, чтобы обеспечить электроподжиг на конфорках.

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.

Что за устройство такое

Под термопарой подразумевается специальный прибор, который служит для измерения температуры рабочей среды. Такое устройство широко распространено в промышленности, медицине и прочих областей жизнедеятельности человека. Впрочем, всюду, где необходима высокая точность замеров.

С конструктивной точки зрения – это два разных проводника, которые припаяны (или приварены) друг к другу на одном из концов. Место их соединения называется спаем. А в качестве проводников используются разные материалы, и в зависимости от этого диапазон измеряемой термопарой температуры составляет от -250 ᴼC до 2000 ᴼC, а то и более. В большинстве случаев это металлы, полупроводники используются реже.

Неисправность устройств котлов

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.

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.

Для чего нужна

Термопара применяется для преобразования термической энергии в электрический ток для электромагнитных катушек в газовых котлах и служит основным элементом защиты газ-контроля.

Она изготавливается из нескольких видов металла, устойчивых к максимальным температурам внутри камеры сгорания. Термопара работает вместе с автоматическим отсекающим газовым клапаном, который перекрывает подачу газа в топливный тракт.

Важно знать: защитная схема работы газовых котлов устроена таким образом, что при выходе из строя термоэлектрического элемента или внезапном исчезновении пламени происходит автоматическое срабатывание отсекающих клапанов и остановка подачи газа.

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.

Особенности замены термопары

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.

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.

Разновидности

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.

Неисправность термопары плит

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.

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.

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.

Основные компоненты и принцип её работы

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.

Преимущества термопары

Почему за столь долгую историю эксплуатации термопары не были вытеснены более совершенными и современными датчиками измерения температуры? Да по той простой причине, что до сих пор ей не может составить конкуренцию ни один другой прибор.

Во-первых, термопары стоят относительно дешево. Хотя цены могут колебаться в широком диапазоне в результате применения тех или иных защитных элементов и поверхностей, соединителей и разъемов.

Во-вторых, термопары отличаются неприхотливостью и надежностью, что позволяет успешно эксплуатировать их в агрессивных температурных и химических средах. Такие устройства устанавливаются даже в термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие.

Технология изготовления и производства термопар является простой и легко реализуется на практике. Грубо говоря – достаточно лишь скрутить или сварить концы проволок из разных металлических материалов.

Еще одна положительная характеристика – точность проводимых измерений и мизерная погрешность (всего 1 градус). Данной точности более чем достаточно для нужд промышленного производства, да и для научных исследований.

Назначение термопары для газовых котлов

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

Принцип работы и конструкция термопары

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.

Такая величина, как термоэлектродвижущая сила, зависит от таких факторов:

  • температура на контактах;
  • особенности материала проводника.

В контролируемую в плане температуры среду нужно погрузить рабочий спай термопары, в качестве которого выступает место соединения проводников. Нерабочие спаи следует присоединить к особо точному измерительному прибору. Иногда нужно применять милливольтметр, который измеряет различие потенциалов, что потом нужно перевести в привычные градусы по Цельсию.

Чтобы подключить термопару к измерительному прибору, нужно использовать специальные термопарные провода, которые сделаны из того же материала, что и проводники.

Ремонт термопары своими руками

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.

Отличительные особенности Узел запальника для газовых котлов АОГВ-17,4, 23,2, 29,1 Эконом образец до 1996 г.

В магазине отопительного оборудования TSKL.ru Вы пожете купить Узел запальника для газовых котлов АОГВ-17,4, 23,2, 29,1 Эконом образец до 1996 г. по цене 0 рублей!

вернуться в каталог

Схожие товары с Узел запальника для газовых котлов АОГВ-17,4, 23,2, 29,1 Эконом образец до 1996 г.

  • Запальник для газового котла АОГВ-11,6 Эконом новый образец

Узнать подробнее о товаре

Цена: 1500 рублей

в корзину

  • Узел запальника для газовых котлов АОГВ-17,4, 23,2, 29,1 Эконом образец с 1996 г. по 2002 г.

