Dbo24.ru

Домашний Мастер
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройства термоэлектрического преобразования

Устройства термоэлектрического преобразования. Поиск неисправностей

Более 180 лет прошло с тех, как физиками были открыты термоэлектрические явления. Через 12 лет после формулирования Зеебеком эффекта теплообмена часовщик Пельтье опубликовал статью о температурных аномалиях, наблюдаемых вблизи границы двух различных проводников при прохождении через них электрического тока. Явление, названное позже эффектом Пельтье, заключается в выделении или поглощении (в зависимости от направления тока) тепла на границе двух разных проводников (обратный эффекту Зеебека). Наблюдаемые Пельтье аномалии оказались тем сильнее, чем больше были величины термо-эдс. Термоэлектрические явления тогда не вызвали у физиков большого интереса, поскольку в то время они были наиболее заняты изучением электромагнетизма и, впоследствии, электромагнитной индукции. Термоэлементы давно применяются для термоизмерений, однако, вопрос их извлечения с их помощью электроэнергии стал рассматриваться всерьёз только тогда, когда потребность в новых источниках колоссально выросла. Ядерное излучение, аналогично фотонному потоку, увеличивает значение проводимости у полупроводников, что позволяет наблюдать прохождение через них отдельных высокоускоренных частиц.

Прочность и пластичность металлов обязана особому виду связи – совокупности свободных валентных электронов со всей совокупностью положительных ионов.
К пионерам промышленного производства термоэлектрических преобразователей можно отнести организации Rosemount, Siemens.
Термоэлектрический преобразователь, работа которого основывается на эффекте Пельтье, называется элементом Пельтье. Функционирование элементов Пельтье обеспечивается совмещением двух полупроводников с нерелевантными величинами энергии электронов в зоне проводимости. В процессе протекания тока по контакту электроны приобретают дополнительную энергию, перемещаясь в более высокоэнергетическую зону проводимости смежного полупроводника. Когда энергия поглощается, происходит охлаждение точки контакта, а при смене направления тока мы можем наблюдать нагрев.

Достоинства термоэлектрических преобразователей Пельтье:

  • небольшие габариты,
  • отсутствие лишних движущихся механических компонентов, газов и жидкостей во внутренностях,
  • отсутствие шума при работе.

Из недостатков можно отметить более низкий показатель КПД, чем у компрессорных холодильных установок с фреонным охлаждением, что увеличивает объем потребляемой мощности для достижения необходимой разности температур.

Устройство, принцип работы и основные типы

Термопара это классический термоэлектрический преобразователь, который используется для измерения температуры, в различных областях промышленности, науки, медицины, а также в автоматических системах управления и контроля газовых котлов, плит и колонок.

Устроена она очень просто и легко может быть изготовлена самостоятельно. Два проводника из различных материалов соединяются в кольцо. Одно из мест соединения помещается в зону измерения, а второе подключаются к измерительному прибору или преобразовательному устройству.

Фото 1: Термопара для устройства газового контроля

Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте или как его еще называют эффекте Зеебека. Оно заключается в том, что на стыке двух соединенных в кольцо проводников из разных металлов появляется напряжение. Если температура мест спайки одинакова — разность потенциалов нулевая. Но стоит один из спаев поместить в область с более высокой или более низкой температурой, появляется напряжение отличное от нуля и пропорциональное разнице температур. Коэффициент пропорциональности различен для разных металлов и называется коэффициентом термо-ЭДС.

Фото 2: Конструкция и принцип действия термопары

Основные материалы для изготовления термопар – благородные и неблагородные металлы. Большинство сплавов из них имеют довольно экзотические названия, которые очень популярны у составителей различных кроссвордов и сканвордов. В зависимости от того какие пары металлов используются при изготовлении, термопары делятся на несколько типов. Ниже приведена таблица с их основными видами, обозначениями и характеристиками:

Тип термопарыСплавРоссийская маркировкаДиапазон температур, °C
Kхромель-алюмельТХА-200 — 1300
Jжелезо-константанТЖК-100 — 1200
Nнихросил-нисилТНН-200 — 1300
Rплатинородий-платинаТПП130 — 1700
Sплатинородий-платинаТПП100 — 1700
Bплатинородий-платинородийТПР100 — 1800
Tмедь-константанТМКн-200 — 400
Eхромель-константанТХКн0 — 600
Uмедь-медьникель-200 — 500
Lхромель-копельТХК-200 — 850

В системах автоматики газовых колонок, плит и котлов обычно используются термопары ТХА из хромель-алюмеля (тип K), ТХК из хромель-копеля (тип L), ТЖК из железа и константана (тип J). Датчики выполненные из сплава благородных металлов предназначены для высоких температур и в основном находят применение в литейном производстве и другой тяжелой промышленности.

