Как работает термопара в газовом котле

Что такое термопары и для чего они нужны.

Что такое термопары и для чего они нужны. Плюсы и минусы термопар. Какая термопара к какому котлу подходит. Где купить термопару в Украине.

Отапливать дом с помощью газового котла – наиболее удобный и экономичный вариант. Однако газ – опасное топливо, представляющее серьезную угрозу для жизни людей. Поэтому в случае неисправности оборудования, при которой происходит утечка газа, его нужно незамедлительно ремонтировать. Термопара в газовом котле нужна как раз для того, чтобы вовремя перекрыть газ в случае, когда внезапно тухнет пламя.
Что такое термопары и для чего они нужны
Иными словами – это классический тип термоэлектрического преобразователя. Необходимы они для измерения температуры. Применяется не только в производстве отопительного оборудования, но и в других областях.

Как это работает?

В основу принципа действия лег термоэлектрический эффект. Между проводниками возникает разность потенциалов, то есть, если места соприкосновения проводников, образующих кольцо, находятся в одном температурном режиме, то разность их потенциалов равна 0. В случае, когда места соприкосновения находятся в разных температурных режимах, разность потенциалов будет зависеть от разности температуры. В этом случае речь идет о коэффициенте пропорциональности (ЭДС). Данный показатель у разных металлов отличается. Возникающая между концами проводников разность потенциалов тоже будет различаться.

Плюсы и минусы

Как и у любого другого товара у термопар есть как преимущества, так и недостатки.

К плюсам относятся:

· простота монтажа;
· надежность;
· относительно низкая стоимость;
· возможность измерять температуру в диапазоне от -250С до +2500С;
· высокая точность.

К минусам относятся:

· чтобы результаты измерений были максимально точными, термопару необходимо градуировать индивидуально;
· на результаты измерений оказывает влияние температура на свободных концах, потому на них нужно вносить правки. В новых моделях температура блока измеряется на холодных спаях. Данное действие осуществляется при помощи термистора или полупроводника, а далее введение поправки к ТЭДС происходит в автоматическом режиме;
· при снятии показаний следует убедиться, что утечки тока через термопару не происходит. В противном случае горячий спай охлаждается, а холодный, наоборот, нагревает;
· в результате механических повреждений, резких перепадов температур, химических процессов, коррозий в проводниках возникает термоэлектрическая неоднородность, вследствие чего градуировочная характеристика и погрешность изменяется (до 5К);
· если длина удлинительных проводов или проводов термопары имеет большую длину, то в электромагнитных полях может возникнуть эффект «антенны».

Какую термопару на какой котел ставить?

Вне зависимости от того, из какого сплава сделана термопара, принцип ее работы одинаков. Отличаются они лишь длиной, резьбами, концовиками и тем, на какую автоматику подходят.

Например, термопара Каре подходит на котлы с автоматикой Данко и Ривнетерм. Термпара Honeywell используется в котлах Данко, Маяк, Житомир, конвекторах FEG. Термопары варочной поверхности плит не подойдут для котловой автоматики. При выборе детали следует также знать модель своего оборудования и длину требуемой термопары.

В интернет-магазине Теплодеталь представлен широкий выбор термопар от самых популярных производителей: Electrolux , Gorenje , Whirpool , Zanussi (варочная поверхность); Honeywell , АОГВ , Арбат (автоматика) и др.
Дабы не ошибиться с выбором и правильно подобрать деталь с учетом всех характеристик, советуем обратиться за консультацией к специалистам магазина, которые проконсультируют по всем вопросам, а при необходимости оформят заявку на вызов мастера.

Что такое термопара для газового котла отопления – как работает, преимущества оборудования

Чтобы измерить температуру внутри топки, газовые котлы оснащаются термопарой. Этот прибор также обеспечивает автоматическое прекращение подачи газа, когда из-за порывов ветра или по другой причине затухает пламя в горелке.

Назначение

Благодаря термопаре для газового котла тепловая энергия преобразовывается в электрическую, тем самым обеспечивая питание электромагнитных катушек. Кроме того, устройство выступает в качестве основы газ-контроля. Для его изготовления используется несколько видов металла, способных стойко переносить значительное нагревание в камере сгорания.

Вместе с термопарой обычно устанавливается автоматический отсекающий клапан, прекращающий поступление газа в топливопровод. Предохранители газовых агрегатов обладают специфическим устройством. Как только термоэлектрический элемент ломается, или происходит резкое прекращение горения, автоматически срабатывает отсекающий клапан, и подача газа останавливается.

Из чего состоит и как работает

Термоэлектрический преобразователь – это простейшая конструкция, включающая в себя два соприкасающихся в одной или нескольких точках проводника. Материалом изготовления проводников выступают разнородные металлы. Такая специфика состава дает возможность прибору выполнять свои функции, так как работает термопара в газовом котле благодаря физическому процессу «эффект Зеебека».

При условии прочной коммутации двух тел из разного металла и последующем разогреве соединительного участка открытым пламенем, свободные концы проводника будут давать разницу потенциала. При коммутации к ним вольтметра цепь замыкается, и на измерительном приборе фиксируется напряжение.

Хотя уровень напряжения от разницы потенциалов нагретых металлов и не очень большой, однако даже он в состоянии возбудить индукцию внутри катушек отсекающих клапанов. Когда свободные концы начнут давать напряжение, клапан автоматически срабатывает. Как результат – топливо получает свободный доступ к запальнику.

Важно помнить, что последние модели клапанов имеют специфическое устройство: повышенная чувствительность катушек позволяет топливному каналу оставаться в открытом положении до падения напряжения ниже отметки в 20 мВ. Термопара обычно выдает напряжение в 40-50 мВ.

Материалы изготовления термопары для газового котла

Для изготовления термопар используются специальные сплавы, в состав которых входят благородные и неблагородные металлы. Принципиальным условием при выборе материалов является наличие у них постоянной повторяемой зависимости между перепадами температуры и напряжением. Формирование групп сплавов для производства тех или иных нагревательных приборов зависит от определенных температурных диапазонов.

В специализированных магазинах имеются следующие разновидности термопар:

1. Тип Е (заводская маркировка – ТХКн). Материалом изготовления здесь выступают пластины хромеля и константа, что делает приборы особенно надежными. Рабочая температура допускается в диапазоне от 0 до +600 градусов.
2. Тип J (маркировка – ТЖК). Почти полная идентичность термопары типа Е, однако хромель в этом случае заменен железом. Качество термопары типа J также отличается высоким уровнем, при более низкой стоимости. Температурный режим варьируется от -100 до +1200 градусов.
3. Тип К (маркировка ТХА). Самая популярная разновидность термопары в котле отопления, получившая повсеместное распространение. Состоит из алюминиевых и хромовых пластин. Температурный диапазон – от -200 до +1350 градусов. Для изделий типа К характерна высокая чувствительность по отношению к температурным колебаниям, при значительной зависимости от условий эксплуатации. Активный контакт с углекислым газом приводит к заметному уменьшению срока службы. Перед тем, как почистить термопару в газовом котле, котел необходимо полностью остановить.

Особенности проверки и замены

Как показывает практика, ремонтировать термопару в случае ее поломки не имеет смысла. Основными признаками того, что клапан или терморегулятор вышел из строя, является прекращение самостоятельного розжига газового котла. Чтобы проверить исправность прибора, необходимо присоединить к одному из концов мультиметр. Другой конец по ходу тестирования разогревают, используя зажигалку или другой способ. Признаком пригодности термопары является показатель напряжение на датчике в районе 50 мВ.

Если концы проводников имеют следы окисления и грязи, а показатели измерительного прибора далеки от нормы — это верный признак поломки. Оптимальным вариантом действия в подобной ситуации является замена старого элемента на новый, так как отремонтировать термопару газового котла практически невозможно. Что касается экспериментов с попытками реанимировать вышедший из строя прибор, то это чревато весьма плачевными последствиями.

Что собой представляет термопара газового котла и для чего она вообще нужна?

Во многих домах центральным элементом системы отопления является газовый котёл. Однако для поддержания исправности прибора необходимо принимать во внимание особенности функционирования оборудования.

Например, в процессе работы котельной установки внутри камеры сгорания температура воздуха повышается, поэтому важно контролировать данный параметр.

Специально для этого используется термопара — термоэлектрический прибор, который является практически единственным устройством для точного измерения повышенных температур. Сегодня применяют оборудование, функционирующее вместе с автоматическими клапанами.

Особенности регулировки температуры в газовых котлах термопарой

Широкое применение оборудования обуславливается тем, что этот прибор считается главным способом измерить температуру воздуха, а также контролировать уровень пламени.

Ведь устройство не подвергается воздействию повышенных температур и функционирует по специальному принципу, позволяющему получать точные показатели и быстро реагировать даже на незначительные изменения.

Для чего нужна

Термопара — прибор, который устанавливается в отопительном оборудовании и предназначен, чтобы преобразовать термическую энергию в электрический ток для электромагнитных катушек и выполняет функцию главной составляющей защиты газо-контроля. Прибор работает в комплексе со специальным отсекающим газовым клапаном, перекрывающим подачу потока топлива.

Принцип работы

Для изготовления прибора используется сплав из металлов. Он выдерживает воздействие высокими температурами. Однако если в оборудовании произойдёт сбой, то работа газового котла будет остановлена.

Фото 1. Термопара для газового котла с автоматикой 345-1000 мм, производитель — «Арбат», Россия.

Ведь этот термоэлемент функционирует в комплексе со специальным электромагнитным отсекающим клапаном, регулирующим поступление газа в топливный тракт, который закрывается сразу же после поломки термопары.

Принцип работы прибора, построен на таком физическом явлении: два металла соединяются и при нагреве в точках крепления (рабочая зона, которая помещается в пламя) на холодных концах появляется напряжение. Это называется эффектом «Зеебека».

Внимание! Многие модели электромагнитных клапанов чувствительны, поэтому остаются открытыми до того момента, как напряжение на входе не снизится до 20 мВ.

Термопары: устройство и принцип работы простым языком

Термопарой, или термоэлектрическим преобразователем, называют устройство для измерения температуры, основой работы которого является термоэлектрический эффект.

В бытовых целях используются в различных приборах, в самых простых и технически сложных: от утюгов, паяльников, холодильников до автомобилей и отопительных котлов. Благодаря большому диапазону измеряемых температур (от -250 о С до +2500 о С) широкое применение термопары нашли в промышленности, коммунальном хозяйстве, науке и медицине. Также термоэлектрические преобразователи работают как часть систем автоматики и управления, снимая и передавая данные об изменениях температуры. Такие датчики отличаются надежностью, невысокой стоимостью, необходимой точностью и низкой инертностью.

Работа термопары основана на свойстве изменения термо-ЭДС (термоэлектродвижущей силы) от повышения или уменьшения температуры. Точность показаний зависит от типа конструкции, соблюдения технологических требований, схемы подключения проводников.

Конструкция термоэлектрического преобразователя обусловлена тепловой инерцией и чувствительностью используемых элементов, условиями применения: диапазоном температур, агрессивностью и агрегатным состоянием среды, необходимостью использовать защиту.

Принцип работы термопары

Принцип действия термопары — термоэлектрический эффект, или эффект Зеебека. Явление это было открыто ученым в 1821 году и состоит в следующем:

в замкнутой цепи из двух разнородных проводников возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), если места их соединения, или спаи, поддерживать при разной температуре. Эффект не возникает в случае использования однородных материалов, а также при одинаковых температурах спаев. Величина термоэлектродвижущей силы зависит от материала проводников и разницы температур контактов, направление тока в контуре — от того, температура какого спая выше.

На практике в термопаре используют проводники из разных сплавов, они также называются термоэлектродами. Один спай, «горячий», выполняют сваркой или скручиванием и помещают в среду с измеряемой температурой; другой, «холодный», замыкается на контакты измерительного прибора или соединяется с устройством автоматического управления. В современных сложных термопарах используются цифровые преобразователи сигнала.

Термо-ЭДС возникает за счет разницы потенциалов между соединениями проводников при интенсивном нагреве или охлаждении горячего спая. Напряжение на холодном спае пропорционально зависит от температуры на горячем. При этом температура на холодном должна быть постоянной, иначе возникает большая погрешность измерений. Для высокой точности холодный контакт помещается в специальные камеры, где температура поддерживается на одном уровне.

Применение термопар и их особенности

Область применения термопар огромна, в первую очередь, благодаря широкому измерительному диапазону температур: от сверхнизких до экстремально высоких. Широкое распространение эти устройства получили также из-за стабильности и точности измерений. Их используют в бытовых и промышленных приборах, производственных технологиях для измерения температуры различных устройств, объектов и сред: воздуха, твердых тел, расплавленного металла, жидкостей и газов, вращающихся деталей, тепловых двигателей.

Как датчики температур термоэлектрические преобразователи применяют в автоматизированных системах управления. В газовом оборудовании (котлы, плиты, колонки) с помощью термопар осуществляют термоконтроль. По данным термопары срабатывает аварийное отключение приборов, если превышена допустимая температура.

От назначения термопары зависит ее конструкция и материалы проводников: различные комбинации металлов предназначены для различных сред и диапазонов температур.

Рабочие элементы для защиты от воздействия внешних факторов могут помещаться в колбу, или чехол: например, защитный материал для термопары в газовом котле — нержавеющая или обычная сталь. При температурах до 1000-1100 о С применяют жаростойкие сплавы, при более высоких — фарфор, тугоплавкие сплавы. Для измерений в особых условиях среды, к примеру, при высоком давлении, требуется герметичность термопары.

Если среда измерения не оказывает вредного влияния на проводники, защиту не используют. Бескорпусный вариант с незакрытым местом соединения двух проводников отличается низкой инертностью и практически мгновенным измерением температуры.

В зависимости от количества мест измерения термопары могут быть одноточечные и многоточечные. Соответственно, длина рабочей части термопары колеблется от 120 мм до 20000 мм. Потребность во многих точках измерения (до нескольких десятков) возникает, в частности, в химической и нефтехимической промышленности для тех емкостей, где перерабатываются жидкости (реакторов, баков, колонн фракционирования).

Классификация термопар

Принцип действия термопары основан на возникновении разности потенциалов в проводниках, поэтому металлы термоэлектродов должны отличаться по химическим и физическим характеристикам. Для применения в термопарах используются различные сплавы цветных и благородных металлов.

Благородные металлы позволяют существенно повысить точность измерений, сказывается меньшая термоэлектрическая неоднородность и стойкость к окислению. Они используются для измерений до 1900 о С, при более высоких температурах необходимы специальные жаростойкие сплавы. Неблагородные металлы применяются до 1400 о С.

Все материалы проводников обладают различной плавкостью, стойкостью к окислению, диапазоном рабочих температур. Именно в указанном производителем интервале температур возможна качественная работа устройства и точные данные измерений.

Для классификации групп термопар по российскому ГОСТу используют три кириллические буквы, международная классификация подразумевает обозначение одной буквой латиницы: например, нихросил-нисиловая термопара имеет обозначение ТНН, или N; платинородий-платинородиевая — ТПР, тип В.

Другая классификация термопар учитывает типы спаев, которые могут быть использованы:

• одноэлементные и двухэлементные;
• изолированные и соединенные с корпусом;
• заземленные и незаземленные.

Инерционность термопары снижается при заземлении на корпус, а это увеличивает быстродействие и точность измерений. Также для уменьшения инерционности в некоторых устройствах спай оставляют снаружи защитного корпуса.

Хромель+алюмель ТХА (тип K)

Существует множество типов термопар, хромель-алюмель — одна из самых распространенных.

Состав сплава хромель:

• 90% никеля
• 10% хрома

• 95% никеля
• 2% алюминия
• 2% никеля
• 1% кремния

Возможность работы с линейной характеристикой в пределах температур от -200 о С до +1300 о С, подходит для нейтральных и окислительных сред, имеет невысокую стоимость. В восстановительной среде требуется защитный корпус. Диапазон рабочих температур зависит от диаметра электродов, может применяться при реакторном облучении.

Отличается высокой чувствительностью (примерно 41 мВ/ о С) и регистрирует даже небольшие изменения температуры, очень широко применяется во многих областях.

Недостатки и особенности. Никель имеет магнитные свойства, что вызывает изменение выходного сигнала при температурах 350 о С. В серной среде возможен преждевременный отказ, при определенных низких концентрациях кислорода работа также нарушается.

Железо+константан ТЖК (Тип J)

Надежная и недорогая термопара для промышленности и науки.

Константан обычно состоит из :

Применяется в более узком диапазоне температур по сравнению с хромель-алюмелем: -200 — +1100 о С, при этом выше чувствительность: 50-60 мкВ/ о С.

Хорошо подходит для вакуумной среды, измерения проводятся также в окислительных, восстановительных, нейтральных средах. Температура длительного воздействия — до +750 о С, кратковременного — до +1100 о С.

