Термопары для газовых котлов: классификация, особенности монтажа и принцип работы

Устройство и принцип работы

Известно, что в замкнутой цепи, которая состоит из двух проводников из разных металлов (напр., хромель и копель), возникает термоэлектродвижущая сила (ЭДС), при условии, что их горячий и холодный спаи имеют различную температуру ( эффект Зеебека ). Значение ЭДС зависит от материалов проводников, температур их холодного и горячего спаев.

Обычно, напряжение бытовой термопары находится в пределах 20-60 милливольт (мВ), чего достаточно для открытия газового клапана, но, разумеется, недостаточно для работы сложной автоматики и прочих модулей, для которых уже необходимо подключение к электросети.

Модуль не ограничивается парой спаев, однако устройство термопары достаточно простое и понятное:

Гильза, внутри которой находятся термоэлектроды с «горячим» спаем проводников, именно она крепится на горелочный модуль котла, рядом с пилотной горелкой (запальником).
Удлинитель, защищенный медной трубкой от внешнего воздействия электромагнитных полей, служит для соединения рабочей части (горячего спая) с электромагнитным газовым клапаном.
Диэлектрическая шайба с «холодным» спаем, именно она вставляется в гнездо газового электромагнитного клапана.

Чаще всего в термопарах бытовых газовых котлов используются спаи из хромеля и алюмеля (ТХА), хромеля и копеля (ТХК), железа и константана (ТЖК). Все используемые сплавы, их маркировка и характеристики указаны в таблице ниже.

Тип термопары (европейская классификация)	Материалы проводников спая	Российская маркировка	Диапазон температур, °C
K	хромель-алюмель	ТХА	-200 – 1 300
L	хромель-копель	ТХК	-200 – 850
J	железо-константан	ТЖК	-100 – 1 200
N	нихросил-нисил	ТНН	-200 – 1 300
T	медь-константан	ТМКн	-200 – 400
E	хромель-константан	ТХКн	0 – 600
S	платинородий-платина	ТПП10	0 – 1 700

Как работает термоэлектрический термометр в составе газового котла

Принцип работы термопары в составе газового котла везде один:

Сначала человек механическим путем открывает клапан подачи газа, удерживая кнопку электромагнитного клапана в течение 15-30 секунд.
Затем единожды нажимается кнопка пъезорозжига, возникает искра и зажигается запальная горелка.
Кнопка магнитного клапана удерживается еще на протяжении 30-60 секунд, пока рабочий спай термопары, находящийся рядом с запальником, не нагреется и не выдаст необходимое напряжение.
По прошествии 30-60 секунд кнопка электромагнитного клапана отпускается, но горение не прекращается, поскольку нагретая термопара вырабатывает достаточно напряжения для удержания газового клапана в открытом положении. Котел работает в штатном режиме, без вмешательства человека.
Как только горение прекращается, пламя больше не нагревает термопару, вследствие чего напряжения недостаточно для удержания электромагнитного газового клапана открытым, он закрывается, прекращая подачу газа.

Температурные датчики. Классификация

Существует несколько основных типов термопар. Их различают по материалу изготовления. Основными материалами, используемыми для температурных датчиков, являются металлы — благородные и неблагородные. Именно их сочетание и стало основой классификации. Вот наиболее распространенные типы термоэлектрических элементов

Тип К: Хромель и алюмель. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +1100°С;
Тип J: Железо и константан. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +700°С;
Тип N: Никросил и нисил. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +1100°С;
Тип R: Платинородий(13 % Rh) и платина. Диапазон температур (длительно): от 0оС до +1600°С;
Тип S: Платинородий (10 % Rh ) и платина. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +1600°С;
Тип B: Платинородий (30 % Rh) и платинородий (6 % Rh). Диапазон температур (длительно): от +200°С до +1700°С;
Тип T: Медь и константан. Диапазон температур (длительно): от -185°С до +300°С;
Тип Е: Хромель и константан. Диапазон температур (длительно): от -50°С до +800°С;

Типы термоэлектрических элементов

Безусловно, каждый тип термоэлемента используется в различных целях. Дорогие термопары используются в науке и промышленности, а более простые и дешевые идеальны для бытового использования — в газовых котлах или плитах.

Устройство и принцип действия термопары

Известно, что не каждый материал может постоянно находиться в открытом пламени. Как видно из описания типов термоэлектрических элементов, они изготавливаются из нескольких металлов, способных длительное время выдерживать высокие температуры. Когда термопара выходит из строя, газовый котел потребует немедленного ремонта, так как произойдет затухание горелочного устройства. Почему так происходит? Термопара работает вместе с отсекающим электромагнитным клапаном. При нарушениях в работе температурного датчика клапан закрывается, и подача газа немедленно прекращается.

Основной принцип работы термопары — термоэлектрический результат (или эффект Зеебека). Суть этого физического явления заключается в следующем

Два металла с разными физическими свойствами образуют замкнутую цепь;
Место, где проводники соединены между собой путем качественной спайки, помещается в открытое пламя;
На холодных концах спая возникнет напряжение — разница потенциалов.
Если к ним подключить измерительное приспособление, цепь замкнется и появится электрический ток, напряжения которого будет достаточно для возникновения в катушке электромагнитного клапана индукции, которая пустит газ к запальнику.

Конструкция и принцип действия термопары

В тех случаях, когда вы не можете зажечь газовый котел, запальник тухнет, как только вы отпускаете кнопку подачи газа — можете быть уверены, что термопара вышла из строя.

Для газовых котлов чаще всего используют универсальные термоэлектрические элементы типа К (хромель-алюмель), типа Е (хромель и константан) и типа J (железо и константан). Проводники в защитной оболочке, приварены к холодным концам металлов, а спай закрепляют зажимной гайкой в соответствующее место автоматики котла.

Остальные разновидности термопар в газовых котлах и установках не используются в силу того, что из-за использования дорогостоящих сплавов возрастает цена. А для газовых котлов достаточно хороши свойства простейших сплавов.

Чтобы проверить, как работает термопара, нужно подключить один ее конец к измерительному прибору — мультиметру, а другой нагреть при помощи обычного огня. Если устройство исправно, напряжение будет около 50мВ.

Принцип действия термопары достаточно прост, однако в процессе производства каждый вид термопары проходит калибровку, или, другими словами, корректировку относительно 0оС. Чем точнее измерительный прибор, которым проводят калибровку, тем точнее будет термопара. Кроме этого, добросовестный производитель не позволит себе сделать некачественную пайку металлов термопары. Поэтому старайтесь выбирать изделие проверенного бренда, покупая термодатчик для своего газового котла.

Также стоит учесть, что точка измерения не должна находиться далеко от измерительного прибора, в противном случае вам понадобится расширение проводов промежуточного соединения, а это достаточно дорого.

В качестве заключения

Популярность и преимущества термопары в настоящее время трудно оспорить или поставить под сомнение. Ведь эти элементы не только основные детали не только в газовом оборудовании (котлы, плиты, колонки). Их можно встретить во многих моделях терморегуляторов и термометров бытового и промышленного назначения.

Понять, что такое термопара, несложно, но куда важнее своевременно устранять все появившиеся признаки ее неисправности!

https://electro-nagrev.ru/primenenie/promyshlennyy-nagrev/termopary-ustroystvo-i-princip-raboty-prostim-yazikom/
https://www.asutpp.ru/termopary.html
https://principraboty.ru/termopara-princip-raboty/
https://ElectroInfo.net/teorija/chto-takoe-termopara-ob-ustrojstve-prostymi-slovami.html
https://osensorax.ru/klimat/termopara-eto
https://IsoProfTeh.ru/v-kuhne/termopara-gaz-kontrol.html
https://OmShantiDom.ru/sistemy/konstrukciya-termopary.html
https://www.asutpp.ru/termopary-dlya-gazovoj-plity.html
https://News4Auto.ru/termopara-chto-takoe-prostymi-slovami/

Разновидности

В газовом отопительном оборудовании могут быть использованы термопары разных видов:

Тип K. Этот вариант является наиболее распространенным, для его изготовления используется алюминий и хромель. Отличается очень широким диапазоном температур от минус 200 до плюс 1350 градусов. Недостатком варианта является то, что хромель при взаимодействии с угарным газом подвергается коррозии, что выводит прибор из строя.
Тип E. Для изготовления используется константан и хромель. Прибор имеет диапазон рабочих температур – от минус 50 до плюс 740 градусов.

Эти типы термопар используются чаще всего, но есть и другие разновидности приборов. Для их изготовления используют более дорогие разновидности металлов, поэтому приборы стоят существенно дороже. Поскольку эксплуатационные качества при этом не улучшаются, то приобретать более дорогие приборы нерационально.

Советы

Эксплуатация и последующий ремонт термопары, должен проводится с соблюдением техники безопасности.

Необходимо своевременно реагировать на утечку газа. Даже новая газовая защита может не сработать. Такое случается по причине попадание в затворное седло мусора. Мусор появляется в системе подачи газа из-за некачественного ремонта труб.
Запрещается охлаждать термоэлемент водой. Резкий перепад температуры может разрушить образующие ток стержни.
Запрещается эксплуатировать термопары с налипшей пищей, нагаром. Инородные покрытия сохраняют высокую температуру. После отключения плиты, затворный механизм не сработает, что приведет к утечке газа.
После замены элемента нужно контролировать его работу в течение нескольких дней.
Запрещается приобретать детали от неизвестных производителей, подделки низкого качества. За новой парой лучше обратиться в специализированный магазин или сервис компании производителя газовой плиты.
Если есть сомнения в том, что самостоятельно удастся проверить или заменить термопару, лучше доверить это специалистам, отвезти плиту в сервис.

Замена термопары легкий, но очень ответственный процесс. Не стоит пренебрегать простыми правилами безопасности.

Ремонт термопары или ее замена

В большинстве случаев ремонт вышедшей из строя термопары невозможен. Дело в том, что если это устройство перегорает, то ремонтировать там становится нечего, поэтому мы предлагаем рассмотреть процесс ее замены.

Замена термопары – это достаточна простая работа. С ней сможет справиться даже человек, далекий от подобных работ. Поэтому и в этом случае вы можете обойтись без помощи мастера.

Действия для камены термопары:

Термопара устанавливается на газовую магистраль через специальный патрубок, к которому термопара крепится с помощью гайки из меди. Чтобы отсоединить термопару, эту гайку нужно просто раскрутить.
Также нужно открутить компрессионный винт. Вы его найдете под кронштейном.
Теперь можно снять старую термопару.
Чтобы установить новый элемент, нужно завинтить гайку и винт. При этом необходимо проверить, чтобы соединение было герметичным. Если это не так, то используйте керамические или полимерные прокладки.

Как видите замена термопары – это очень простая работа. Главное, чтобы при ваших действиях не пострадали другие части котла, например, отсенатель.

Проверка, ремонт и замена термопары

Рассмотрим неисправности на примере термопары датчика газового котла, в таких приборах она также называется сенсором пламени. По ходу раскроем некоторые нюансы по эксплуатации термоэлектрических детекторов, как они устроены, из чего состоит такой прибор.

Признаки поломки:

затухание фитиля, в момент, когда одновременно отпускают кнопку зажигания;
огонек остается, но после розжига главной горелки подача топлива снова перекрывается, котел гаснет вообще.

Причины:

электроды, горячий спай покрылись сажей, прогреваются не достаточно. Поэтому напряжение на цепи падает ниже критического минимума, нужного для сработки прибора;
прогар защитной капсулы ТП;
нарушены контакты на точке спаев, обрыв проволоки;
отошли крепежные гайки;
перекос рабочего стержня и, как следствие, плохой прогрев запальником;
сломался датчик тяги или его электроцепь оборвана.

Замена термопары самостоятельно

Для того чтобы выполнить замену термопары, с газплиты необходимо осторожно снять переднюю рабочую панель, поднять панель с установленными конфорками

Наконечник термодатчика жестко закреплен около конфорки либо горелочного устройства посредством гайки. Возможно, что она в процессе работы закипела и сразу не откручивается.

В этом случае не рекомендуется сильно нажимать на гаечный ключ, так как возможно сломать крепление и повредить плиту. Предварительно потребуется обработать соединение специальным аэрозолем для растворения накипи.
Алгоритм замены термопары на газовой плите:

При помощи гаечного ключа откручивают гайки, которыми зафиксирован термодатчик к электромагнитному клапану.
Осторожно достают один из рабочих зон термодатчика.
Осматривают рабочую зону. Если она покрыта различными загрязнениями либо поверхность повреждена процессами окисления, ее потребуется зачистить мелкой наждачной бумагой.
Второй наконечник датчика к э клапану монтируется посредством резьбового соединения или 2-х обжимных соединений

Убрать их не сложно.
Проверяют при помощи мультиметра датчик.
Один из наконечников присоединяют к мультиметру, а второй нагревают при помощи обычной зажигалки.
Прибор должен показать значение не ниже 20 мВ.
Исправный первичный датчик устанавливается в обратной очередности. Одним наконечником он укрепляется около конфорки, а другим к электромагниту.

Пользователю газовой плиты, который самостоятельно решил заменить неисправную термопару нужно обратить внимание на ее конструкцию при выборе. Лучше использовать родную термопару согласно модификации газовой плиты

Все термопары выпускаются разными по длинам от 45 до 120 см, что связано с конструкцией плит

Важно при установке обратить внимание на то, что проводники датчика в зоне до клапана не должны быть перетянуты либо болтаться. Их соединение с клапаном обязано быть жестким, свободный разъем в данном соединении непозволительно.
Смена в духовке термопары для газовой плиты Hansa производится несколько другим образом. Прежде необходимо убрать крышку газплиты, которая располагается на обратной стороне конструкции

Прежде необходимо убрать крышку газплиты, которая располагается на обратной стороне конструкции.

Далее находят термопару и отсоединяют ее от рассекателя пламени в духовке. Проверку на работоспособность проводят аналогично вышеобозначенному алгоритму.

Перед тем как снять термопару с газовой колонки потребуется два рожковых ключа 14 или 15 в зависимости от конкретной модификации колонки. На многих из них термодатчик закрепляется винтами. Далее действия аналогичны, как для газовой плиты.

Для чего нужна термопара в газовом котле

Термопара (она же термоэлектрический термометр) – это контрольно-измерительный модуль, вырабатывающий при нагреве слабое напряжение, которого достаточно для удержания электромагнитного клапана подачи газа в открытом положении. По-сути, термопара нужна исключительно в целях безопасности: как только по каким-либо причинам (например, вследствие обратной тяги) в топочной камере котла прекратится горение, термопара не сможет удерживать клапан подачи газа в открытом состоянии, подача топлива прекратится, утечка газа в помещение будет предотвращена.

Помимо газовых котлов, термоэлектрический датчик используется в бытовых газовых плитах, печах, водонагревателях. Поэтому при выборе необходимо отбирать термопару именно для газовых котлов, а точнее для конкретной модели котлоагрегата или автоматики (обычно это итальянская автоматика EuroSit 630 и ее аналоги).

Чистка

Если датчик перестал подавать сигнал на клапан-отсекатель, не стоит сразу его менять, нужно проверить термопару и возможно придется выполнить ее чистку.

Специфический признак такого сбоя можно определить следующими действиями:

нажимают кнопку запальника;
горелка зажигается;
факел горит, до тех пор палец покоится на кнопочке;
как только рука снимается с кнопки — пламя пропадает.

Это признак грязной термопары. Конец термодатчика размещается прямо около горелки и пламени. В духовке он также находится близко с рассекателем пламени вверху камеры. Эта часть термопары не должна иметь нагар, отложения и любых дефектов.

Когда рабочий участок термодатчика покрыт нагаром, то его очищают наждачной бумагой. Чем значительнее слой нагара, тем меньше тепловой энергии поступает к датчику и меньше создается ЭДС.

Выработанных милливольт вероятно не достаточно для запуска клапана-отсекателя. Если это действие не поможет нужно проверить работоспособность термопары.

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:

Сначала ключом откручивается специальная гайка, которой термопара прикреплена к патрубку.
Откручивается компенсационный винт, фиксирующий прибор к месту (он находится непосредственно под монтажным кронштейном).
Аккуратно снимается старое устройство.
В освободившееся отверстие вставляется новый прибор.
Все фиксируется компенсационным винтом, а затем гайкой.
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.

Схема подключения термопары

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

Как работает датчик пламени в газовом котле

Датчик ионизации пламени – прибор, который призван обеспечить безопасную работу газового котельного оборудования. Устройство следит за наличием огня, и при обнаружении отсутствия пламени автоматически отключает котел. Принцип работы датчика пламени газового котла предусматривает следующее:

функционал основан на образовании ионов и электронов при зажигании пламени. Образование ионного тока вызывает процесс притягивания ионов к электроду ионизации. Устройство подключается к датчику контроля горения;
если при проверке датчиком контроля горения обнаруживается образование достаточного уровня ионов, это означает, что котел работает в штатном режиме. В случае снижения уровня ионов датчик блокирует работу котельного оборудования.

К ключевым причинам срабатывания датчика ионизации относят загрязнение клапана и некорректное соотношение уровня «газ-воздух». Также это происходит при оседании большого количества пыли на устройстве розжига.

Основные типы термопар для газового котла

При изготовлении термоэлектрических преобразователей применяют сплавы благородных и неблагородных металлов. Для конкретных диапазонов рабочих температур используют определенные группы сплавов.

В зависимости от металлических пар, применяемых при изготовлении, приборы делятся на несколько типов.

Для работы котельного оборудования на газовом топливе чаще всего используют следующие типы устройств:

термопара типа E. Заводская маркировка ТХКн, представляет собой пластины из хромеля и константана. Прибор предназначен для температурного диапазона от 0°C и до +600°C;
тип J. Предусматривает композицию из железа и константана, маркировка ТЖК. Используется для рабочих температур в пределах от -100°C и до +1200°C;
тип Kс маркировкой ТХА, изготавливается на основе пластин из хромеля и алюмеля. Температурный диапазон применения термопары типа Kзначительный – от -200°C и до +1350°C;
тип Lс маркировкой ТХК. Элементы конструкции представляют собой хромель и копель. Устройство предназначено для температур от -200°C и до +850°C.

Термопара для газового котла типа J

Следующие образцы продукции находят применение в сфере тяжелой промышленности:

тип Sс маркировкой ТПП10 представляет собой композицию платинородий-платина. Применяется в установках при температурном режиме до +1700°C;
тип Bс маркировкой ТПР состоит из композиции пластин платинородий-платинородий. Продукт предназначен для температурного диапазона от -100°C и до +1800°C.

Также изготавливаются и другие варианты аналогичных приборов из сплавов благородных металлов, которые актуальны в тяжелой промышленности и литейном производстве.

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.

Устройство

Термопара для духовки и газовой плиты устроена по принципу Зеебека. Ученый нашел способ получать малую долю электрического тока при нагревании различных металлов. Термопара состоит из следующих элементов:

Рабочий наконечник с 2 типами металлов внутри. Именно эта часть находится в непосредственном контакте с открытым пламенем.
Контактную трубку длинной до 1.5 метров. Это электропроводящий контакт от наконечника к затворному механизму.
Электромагнитный клапан. Механизм открывающий и перекрывающий подачу газа к конфоркам и духовке. Клапан металлический. Приподнимается от воздействия магнитного притяжения.

Различаются 2 основных типа этого устройства:

Незаземленные. Пары этого типа имеют наконечник с разделенным покрытием. Такой подход позволил снизить восприимчивость к внешним электромагнитным колебаниям. Недостатком является способ соединения. Часто обе половины соединяются при помощи пайки или обжима. Оба варианта теряют герметичность при частом и долгом нагреве, по причине увеличения объема.
Заземленные. Более распространенный тип устройства. Наконечник не разделен изоляционным покрытием. Это повлияло на чувствительность наконечника к электромагнитным колебаниям от посторонних источников. Рядом с печью нельзя устанавливать микроволновые печи. Электромагнитное поле может спровоцировать открытие клапана. Несмотря на это, заземленные термопары являются самыми надежными.