Фото 3: Газовая горелка «Сахалин» для отопительных котлов и печей

Некоторые модели работающие на твердом топливе, например такие как твердотопливный котел отопления «Lemax» Forward могут комплектоваться газовыми горелками, в которых для защиты от утечек газа применяются термопары.

Вернуться к оглавлению

Ремонт термопары своими руками

Если пламя газовой плиты стало неравномерно гореть и гаснуть, обращают внимание на термопару – возможно, она вышла из строя. Сначала определяют причину некорректной работы датчика. Часто она заключается в отходящих контактах на клапане. Чтобы исправить неполадку, их следует затянуть. Исправность термопары проверяют: конфорку поджигают и сразу отпускают электророзжиг. Если пламя мгновенно гаснет, скорее всего, деталь засорилась, и ее следует почистить.

Важно! Перед проверкой, ремонтом и заменой термопары в газовой плите перекрывают подачу газа и отключают электроснабжение.

Наконечник датчика располагается около конфорки, в духовке его устанавливают возле рассекателя пламени в верхней части. Он должен быть без копоти и нагара. Если наконечник покрыт налетом, его очищают с помощью мелкой наждачной бумаги. После этого мусор удаляют и проверяют работоспособность устройства.

Если чистка не принесла необходимого результата, исправность устройства проверяют мультиметром или милливольтметром. Для этого находят место подключения термопары к электрической сети плиты. Обычно оно находится под передней панелью или верхней крышкой, рядом с переключателем температуры или газовым клапаном. Возможно, здесь отошли контакты, их требуется поправить. Если нет, переходят к проверке.

Предел измерения мультиметра устанавливают в районе десятков милливольт. Щупы подсоединяют к выводам термопары и подогревают датчик. Если мультиметр при этом показывает изменение напряжения, значит, устройство исправно. Если нет, его требуется поменять на новое.

Обычно устройство перегорает при длительном пользовании, и починить его в домашних условиях не получится. Новую деталь выбирают по коду, который указан на старом устройстве или в технической документации к газовой плите. Перед ремонтом перекрывают газ и отключают прибор от сети.

Сначала снимают переднюю панель или верхнюю крышку плиты и отключают электрические выводы в месте подключения к клапану. Затем откручивают гайку крепления и достают термопару. Если она из-за накипи не поддается, пользуются растворителем.

На ее место устанавливают новую деталь, закрепляют и подключают к электропроводке плиты. Проводники термопары не должны быть натянуты или болтаться в корпусе прибора. Затем в обратном порядке проводят сбор и проверяют работоспособность.

Совет. Если после замены детали ощущается запах газа, его следует перекрыть и вызвать специалистов газовой службы.

Устройство и конструкция

Конструктивно термопару можно подразделить на такие элементы:

  • Спай термопары – состоит из двух проводников, реже полупроводников, соединенных в одну цепь;
  • Изолированные металлы – продолжают вывод рабочих проводников от места спайки до точки подключения к электрической цепи, на всей протяженности провода изолируются друг от друга;
  • Экранирующее покрытие – выполняется в виде металлической трубки по всей длине датчика температуры и проводов его подключения.

Спай включает в себя две проволоки из разнородных материалов. В состав которых могут входить цветные и благородные металлы, как правило, в сплавах. В зависимости от состава проводников термопары подразделяются на несколько типов, особенности которых приведены в таблице.

Таблица 1. Типы термопары

Тип термопарыСплавРоссийская маркировкаДиапазон температур, °СОсобенности термопары
Kхромель-алюмельTXAот -200 °С
до +1000 °С
Возможность работы в нейтральной атмосфере либо атмосфере с избытком кислорода
Lхромель-копельTXKот -200 °С
до +800 °С
Самая высокая чувствительностью из всех промышленных термопар. Свойственна только высокая термоэлектрическая стабильность при температурах до 600 °С.
Eхромель-константанTXKnот -40 °С
до +900 °С
Высокая чувствительность.
Tмедь-константанTMKnот -250 °С
до +300 °С
Может работать в атмосфере, в которой небольшой избыток или недостаток кислорода. Не чувствительна к повышенной влажности.
Jжелезо-константанТЖКот -100 °С
до +1200 °С
Хорошо работает в разряженной атмосфере. Невысокая стоимость обусловлена входящим в состав железом.
Авольфрам-ренийТВРвыше +1800 °СХорошие показатели механических свойств при высокой температуре. Может работать при частых и резких теплосменах и при больших нагрузках. Неприхотливость при изготовлении и монтаже, так как имеют небольшую чувствительность к загрязнениям.
Nнихросил-нисилТННот -200 °С
до +1300 °С
В группе неблагородных металлов считается самой точной термопарой. Высокая стабильность при температурах от 200 до 500 °С.
Bплатинородий-платинородиеваяТПРот +100 °С
до +1800 °С
Высокая механическая прочность. Большая стабильность при высоких температурах. Небольшая склонность к росту зерна и охрупчиванию. Невысокая чувствительность к загрязнению.
Sплатинородий-платинаТПП10от 0 °С
до +1700 °С
Высокая точность измерений. Хорошая воспроизводимость и стабильность термоЭДС.
Rплатинородий-платиноваяТПП14от 0 °С
до +1700 °С
Обладает свойствами, идентичными термопаре типа S.

Как видите из таблицы, различный тип обуславливает разный рабочий диапазон температур, чувствительность к ее изменению, стабильность при длительной нагрузке и другие характеристики. Что обязательно следует учитывать при выборе конкретной модели для плиты в случае замены или установки с нуля.

В зависимости от рабочей температуры подбирается и соответствующий материал для изоляции витой скрутки проводников термопары. К примеру, до 120ºС могут применяться любые виды, до 1300ºС фарфоровые. Существуют модели и свыше 1300 ºС, в которых для изоляции используются окислы магния, бериллия и алюминия, но из-за того, что в бытовых приборах такие температуры отсутствуют, приобретать и рассматривать подобные термопары нецелесообразно.

Проверка работоспособности термопары

Для проверки работоспособности подключают специальный измерительный прибор (тестер, гальванометр или потенциометр) или измеряют напряжение на выходе милливольтметром. При наличии колебаний стрелки или цифрового индикатора термопара является исправной, в противном случае устройство подлежит замене.

Причины выхода из строя термопары:

  1. Неиспользование защитного экранирующего устройства;
  2. Изменение химического состава электродов;
  3. Окислительные процессы, развивающиеся при высоких температурах;
  4. Поломка контрольно-измерительного прибора и т.д.

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.

На фото стандартное местоположение термопары в газовом котле. Ее можно отличить по медной трубке.

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).

Название:Приборы для измерения температуры
Автор:Крамарухин Ю. Е.
Издательство:Машиностроение
Год:1990
Страниц:208
Формат:djvu
Размер:2,4 Mb

Приведены описания контрольно-измерительных приборов для измерения температуры. Рассмотрены их устройства и принципы действия. Даны технические характеристики приборов и указаны области их применения. Изложены вопросы монтажа, ремонта и наладки приборов. Описаны основные неисправности и способы их устранения.

Содержание книги «Приборы для измерения температуры»

ГЛАВА 1. Термометры стеклянные жидкостные
Назначение и устройство
Лабораторные термометры
Технические термометры
Технические электроконтактные термометры
Поправки к показаниям и особенности применения стеклянных жидкостных термометров

ГЛАВА 2. Манометрические термометры
Назначение, устройство и принцип действия манометрических термометров
Типы и основные параметры
Манометрические газовые термометры
Манометрические жидкостные термометры
Манометрические конденсационные термометры

ГЛАВА 3. Термоэлектрические преобразователи
Назначение, устройство и принцип действия термоэлектрических преобразователей
Типы и основные параметры
Термоэлектрические преобразователи из благородных металлов
Термоэлектрические преобразователи из неблагородных металлов
Термоэлектрические преобразователи из тугоплавких металлов и их сплавов
Термоэлектродные удлинительные провода

ГЛАВА 4. Термопреобразователи сопротивлений
Назначение, устройство и принцип действия
Типы и основные параметры
Платиновые термопреобразователи сопротивлений
Медные термопреобразователи сопротивлений

ГЛАВА 5. Милливольтметры и логометры
Назначение, устройство и принцип действия милливольтметров
Назначение, устройство и принцип действия логометров
Назначение, устройство и принцип действия милливольтметров узкопрофильных со световым указателем
Типы и основные параметры

ГЛАВА 6. Автоматические электронные потенциометры и мосты
Назначение и принцип действия
Типы и основные параметры
Приборы серии КВ1
Приборы серии КС1 (КП1)
Приборы серии КС2
Приборы серии КСЗ
Приборы серии КС4

ГЛАВА 7. Общие узлы автоматических потенциометров и уравновешенных мостов
Общие сведения
Электронные усилители
Вибрационный преобразователь
Источники стабилизированного питания
Асинхронные электродвигатели
Синхронные электродвигатели
Выходные устройства автоматических потенциометров и мостов

ГЛАВА 8. Ремонт приборов для измерения температуры
Общие сведения
Ремонт термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления
Ремонт манометрических термометров
Ремонт пирометрических милливольтметров и логометров
Ремонт общих узлов электронных потенциометров и уравновешенных мостов

ГЛАВА 9. Наладка и поверка приборов для измерения температуры
Общие сведения
Поверка жидкостных термометров расширения
Поверка и наладка термоэлектрических преобразователей
Поверка и наладка термопреобразователей сопротивления
Поверка и наладка манометрических термометров
Поверка и наладка пирометрических милливольтметров
Поверка и наладка логометров
Наладка элементов автоматической компенсации температуры (КТ) свободных концов термоэлектрического преобразователя
Наладка преобразователя термопреобразователя сопротивления
Поверка и наладка автоматических электронных потенциометров и уравновешенных мостов
Наладка и поверка вспомогательных устройств приборов

ГЛАВА 10. Монтаж приборов для измерения температуры
Общие сведения
Установка жидкостных стеклянных термометров
Монтаж манометрических термометров
Монтаж термоэлектрических преобразователей
Монтаж термопреобразователей сопротивления
Монтаж пирометрических милливольтмеров
Монтаж магнитоэлектрических логометров
Монтаж электронных мостов и потенциометров

Поверка термопреобразователя

Термопреобразователь — это специальное устройство, которое используется для преобразования тока из переменного в постоянный. Работа устройства основана на термоэлектрических законах.

В нашей компании можно приобрести термопреобразователь с дальнейшей поверкой работы или заказать услугу проверки дополнительно. После того, как срок проверки устройства подойдет к концу, следует проводить дальнейшие процедуру на регулярной основе, согласно официально установленному интервалу.

Поверка работы термопреобразователей — это лабораторное установление факта пригодности данного прибора к использованию на основе контроля базовых характеристик, их соответствия к требованиям и техническим документам от изготовителя.

Причины, по которым может увеличиться погрешность в показателях термомента:

несоответствие в показателях индивидуальных характеристик в парных термометрах;

образования повреждения на проводах в чувствительных элементах термопреобразователя;

образование ржавчины на деталях устройства;

превышение периода применения термопреобразователя. Среднее время на службу прибора — примерно 12 лет. По истечению заданного срока устройство не подлежит дальнейшей эксплуатации.

В ситуации, когда средняя погрешность в показателях термометра превышает допустимую погрешность, термометр становится не пригодным для дальнейшей эксплуатации.

Источники погрешностей измерений

На выполнение правильного процесса измерения влияют внешние источники, техническое состояние средств измерения и другие условия. На точность измерения с использованием термоэлектрического преобразователя влияет изменение электродвижущей силы.

Это явление называется термоэлектрической нестабильностью используемых сплавов. В процессе эксплуатации стало известно, что сплавы электродов изменяют свою ЭДС, которая приводит к искажению показаний.

Во время длительной эксплуатации при высоких температурах такие ошибки могут достигать больших величин, что приводит к снижению точности измерений.

Основными причинами нестабильности измерений считаются:

  • взаимодействие термоэлектродов с внешней средой;
  • влияние на датчики изолирующих и защитных устройств;
  • взаимодействие электродов друг с другом;
  • внутренние процессы, которые возникают при изменении температуры;
  • влияние радиации, электромагнитных полей и перепадов давления.

Под воздействием высокой температуры происходит снижение сопротивления изоляции датчиков, которое приводит к искажению измерений. Часто источником возникновения ошибок при замерах становится неправильный выбор термоэлектрода, так как его сопротивление не совпадает с показаниями электрической цепи. Изменение электродвижущей силы по длине термоэлектрического преобразователя тоже приводит к возникновению ошибок при получении показателей.

Читать еще:  Опрессовка металлопластиковых труб основные моменты
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector