Термопара — что это такое? Многое ясно уже из названия. Устройство представляет собой преобразователь, используемый для измерения температуры рабочей среды. Конструктивно оно представляет собой два проводника из разных металлов, приваренных или припаянных друг к другу на одном конце. Устройство является очень простым, но качественно изготовить его сложно.
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 электродвижущая сила 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.
Назначение
Для безаварийной работы теплового оборудования применяется термопара. Что это такое для газового котла? И как она работает? Следует рассмотреть подробнее. Прежде всего, она обеспечивает автоматическое отключение оборудования при сбоях в работе газового котла. Термопара для газовой плиты также необходима, чтобы создать электроподжиг газа, как только начинается его подача. Кроме выполнения функции контроля устройство может использоваться в качестве датчика температуры.
Достоинства
Рассмотрим, какими положительными характеристиками обладает термопара:
высокая точность прибора;
широкий диапазон измерения;
возможность фиксации высокой температуры;
простота конструкции;
доступность, дешевизна и долговечность термоэлектродов;
простота монтажа и обслуживания.
Недостатки
У термопары есть и отрицательные стороны:
очень низкая чувствительность;
большое сопротивление;
нелинейность температурной зависимости термо-ЭДС;
необходимость искусственного поддерживания температуры одного из концов.
Термо-ЭДС электродов существенно зависит от наличия примесей в металлах, механической и термической обработки. Для ее увеличения применяют термобатареи из нескольких термопар.
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.
Какой может быть термопара. Цена и характеристика
Термопарой могут быть две любые сваренные проволоки из разнородных металлов. В промышленности применяют взаимозаменяемые материалы, способные выдержать высокую температуру, долговечные и с большой термо-ЭДС. Существуют также другие статические устройства с высокой точностью и похожим принципом работы, но термопары проще по устройству и дешевле.
В качестве электродов применяется мягкая отожженная проволока из специальных сплавов. Она работает при предельной температуре около 1000 градусов. Сплавы имеют стабильные и высокие значения термо-ЭДС.
Наиболее распространены датчики с двумя электродами, где катодом является хромоникелевый сплав (хромель), а анодом — другой металл, например, алюмель (термопара ТХА). Самое простое ее подключение производится с помощью вилки.
Каждый вид датчика отличается по рабочему температурному интервалу, величине вырабатываемой ЭДС, устойчивости к механическим и химическим воздействиям, долговечности и взаимозаменяемости.
Приобретать надо только такие приборы, которые соответствуют требуемым параметрам. Особенно это относится к термостойкости, иначе в скором времени устройство придется менять.
Термопара для котла исполняется в разных вариантах в зависимости от модели. Цены на датчики находятся примерно на одном уровне. В среднем они составляют 500-600 руб. В продаже есть также датчики в комплекте с дополнительным электронным преобразователем, который вносит компенсацию в показания прибора. Он встраивается непосредственно в головку термопары. Цена датчика становится выше, но при этом не требуются компенсационные провода. К головке термопары можно подключать обычный медный провод.
Предпочтительно брать изделия для конкретных моделей, технические характеристики которых подходят друг другу. Универсальные устройства долговечностью не отличаются.
Виды датчиков
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.
L — хромель-копель(ТХК), недорогая термопара с верхним пределом в 600 градусов.
J — железо-константан. Датчик занимает второе место по популярности, диапазон составляет от -210 до +760 град, менее долговечный, устойчив к окислению.
Е — никель-хром или никель-константан с более высокой точностью и величиной сигнала, верхний предел измерений не превышает 870 градусов.
Датчики из благородных металлов работают при большей температуре, но имеют высокую стоимость, в связи с чем чаще всего применяются в промышленности.
Варианты подключения термопары
По способам измерения наиболее распространены заземленные датчики. У них концы проволоки свариваются в один узел, завершающийся специальным зондом. Гильза находится в контакте с защитной внешней оболочкой, благодаря чему быстро передается тепло, и термопара имеет малую инерционность. На точность показаний большое влияние оказывают электрические помехи. По такому принципу работает термопара для газового котла. Измерительный прибор при этом не должен быть заземлен, поскольку через землю могут возникнуть дополнительные контуры, вносящие погрешность в показания.
Если спай не контактирует с защитной оболочкой, то такая конструкция называется незаземленной. Несмотря на то что при этом быстродействие датчика снижается, он меньше подвержен воздействию паразитной электрической наводки.
Рабочий спай также можно непосредственно помещать в измеряемую среду, но такой способ снижает срок службы прибора из-за коррозии. В производстве подобные термопары применяют редко, а в бытовых приборах их можно увидеть везде.
Для измерения температуры в нескольких точках применяется многозонная термопара.
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.
Проверка исправности
Термопара для газового котла проверяется с помощью электромагнитного клапана, который продается в специализированных магазинах. К выводам обмотки клапана надо припаять два гибких провода с зажимами «крокодил», а после подсоединить к выводам термопары. При нагревании рабочего спая исправной термопары в пламени газовой горелки или свечи клапан должен функционировать от вырабатываемого тока. Устройство очень удобное и неприхотливое.
Проверка работоспособности термопары также производится с помощью милливольтметра. Напряжение на ее свободных концах должно быть не менее 25 мВ.
Одной из причин отключения запальника является неисправность термопары. Плохая работа может быть вызвана образованием инородных образований в месте спайки. Его зачищают наждачкой «нулевкой». Удалять нужно только налет. В противном случае будет разрушена спайка.
При разрыве провода термопары его можно соединить коротким куском обычного медного провода. При этом важно, чтобы места контактов находились в одной температуре.
Если термопара для котла прогорела, ее следует заменить. Можно сплавить концы проводов, скрутив их между собой и подсоединив к клеммам АКБ. При этом нужно правильно выбрать время подключения, чтобы спайка получилась качественной. Кроме того, надо сделать так, чтобы на провода термопары не попал металл с клемм аккумулятора. Место скрутки в процессе сварки обычно погружают в графитовый порошок. Если собрать устройство с ЛАТРом, то можно регулировать ток, и стык получится качественным. Все эти меры являются временными, при удобном случае термопара газовая должна быть заменена новой.
Заключение
Термопара — что это такое? Она представляет собой простой термоэлектрический преобразователь. Надежность и долговечность устройства делают его незаменимым средством отключения газового котла при возникновении аварийной ситуации.
Термопары также применяются для электроподжига в газовых плитах и в качестве датчиков температуры.