Узнать подробнее о товаре

Цена: 2500 рублей

в корзину

Статьи по теме

Отзывы о газовых колонках интернет-магазина «ТехникСАН»

Цель данной статьи — научить нас понимать работу колонок. Но статьи бывают разные. Причем, непонятно, откуда взявшиеся. Отсюда Вопрос: Почему статье можно доверять? По-сути, для выбора газовой колонки из-за недостатка информации, необходимой для принятия решения, все мы начинаем делать одно и тоже интернет-идиотское дело, искать отзывы о газовых колонках. Отзывы, с которыми мы сталкиваемся, довольно различны, но почему-то очень и очень субъективны.  Иногда они просто смешны и написаны на уровне детского сада, типа «Не водитесь с Наташкой, она кусается». Вобщем, мы решили рискнуть и оставить здесь наши отзывы. Понятно, что отзывы продавцов запчастей могут быть сильно заражены интересами какого-либо продавца колонок. Какая колонка самая лучшая? Конечно, которую я продаю, — и сомнений в этом нет. Но мы нашли один вариант, где основание для достижения нашего взаимного доверия будет положено только одно — знание. Ничего другого. Знания по данному вопросу — чисто технические. Сейчас мы заглянем внутрь колонки и попробуем Вам доказать что мы действительно знаем о чем идет речь. А Вы в этот момент просто побудете рядом. Другой путь,- он просто-напросто ложный. Поэтому, статья эта, — некий итог изысканий. На сегодня может быть единственная и самая лучшая объективная версия для консультации в нашем магазине. Хотя, очень может быть, уже через полгода, мы получим дополнительные знания и будем рассказывать немного иначе. Зная современный технический уровень среднего покупателя, считаем своим долгом предупредить, что статья неинтересная и тяжелая.

Прочитать статью

Жиклеры для газовых плит под баллонный газ Гефест. Почему мы делаем так?

Жиклеры для газовых плит под баллонный газ Гефест. Почему мы делаем так?Опубликовано 25.04.2016 г.

Как действует термопара

Два разнородных проводника связывают в кольцо. Когда температура стыков отличается, между ними появляется разность потенциалов за счет термоэлектрического эффекта.

Принцип термопары заключается в следующем. В среду, которую контролируют, помещают рабочий спай, а свободные концы подсоединяются к измерительному прибору. Чем больше различие между свойствами проводников и тепловой перепад на концах, тем выше в цепи (термо-ЭДС).

Зависимость между напряжением и температурой у разных металлов варьируется. Те или иные типы датчиков рассчитаны на свои тепловые диапазоны. У них также может быть разная стойкость к коррозии и воздействию агрессивной среды.

Бегущая термопара и ее применение

Существует отдельная разновидность данного устройства, именуемая «бегущей». Принцип действия бегущей термопары мы сейчас рассмотрим более подробно.

Эта конструкция применяется в основном для определения температуры стальной заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и иных подобных станках.

Следует отметить, что в данном случае возможно использование и обычной термопары, однако, если процесс изготовления требует высокой точности температурного режима, бегущую термопару трудно переоценить.

При применении данного метода в заготовку заранее запаивают ее контактные элементы. Затем, в процессе обработки болванки, данные контакты постоянно подвергаются воздействию резца или иного рабочего инструмента станка, в результате чего спай (который является главным элементом при снятии температурных показателей) как бы «бежит» по контактам.

Этот эффект повсеместно применяется в металлообрабатывающей промышленности.

Полезные рекомендации

Стоит уяснить, что от того, насколько правильно работает термоэлектрический преобразователь, который установлен в газовом котле либо плите, зависит не только работоспособность всего оборудования. Под угрозой находится и личная безопасность всех обитателей дома.

Ведь если устройство неисправно, значит, оно не может сработать вовремя, что повлечет за собой утечку газа. А это в свою очередь приводит к взрыву

Поэтому крайне важно проводить регулярные проверки показаний устройства. Это позволит избежать серьезной катастрофы

На качество измерений могут влиять ряд факторов:

  • качество спая;
  • наличие электрического шума;
  • есть утечка газа;
  • термоэлектрическая неоднородность.

Мало знать, что такое термопара, необходимо понимать – те термопары, которые установлены в плитах, обеспечивают не только качественную работу техники, но и отвечают за безопасность. При ее повреждении лучше сразу заменить ее новым устройством. Сделать это можно самому, но лучше будет обратиться к специалисту.