Оболочка с металлическими стержнями фиксируется к трубке при помощи: сварки, пайки, обжима. Крепление зависит от назначения термопары и при каких температурных колебаниях она будет работать в дальнейшем. Самым надежным соединением является сварка. Такое соединение не нарушается от воздействия расширяющихся поверхностей корпуса. От температуры зависит и химический состав стержней внутри корпуса. Стержни бывают:

Хромель — алюминий. Работает при температуре — −200 ÷ +1000 °C. Обозначается буквой «К».
Копель — хромель. −200 ÷ +800 °С. Относится к самым чувствительным элементам. Обозначается как «L».
Хромель — констант. −40 ÷ +900 °C. Обладает повышенной чувствительностью. Обозначается «Е».
Медь — констант. – −250 ÷ +300 °C. Обозначается «Т».
Железо — констант. −100 ÷ +1200 °C. Относятся к самым дешевым устройствам. Обозначается «J».
Вольфрам — рений. Работает при температуре свыше +1800 градусов. Используется в нагревательных котлах. Имеет обозначение «А».
Нихросил — нисил. −200 ÷ +1300 °C. Обозначается как «N». Используется на высокоточных нагревательных приборах.
Двойной платинородий. +100 ÷ +1800 °C. Обозначается «В».
Платина — платинородий. Бывает 2 типов. Работает при температуре до + 1700 °C. Обозначение «S» или «R».

Зная состав внутренних стержней, легко подобрать подходящий элемент взамен неисправному.

В комплект термопары также входят трубка и клапан. Трубка имеет внутри токопроводящий элемент. Часто провод, заключенный в несгораемую оболочку. Электромагнитный клапан необходим для открытия и закрытия газа.

Быстродействие измерения

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

Факторы, увеличивающие быстродействие:

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

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Работа термопары обусловлена возникновением термоэлектрического эффекта, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком (Tomas Seebeck) в 1821 г.

Явление основано на возникновении электричества в замкнутом электрическом контуре при воздействии определенной температуры окружающей среды. Электрический ток возникает при наличии разницы температур между двумя проводниками (термоэлектродами) различного состава (разнородных металлов или сплавов) и поддерживается сохранением места их контактов (спаев). Устройство выводит на экран подсоединенного вторичного прибора значение измеряемой температуры.

Выдаваемое напряжение и температура находятся в линейной зависимости. Это означает, что увеличение измеряемой температуры приводит к большему значению милливольт на свободных концах термопары.

Находящийся в точке измерения температуры спай называется «горячим», а место подключения проводов к преобразователю — «холодным».

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Компенсация холодного спая (КХС) – это компенсация, вносимая в виде поправки в итоговые показания при измерении температуры в точке подсоединения свободных концов термопары. Это связано с расхождениями между реальной температурой холодных концов с вычисленными показаниями градуировочной таблицы для температуры холодного спая при 0°С.

КХС является дифференциальным способом, при котором показания абсолютной температуры находятся из известного значения температуры холодного спая (другое название эталонный спай).

Конструкция термопары

При конструировании термопары учитывают влияние таких факторов, как «агрессивность» внешний среды, агрегатное состояние вещества, диапазон измеряемых температур и другие.

Особенности конструкции термопар:

1) Спаи проводников соединяются между собой скруткой или скруткой с дальнейшей электродуговой сваркой (редко пайкой).

2) Термоэлектроды должны быть электрически изолированы по всей длине, кроме точки соприкосновения.

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

До 100-120°С – любая изоляция;
До 1300°С – фарфоровые трубки или бусы;
До 1950°С – трубки из Al₂O₃;
Свыше 2000°С – трубки из MgO, BeO, ThO₂, ZrO₂.

4) Защитный чехол.

Материал должен быть термически и химически стойким, с хорошей теплопроводностью (металл, керамика). Использование чехла предотвращает коррозию в определенных средах.

Удлиняющие (компенсационные) провода

Данный вид проводов необходим для удлинения концов термопары до вторичного прибора или барьера. Провода не используются в случае наличия у термопары встроенного преобразователя с унифицированным выходным сигналом. Наиболее широкое применение получил нормирующий преобразователь, размещенный в стандартной клеммной головке датчика с унифицированным сигналом 4-20мА, так называемая «таблетка».

Материал проводов может совпадать с материалом термоэлектродов, но чаще всего заменяется на более дешевый с учетом условий, предотвращающих образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. Применение удлиняющих проводов также позволяет оптимизировать производство.

Особенности, нюансы по точности

Напряжение на холодных кончиках пропорционально зависимое от t° в районе горячей спайки. В определенном температурном диапазоне наблюдается линейное термоэлектрическое свойство, показывающее собой зависимость напряжения от уровня разности t° между точками теплым и холодным элементом ТП. Линейность условная — о ней можно говорить, лишь когда t° на последнем постоянная. Данный нюанс надо учитывать, если делается градуировка: при изменении нагрева на холодных окончаниях есть вероятность значительной погрешности

Когда требуется высокая точность замеров, холодные концы помещают в специальные капсулы, где стабильность одного выбранного уровня температуры поддерживается специальными электронными приборами, обрабатывающими показатели термометра сопротивления. При таком подходе добиваются точности до ±0.01. Но это затребовано лишь для немногих технологических процессов. В большинстве случаев, например, при работе термопары в холодильниках, водонагревателях и прочих бытовых приборах требования менее жесткие, допускают отклонения на порядок ниже.

Плюсы и минусы

Использование термопар в системе автоматики котла имеет свои преимущества и недостатки. К плюсам стоит отнести:

датчик имеет возможность работать в тяжелых условиях, соприкасаясь с открытым пламенем:
поскольку изделие имеет простое устройство без движущихся частей, оно весьма надежно;
устройство способно обеспечить уровень точности измерений, достаточный для использования в отопительных агрегатах;
произвести замену термопары при необходимости достаточно просто.

К недостаткам элемента относят:

нелинейную зависимость роста потенциала от повышения температуры;
потенциал не может подняться выше определенного предела.

Недостатком является и невозможность проведения ремонта, в случае выхода термопары из строя, ее можно только заменить. Впрочем, стоимость этого элемента невысока, так что покупка нового не станет серьезным испытанием для семейного бюджета.

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:

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.
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.
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.

Что такое термопара?

В конструкцию термопары входят два разнородных проводника, которые непосредственно контактируют между собой в одной или нескольких точках (в редких случаях соединяются компенсационными проводами). Когда на участке датчика происходит изменение температуры, внутри устройства создается напряжение.

За счет этого осуществляется контроль температуры и защита от перегрева. Также термопары могут применяться для конвертации тепловой энергии в другие виды энергии, в том числе и в электрический ток.

Главные характеристики термоэлектрического преобразователя напрямую зависят от материала, из которого они производятся. Любой термодатчик сделанный из двух разных металлов будет вырабатывать электрический потенциал под воздействием температуры, но для каждой комбинации металлов температура срабатывания будет разной. За счет этого термопары различаются по уровню контроля температуры.

Видов терморегуляторов большое множество, но важным будет их устойчивость к коррозии. В тех моделях термоэлектрических преобразователях, где температурный датчик находится на достаточном удалении от измерительного прибора, в конструкции для их соединения применяют расширительную проводку, благодаря чему снижается стоимость устройства.

Также за счет специальной электротехники можно сводить к минимуму отклонение других характеристик, что делает термопары более точными, а измерения максимально приближенными к действительности.

Термоэлектрические преобразователи получили большое распространение как в бытовой, так и в промышленной нагревательной технике. Эти простые, но полезные устройства можно найти в конструкции газовой колонки, кухонной печи, промышленной печи, газовой турбины выхлопных газов, дизельного двигателя и т. д.