Нельзя постоянно применять при отрицательных температурах из-за коррозии на металлическом выводе, окислительные среды сокращают срок действия. При высоких положительных температурах негативно влияет сера.

Хромель+копель ТХК (тип L).

Копель изготавливается примерно в таких пропорциях:

• медь 56%
• никель 43%
• марганец 1%.

В основном используется для пирометрических измерений различных сред при рабочих температурах 200-600 о С, в промышленных и лабораторных установках. Максимальный диапазон измеряемых температур: от -250 о С до +1100 о С при кратковременном воздействии.

Одна из самых высокочувствительных термопар — до 80 мкВ/ о С.

Чувствительна к деформации, очень хрупкая.

Преимущества и недостатки термопар

Термопары имеют давнюю историю эксплуатации и широко применяются благодаря следующим преимуществам:

• Способности работать в агрессивных средах и экстремальных температурах от -250 о С до +2500 о С.
• Невысокой цены для большинства моделей. Стоимость увеличивается для приборов с благородными металлами, защитными элементами, дополнительными соединениями и разъемами.
• Проверенной десятилетиями надежности и неприхотливости.
• Точности измерений. Погрешность составляет до 1-2 о С в стандартных приборах, что по большей части достаточно для промышленных и бытовых нужд. Более высокоточные приборы имеют показатель 0,01 о С.
• Простой технологии изготовления и обслуживания.

К недостаткам термопар можно отнести:

• необходимость применения высокочувствительных приборов для снятия результатов измерений;
• малая величина токов требует экранирующей защиты проводов для уменьшения наводки;
• ухудшение показателей при длительном использовании в условиях перепадов температур;
• для точных измерений требуется градуировка каждого прибора на заводе-изготовителе;
• появление нелинейной зависимости термо-ЭДС от нагревания, если превышаются рабочие ограничения.

В целом, возможные сложности в работе с термопарами хорошо изучены и имеют различные способы решения. Благодаря надежности, точности, широкому рабочему диапазону температур устройства очень распространены. Применение определяется их техническими характеристиками и особенностями, а для некоторых систем термопары — единственно возможный вариант. Существующая классификация, а также многочисленные исследования и опыт эксплуатации дают обширную информацию о различных типах устройств, что облегчает их выбор и использование.

Какой тип термопар выбрать

В промышленном оборудовании термопары используются крайне часто для более точного контроля этапов производства товара. В то время пока вы рассматриваете какую термопару выбрать, рекомендуем заострить свое внимание на следующих характеристиках:

• Диапазон измерения температур
• Устойчивость к химическим средам
• Стойкость к вибрации и механическим воздействиям
• Совместимость с используемым оборудованием

Как подобрать тип спая термопары

У термопар имеется три типа спая: изолированный, неизолированный или открытый.

На конце датчика с неизолированным переходом провода термопары прикреплены к стенке датчика с внутренней стороны. Благодаря этому достигается отличная теплопередача снаружи через стенку оболочки к спаю термопары. В изолированном типе спай термопары отделен от стенки оболочки. Время отклика меньше, чем у неизолированного типа, но изолированный обеспечивает изоляцию от электричества.

Термопара в стиле открытого спая выступает из конца оболочки и подвержена воздействию среды которая ее окружает. Этот тип обеспечивает лучшее время отклика, но его можно эксплуатировать только для некоррозионных и негерметичных случаев.

Неизолированный спай используют для замера температур агрессивных сред, или же для областей применения где характерно высокое давление. Спай неизолированной термопары приварен к защитной оболочке, благодаря чему достигается более быстрый отклик, чем при эксплуатации спая изолированного типа.

Изолированный спай отлично себя показывает в измерениях температур в агрессивных средах, где рекомендуется иметь термопару, которая электрически изолирована от оболочки и экранированную ею. Термопара из сварной проволоки физически изолирована от оболочки термопары порошком MgO (оксид магния).

Открытый переход рекомендуется для измерения статических или текущих температур некоррозионных газов, где понадобится быстрое время отклика. Соединение выходит за пределы защитной оболочки из металла, в следствии чего получается более точный и быстрый отклик. Изоляция оболочки герметична в соединительных местах, благодаря чему исключается любое проникновение влаги или газа, которое могло бы привести к ошибкам.