Классификация по типам

При желании возможно создать такой прибор даже самостоятельно. Однако следует все же знать некоторые особенности таких преобразователей, их различие по типу применяемых материалов. А классифицируются виды термопар так:

  1. Тип E. Используется сплав хромель – константан. Эти датчики обладают высокой чувствительностью – до 68 мкВ/°C. Подходят для криогенного использования. Температуры, при которых возможно применение, колеблются от -50 °C до +740 °C.
  2. Тип J. Здесь применяют состав железо – константан. Используются для условий в температурных диапазонах от -40 °C до +750 °C. Имеет повышенную производительность –50 мкВ / °С.
  3. Термопары типа K выполняются на основе сплава хромеля и алюминия. Это, несомненно, самые популярные датчики широкого назначения. Обладают производительностью до 41 мкВ/°C. Применяются в температурных диапазонах от -200 °С до +1350 °C. В неокисляющих и инертных условиях датчики типа K используются до 1260 °C.
  4. Тип M. Эти термопары применяются в основном в вакуумных печах. Используются при температурах до +1400 °C.
  5. Регуляторы типа N — никросил-нисиловые. Они стабильны и стойки к окислению, имеют производительность 39 мкВ/ °C. Поэтому их используют при температурах от -270 °C до +1300 °C.
  6. Устройства типов B, R и S выпускаются из сплава родия и платины. Класс B, R и S — датчики довольно дорогие и имеют низкую производительность: всего 10 мкВ/° C. Используются благодаря высокой надежности исключительно для измерения высоких температур.
  7. Датчики на основе сплавов рения и вольфрама. В основном они работают в автоматике промышленных процессов, в производстве водорода и так далее. Не рекомендуется применять в кислотных средах.

Переносные и стационарные запальники для 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. 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.

Виды термопар

Сегодня рынок котельного оборудования отличается обилием разнообразных термопар, которые подразделяются на несколько типов. Металл, использующийся при их изготовлении, является главным критерием, на основе которого они дифференцируются.

Из неблагородных металлов

Тип термопары Сплав Российская маркировка Диапазон температур, °С Особенности термопары
K хромель-алюмель TXA от -200 °С до +1000 °С Возможность работы в нейтральной атмосфере либо атмосфере с избытком кислорода
L хромель-копель TXK от -200 °С до +800 °С Самая высокая чувствительностью из всех промышленных термопар. Свойственна только высокая термоэлектрическая стабильность при температурах до 600 °С.
E хромель-константан TXKn от -40 °С до +900 °С Высокая чувствительность.
T медь-константан TMKn от -250 °С до +300 °С Может работать в атмосфере, в которой  небольшой избыток или недостаток кислорода. Не чувствительна к повышенной влажности.
J железо-константан ТЖК от -100 °С до +1200 °С Хорошо работает в разряженной атмосфере. Невысокая стоимость обусловлена входящим в состав железом.
А вольфрам-рений ТВР выше +1800 °С Хорошие показатели механических свойств при высокой температуре. Может работать при частых и резких теплосменах и при больших нагрузках. Неприхотливость при изготовлении и монтаже, так как имеют небольшую чувствительность к загрязнениям.
N нихросил-нисил ТНН от -200 °С до +1300 °С В группе неблагородных металлов считается самой точной термопарой. Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С.

Из благородных металлов

B платинородий-платинородиевая ТПР от +100 °С до +1800 °С Высокая механическая прочность. Большая стабильность при высоких температурах. Небольшая склонность к росту зерна и охрупчиванию. Невысокая чувствительность к загрязнению.
S платинородий-платина ТПП10 от 0 °С до +1700 °С Высокая точность измерений. Хорошая воспроизводимость и стабильность термоЭДС.
R платинородий-платиновая ТПП14 от 0 °С до +1700 °С Обладает свойствами, идентичными термопаре типа S.

В системах автоматики котлов чаще используются термопары типов: E, J, K.

Способ установки прибора на газовый котел

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.

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.

Советы по установке и эксплуатации преобразователя для газового котла

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.

Источник

См. также: шибер для камина

Комментировать
0
176 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит