Устройство и принцип работы термопары в в газовой плите и газовом котле

Принцип действия

Работа рассматриваемого термодатчика заключается в использовании эффекта ученого физика Зеебека, который обнаружил, что при спайке двух разнородных проводов в них образуется термо ЭДС, величина которого возрастает с увеличением нагрева места спайки. Позже это явление назвали термоэлектрическим эффектом Зеебека.

Напряжение, вырабатываемое термопарой, зависит от степени нагревания и вида применяемых металлов. Величина напряжения небольшая, и находится в интервале 1-70 микровольт на один градус.При подключении такого температурного датчика к измерительному устройству, возникает дополнительный термоэлектрический переход.

Поэтому образуется два перехода в разных режимах температуры. Входящий электрический сигнал на измерительном приборе будет зависеть от разности температур двух переходов.Для измерения абсолютной температуры используют способ, называемый компенсацией холодного спая. Суть этого способа заключается в помещении второго перехода, не находящегося в зоне измерения, в среду образцовой температуры.

Раньше для этого применяли обычный способ – размещали второй переход в тающий лед.Сегодня для этого используют вспомогательный температурный датчик, находящийся рядом со вторым переходом. По данным дополнительного термодатчика измерительное устройство корректирует итоги измерения. Это упрощает схему измерения, так как измерительный элемент и термопару совместно с дополнительным компенсатором можно соединить в одно устройство.

Параметры термопары

Производитель Honeywell

Чтобы начать разговор по теме – параметры термопары, необходимо понять, по какому принципу работает этот прибор. Итак, в нем две пластины-проводники из разных сплавов. У каждого сплава свои характеристики, пластины по-разному реагируют на изменения температуры. Получается так, что две пластины – это узел, который состоит из разнородных материалов, у каждого из них свое сопротивление и свой электрический потенциал. И все это зависит от температуры.

То есть, получается так, что температура полностью регистрирует электрический потенциал металла, который отображается на панели управления. Поэтому производители в процессе изготовления термопары для газового котла используют различные сплавы, подбирая их под определенный температурный диапазон. Поэтому, если вы подбираете это устройство под определенный газовый котел, то вам необходимо ознакомиться с паспортными данными этого прибора или проконсультироваться у специалиста.

Но тут есть еще один момент, который не стоит выбрасывать с поля своего зрения. Это коррозионная стойкость прибора. Чем этот показатель выше, тем дольше прибор отработает. Добавим, что между самой термопарой и измерительным прибором (панелью) устанавливаются специальные провода, которые по своей стоимости выше, чем все остальные элементы прибора. Так вот, чем длиннее провода у контролера, тем он дороже вам обойдется. Поэтому точно установите место измерения и место установки панели. Постарайтесь минимизировать данное расстояние, которое влияет на содержимое вашего кошелька. Хотя, если говорить в целом о стоимостном показателе, то это не очень дорогое устройство.

Все термопары, в независимости из какого сплава они изготавливаются, проходят в процессе производства корректировку по отношению к нулю градусов по шкале Цельсия. По сути, это обычная калибровка прибора. Но тут для производителя открываются возможности изменить точность измерения температуры. Чем точнее будет использован измерительный прибор при калибровке, тем точнее будет и сама термопара. В настоящее время производители пользуются электронными аппаратами, которые в несколько раз точнее остальных видов. Компенсация неточностей может коснуться не только температурного показателя, но и других характеристик. Проверить, правильно ли откалиброван прибор, можно на практике.

Самое удивительно, что термопары в газовых котлах выполняют функции обычных терморегуляторов (термостатов).

Нихросил-нисиловые

Наиболее высокая точность работы из всех термопар, изготовленных из неблагородных металлов.Повышенная стабильность функционирования при температурах 200-500 градусов.

Гистерезис у таких термодатчиков значительно меньше, чем у хромель-алюмелевых датчиков.Допускается работа в течение короткого времени при температуре 1250 градусов.Рекомендуемая температура эксплуатации не превышает 1200 градусов, и зависит от диаметра электродов.Этот тип термопары разработан недавно, на основе хромель-алюмелевых термодатчиков, которые могут быстро загрязняться различными примесями при повышенных температурах. Если спаять два электрода с кремнием, то можно заранее искусственно загрязнить датчик. Это позволит уменьшить риск будущего загрязнения при работе.

Термопара в системе газового контроля

При эксплуатации газового оборудования требуется энергонезависимая автоматика, что способствует оперативному перекрытию подачи газа в случае, если внезапно погаснет пламя. В современных отопительных котлах с газовой горелкой предусмотрена система газ-контроль, которая включает в себя электромагнитный клапан и термопару. К составным элементам электроклапана относятся:

• сердечник с обмоткой;
• колпачок;
• возвратная пружина;
• якорь;
• резинка, перекрывающая подачу газа.

При нажатии на кнопку подачи газа, шток заглубляется внутрь катушки и заряжается пружина. По регламенту клапан подачи следует удерживать около 30 секунд, чтобы термопара прогрелась, и на концах образовалось напряжение для удержания клапана внутри катушки. Термопара начинает остывать, если гаснет горелка. Что дальше происходит:

• это сопровождается уменьшением напряжения на концах термопары;
• возвратная сила пружины превышает электромагнитную силу, которая удерживает шток внутри катушки;
• клапан возвращается в исходное положение и перекрывается подача газа.

В этом заключается работа термопары в газовом котле. Система газ-контроль на термопаре отличается высокой надежностью, в том числе и благодаря тому, что она способна функционировать без подключения к энергосети.

Принцип работы

Термопара, принцип работы которой основан на эффекте, открытом Т. Зеебеком в 1822 г., является исключительно дифференциальным сенсором.

Этот принцип таков: в цепи замкнутого типа из двух проводников разного типа в случае наличия температурного градиента между спаями появляется электрический ток. Термопары создаютэлектрический сигнал, являющийся пропорциональным разнице температур двух разных точек. Таким образом, спай, используемый для измерения необходимой температуры, именуется «горячим», а другой спай – «холодным».

Как правило, измеряемая температура выше, чем температура, в которой расположен прибор для измерения. Трудности применения пар относятся к использованию напряжения «холодного» спая. В основном, требуется измерение температуры в конкретной точке, а не разницу температур двух точек, что выполняет термопара.

Кабельные термопары

В своем производстве, «ПК»Тесей» использует кабельные термопары. Она представляет собой гибкую металлическую трубку с размещёнными внутри нее одной, двумя или тремя парами термоэлектродов, расположенными параллельно друг другу. Пространство вокруг термоэлектродов заполнено уплотненной мелкодисперсной минеральной изоляцией. Термоэлектроды кабельной термопары со стороны рабочего торца попарно сварены между собой, образуя один, два или три рабочих спая. Рабочий торец заглушен с помощью сварки, либо имеет открытый спай. Свободные концы термоэлектродов подключаются к клеммам головки датчика температуры или к удлиняющим проводам. Высокая плотность изоляции кабельной термопары позволяет навивать её на цилиндр радиусом, равным пятикратному диаметру кабеля, без изменения технических характеристик термопары. Например, термопару диаметром 3 мм можно навить на трубу диаметром 30 мм. При этом не происходит замыкания электродов между собой или с оболочкой. Надежная изоляция обусловлена технологией изготовления тер-мопарного кабеля. Из окиси магния или алюминия методом сухого прессования изготавливают двухканальные бусы, в которые вставляют термоэлектроды, сборку помещают в трубу диаметром около 20 мм и многократно протягивают через фильеры, проводя промежуточный отжиг в среде водорода или аргона.

Главные преимущества кабельных термопар.

• широкий диапазон рабочих температур. Это самый высокотемпературный из контактных датчиков;
• малый показатель тепловой инерции, позволяющий применять их для регистрации быстропротекающих процессов;
• универсальность применения для различных условий эксплуатации, хорошая технологичность, малая материалоемкость;
• способность выдерживать большие рабочие давления;
• изготовление на их основе термопреобразователей в защитных чехлах блочно-модульного исполнения, обеспечивающих дополнительную защиту термоэлектродов от воздействия рабочей среды и создающих возможность оперативной замены термочувствительного элемента.

Датчик температуры выполненный на основе термопарного кабеля удобен в эксплуатации, его конструкцияпозволяет изгибать кабель, монтировать в труднодоступных местах, в кабельных каналах, при этом длина ТП может достигать нескольких сотен метров. Термопары можно приваривать, припаивать или просто прижимать к поверхности для измерения ее температуры.

Общие советы по выбору термопар из неблагородных металлов

• ниже нуля – тип Т
• комнатные температуры – тип К, Т
• до 300 °С – тип К
• от 300 до 600°С – тип N
• выше 600 °С – тип К или N

Подключение термопары.

Рабочий конец термопары погружается в среду, температуру которой требуется измерить. Свободные концы подключаются ко вторичному прибору. Для подключения термопары к модулю ввода используют специальные термопарные провода, выполненные из того же материала, что и сама термопара. Для этой цели можно использовать и обычные медные провода, однако в этом случае необходим выносной датчик температуры холодного спая, который должен измерять температуру в месте контакта термопары с медными проводами.

Рисунок 4. Схема подключения термопары

Схема подключения термопар к клеммам головки для одной (Рис.5) и двух пар (Рис.6) термоэлектродов.

Виды

Наиболее распространёнными являются следующие виды термопар:

1. Хромель-алюмелиевые (ТХА). Это датчики общего назначения.

Их применяют в качестве различных щупов. Они отличаются небольшой стоимостью и большим температурным диапазоном: – 270 ÷ + 13720С. Не рекомендуется применять их в атмосфере, имеющей повышенное содержание серы, влияющей на оба электрода.

2.

Хромель-копелевые (ТХК). Работают в жидких и газообразных средах, являющихся химически неагрессивными в температурном диапазоне: – 200 ÷ + 8000С. Данными датчиками замеряют температуру различных поверхностей, к примеру, поверхность брони домен.

3. Железо-константановые (ТЖКн). Данные термопары являются не такими популярными, как термопары ТХА, однако они являются недорогими и способны функционировать в разреженной атмосфере.

Температурный диапазон: – 210 ÷ +12000С. Но если температуры  > 7600C, эффективность термопар снижается по причине перемены магнитных характеристик железа. Возможно формирование ржавчины на железном выводе по причине наличия конденсата.

4.

Платинородиево-платиновые (ТПР, ТПП). Термопары, изготовленные из дорогостоящих материалов, характеризуются стабильностью показаний и низкой чувствительностью (примерно 10 мкВ/°C). Их используют для осуществления высокотемпературных измерений (> 3000C).

5. Вольфрам-рениевые термопары.

Применяются для высокотемпературных измерений (

Похожие темы

Термопара(термоэлектрическийпреобразователь температуры) —термоэлемент, применяемый в

измерительныхи преобразовательных устройствах, атакже в системах автоматизации.

Международныйстандарт на термопары МЭК60584(п.2.2) дает следующее определениетермопары:

Термопара— пара проводников из различныхматериалов, соединенных на одном концеи формирующих

частьустройства, использующего термоэлектрическийэффект для измерения температуры.

Дляизмерения разности температур зон, нив одной из которых не находится вторичныйпреобразователь

(измерительтермо-ЭДС), удобно использоватьдифференциальную термопару: двеодинаковых термопары,

соединенныхнавстречу друг другу. Каждая из нихизмеряет перепад температур между своимрабочим

спаеми условным спаем, образованным концамитермопар, подключёнными к клеммамвторичного

преобразователя,но вторичный преобразователь измеряетразность. их сигналов, таким образом,две

термопарывместе измеряют перепад температурмежду своими рабочими спаями.

Принципдействия основан на эффектеЗеебека или, иначе, термоэлектрическомэффекте.

Когда концы проводника находятсяпри разных температурах, между нимивозникает разность потенциалов,пропорциональная разности температур.Коэффициент пропорциональности называюткоэффициентом термоэдс. У разных металловкоэффициент термоэдс разный и,соответственно, разность потенциалов,возникающая между концами разныхпроводников, будет различная. Помещаяспай из металлов с отличными коэффициентамитермоэдс в среду с температурой Т1,мы получим напряжение между противоположнымиконтактами, находящимися при другойтемпературе Т2,котороебудет пропорционально разности температурT1и Т2.

Термопары, их назначение и особенности

Назначением термопар является контроль и измерение температуры различных сред (чаще всего – это жидкие, твердые, газообразные, сыпучие), которые не оказывают агрессивных воздействий на корпус преобразователя и не разрушают его материал.

Термопара – это элемент измерительных и преобразовательных устройств. В основе принципа действия термопреобразователя лежит возникновение термо-ЭДС, появляющейся при нагревании или охлаждении контактов, выполненных из материалов физические или химические свойства которых отличаются. Конструктивно термопара – это два проводника, сваренных одним концом между собой (они называются горячим контактом), помещаемым в исследуемую среду, а со вторых, свободных (холодных контактов), снимается сигнал, посредством включения в измерительную схему, например, подсоединением к миливольтметру. Термопреобразователь – это датчик температуры.

Погрешность измерений термопарой. Расчёт неопределенности результатов измерения температуры

Основные нормативные документы, касающиеся неопределенности измерений:

Руководство по оцениванию неопределенности в измерении (документ принят Международной Организацией по Стандартизации, Женева, 1993).ГОСТ Р 54500.1-2011 Неопределенность измерения. Часть 1. Введение в руководства по неопределенности измеренияГОСТ Р 54500.3-2011 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измеренияEA-4/02 Выражение неопределенности измерения при калибровке.

Бюджет неопределенности измерений

На неопределенность результатов измерений температуры термопарами влияют многие факторы, основные из них это:

1. неопределенность измерения термо-ЭДС регистрирующим прибором;
2. класс допуска термопары;
3. неопределенность калибровки термопары, т.е. определения её индивидуальной статистической характеристики (ИСХ);
4. термоэлектрическая характеристика удлинительной линии, соединяющей термопару с регистрирующим прибором;
5. изменение дифференциальной чувствительности (коэффициента Зеебека) термопары во времени (дрейф) и по длине, обусловленное возникновением и развитием термоэлектрической неоднородности (ТЭН).

Характеристики источников неопределенности измерения температуры термоэлектрическим преобразователем представлены в таблице 2. Бюджет неопределенности составлен в соответствии указанными выше нормативными документами. Для пояснения вкладов каждого из источников в суммарную неопределенность полезно привести выдержку из РМГ-43, касающуюся неопределенностей типа B:

Наиболее распространенный способ формализации неполного знания о значении величины заключается в постулировании равномерного закона распределения возможных значений этой величины в указанных (нижней и верхней) границах . При этом стандартную неопределенность, вычисляемую по

типу В – uB(xi), определяют по формуле   ,  а для симметричных границ (±bi) – по формуле  » (где xi – оценка i-й входной величины).»

Таблица 2. Бюджет неопределенности измерений

Расширенная неопределенность измерения uТ определяется по формулам:

 /1/

при измерении термопарами с индивидуальной градуировкой

или    /2/

при измерении термопарами без индивидуальной градуировки.