Термопара: принцип действия, устройство

Как проверить и заменить термопару

Главный признак неисправности датчика пламени — фитиль тухнет одновременно с отпусканием кнопки. Иногда неполадка проявляется иначе – огонек на запальнике остается, но после розжига основной горелки подача горючего снова перекрывается и котел гаснет полностью. Причины таких проблем:

• термический электрод покрылся сажей и плохо прогревается, отчего напряжение в цепи падает ниже минимума;
• прогар корпуса измерителя;
• нарушение контакта в точке «горячего» спая;
• открутилась гайка крепления, рабочий стержень перекосился и плохо прогревается запальником;
• пришел в негодность датчик тяги либо случился обрыв его электрической цепи.

Нагреваемый запальником электрод нужно периодически чистить от нагара. Проблема в том, что загрязнение детали плохо видно снаружи, приходится снимать планку либо всю панель с горелкой

Для диагностики понадобится мультиметр либо другой прибор, способный измерять низкое напряжение (до 100 мВ). Как выполняется проверка:

1. Закройте подачу газа к теплогенератору либо проточному водонагревателю краном, расположенным на подводящей трубе. Снимите кожух или переднюю панель агрегата.
2. Пользуясь рожковыми ключами, открутите гайки крепления термоэлектрода и соединительной трубки. Снимите датчик пламени.
3. Внимательно осмотрите рабочий электрод, очистите его от сажи кистью и ветошью. Если при визуальной проверке обнаружены прогары, термопара безоговорочно подлежит замене.
4. Переместившись на кухню, зажгите горелку газовой плиты. Подсоедините зажимы мультиметра к центральному контакту и медной трубке. Выставьте низший предел измерения – 0.1 либо 1 В.
5. Нагревайте термоэлемент конфоркой газовой плиты, наблюдая за показаниями вольтметра.

Главное условие: исправная термопара для котла должна выдавать напряжение не менее 0.02 вольта. Если прибор показывает нули, напряжение скачет или не превышает 20 мВ, элемент нужно поменять. Современные датчики не подлежат ремонту путем перепайки.

Watch this video on YouTube

Если вам не хочется раньше времени снимать элемент, диагностику можно произвести прямо на котле. Открутив гайку, отсоедините трубку термопары от автоматики и подключите мультиметр, как описывалось выше. Удерживая клавишу, разожгите запальник и снимайте показания прибора. Недостаток метода: невозможность визуального осмотра и чистки электрода от сажи.

Устанавливая новую термопару в газовый котел, настройте положение нагреваемого стержня. В идеале электрод стоит горизонтально, не отклоняется вверх или вниз и хорошо омывается пламенем фитиля.

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.

Возможно, вам также будет интересно

Компания SICK выпустила новый датчик microScan3 Core. В серию microScan3 Core входят лазерные сканеры безопасности нового поколения, предназначенные для выполнения таких функций, как защита доступа, защита опасных зон и опасных точек. Они оснащены инновационной технологией сканирования safeHDDM, которая обеспечивает надежность работы устройства в условиях сильной запыленности и внешней засветки, а также позволяет совместить компактный дизайн и большой диапазон сканирования в одном устройстве. Компактный и прочный металлический корпус прибора разработан для применения датчика в тяжелых …

В статье описывается настройка корпоративной сети LoRaWAN и приводятся примеры использования открытого программного обеспечения, необходимого для функционирования клиентских устройств, шлюзов, сервера и служб, использующих сеть для решения прикладных задач. Рекомендуются бюджетные аппаратные средства, не требующие значительных капитальных вложений на этапе пуска и тестовой эксплуатации. Данная …

Будучи ведущим производителем встраиваемых плат и систем на основе открытых магистрально-модульных стандартов, международный холдинг Kontron (www.kontron.com) предлагает помимо прочего две серверные продуктовые линейки, называющиеся Kontron СRMS и Kontron KISS. За семейство высокопроизводительных телекоммуникационных решений Kontron CRMS отвечает американский филиал Kontron, ранее входивший в с…

Виды устройств

Каждый вид термопар имеет свое обозначение, и разделены они согласно общепринятому стандарту. Каждый тип электродов имеет свое сокращение: ТХА, ТХК, ТВР и т. д. Распределяются преобразователи соответственно классификации:

• Тип E — представляет собой сплав хромеля и константана. Характеристикой этого устройства считается высокая чувствительность и производительность. Особенно это подходит для использования при крайне низких температурах.
• J — относится к сплаву железа и константана. Отличается высокой чувствительностью, которая может достигать до 50 мкВ/ °C.
• Вид K — считается самым популярным устройством, состоящим из сплава хромеля и алюминия. Эти термопары могут определить температуру в диапазоне от -200 °C до +1350 °C. Приборы используются в схемах, расположенных в неокисляющих и инертных условиях без признаков старения. При применении устройств в довольно кислой среде хромель быстро разъедается и приходит в негодность для измерения температуры термопарой.
• Тип M — представляет сплавы никеля с молибденом или кобальтом. Устройства могут выдерживать до 1400 °C и применяются в установках, работающих по принципу вакуумных печей.
• Вид N — нихросил-нисиловые устройства, отличием которых считается устойчивость к окислению. Используются они для измерения температур в диапазоне от -270 до +1300 °C.

Вам это будет интересно Устройство и принцип работы трансформатора тока

При высоких температурах широко используются устройства из сплавов рения и вольфрама. Кроме того, по назначению и условиям эксплуатации термопары могут бывать погружаемыми и поверхностными.

По конструкции крепления устройства обладают статическим и подвижным штуцером или фланцем. Широкое применение термоэлектрические преобразователи нашли в устройстве компьютеров, которые обычно подсоединяются через COM порт и предназначены для измерения температуры внутри корпуса.

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.

Монтаж термопары

Импортные термопары необходимо устанавливать также, как и отечественные. Их установка и замена практически ничем не отличается. Для установки необходимо выполнить следующие этапы:

1. Открутить гайку подключения внутри резьбового соединения к газовой линии.
2. Отвинтить компенсационный винт, который держит трубку на месте.
3. Вставить новую термопару в отверстие кронштейна. Также убедитесь, что система будет подключена к газовому или электрическому снабжению.
4. Следует нажать на гайку для резьбового соединения, где медный провод будет подключаться к газовой линии. Убедитесь в том, что соединение будет чистым, а также сухим.
5. Плотно закрепите соединение и не перетягивайте его. При необходимости также можете установить керамический уплотнитель.

Контроллер плиты необходимо вмонтировать не слишком сильно.

Во время установки медная и стальная труба подачи и отвода топлива должна быть направлена вниз. В конструкции концевой выключатель будет располагаться под автоматом контроля безопасности на печи. Это устройство также способно отключать вентилятор, если температура понизится до определенного уровня. Если вентилятор работает постоянно, тогда выключатель нуждается в корректировке. Сначала вам необходимо проверить термостат. Если он будет включен, тогда его следует поставить в автоматический режим.

На сегодняшний день любая система контроля требуется корректировки. Если вы не можете выполнить корректировку самостоятельно, тогда лучше обратиться к специалистам. Изготовление термопары осуществляется на специализированных заводах. Именно поэтому выполнить ремонт можно будет только в специализированных дилерских центрах. Стоимость термопары в среднем составляет от 3 до 6 долларов. Конечно, цена будет зависеть от типа продукции, которую вы желаете приобрести.

https://youtube.com/watch?v=YN5VryJaanM

Теперь вы точно знаете устройство и принцип работы термопары. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Компенсационные провода

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

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

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