что такое компенсация холодного спая
Схемы включения и компенсации термопар
Как известно, термопара содержит два спая, поэтому для правильного и точного измерения температуры на одном (первом) из спаев, необходимо поддерживать другой (второй) спай при известной постоянной температуре, чтобы измеренная ЭДС оказывалась явной функцией температуры только первого спая — главного рабочего спая.
Так, с целью поддержания в термоизмерительном контуре условий, при которых паразитное влияние ЭДС второго («холодного спая») было бы исключено, необходимо как-то компенсировать в любой рабочий момент времени напряжение на нем. Как это сделать? Как привести схему к такому состоянию, чтобы измеряемое напряжение термопары менялось бы только в зависимости от изменений температуры первого спая, независимо от текущей температуры второго?
С целью достижения правильных условий, можно прибегнуть к незамысловатой хитрости: поместить второй спай (места присоединения проводов первого спая с измерительным прибором) в емкость с ледяной водой — в заполненную водой ванночку, в которой еще плавает лед. Таким образом получим на втором спае фактически постоянную температуру таяния льда.
После чего останется, отслеживая результирующее напряжение на термопаре, вычислять температуру первого (рабочего) спая, ибо второй спай будет находится в неизменном состоянии, напряжение на нем будет константой. Цель в итоге будет достигнута, влияние «холодного спая» окажется скомпенсировано. Но если так делать, то получится громоздко и не удобно.
Чаще термопары применяются все же в мобильных портативных устройствах, в переносных лабораторных приборах, поэтому нежен другой вариант, ванночка с ледяной водой разумеется нам не подходит.
И такой иной способ есть — метод компенсации напряжения от изменяющейся температуры «холодного спая»: присоединить последовательно к измерительному контуру источник дополнительного напряжения, ЭДС которого будет иметь противоположное направление и по величине будет всегда точно равна ЭДС «холодного спая».
Но чем же можно непрерывно измерять температуру «холодного спая», чтобы получать непрерывные значения напряжений для автоматической компенсации?
Для этого подойдет термистор или термометр сопротивления, соединенный с типовой электроникой, которая и будет автоматически формировать компенсирующее напряжение необходимой величины. И хотя «холодный спай» не обязательно может быть буквально холодным, его температура, как правило, не такая уж экстремальная, какая может быть у рабочего спая, поэтому обычно подходит даже термистор.
Доступны специальные электронные компенсирующие модули «температуры таяния льда» для термопар, задача которых в том и состоит, чтобы подавать точное противоположное напряжение в измерительную цепь.
Значение компенсирующего напряжения от такого модуля поддерживается на таком значении, чтобы точно компенсировать температуру точек присоединения проводников термопары к модулю.
Температура точек присоединения (на терминале) измеряется термистором или термометром сопротивления, и точно необходимое напряжение автоматически прикладывается последовательно в цепь.
Неискушенному читателю может показаться, что слишком много нагромождений ради просто точного использования термопары. Может быть целесообразнее, да и проще, сразу пользоваться термометром сопротивления или тем же термистором? Нет, не проще и не целесообразнее.
Термисторы и термометры сопротивления не так механически прочны как термопары, да и безопасный рабочий температурный диапазон у них не велик. Дело в том, что термопары обладают рядом преимуществ, два из которых основные: очень широкий температурный диапазон (от −250 °C до +2500 °C) и высокое быстродействие, которое недостижимо на сегодняшний день ни термисторами, ни термометрами сопротивления, ни датчиками иных типов аналогичной ценовой категории.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
ООО «СиБ Контролс»
Компенсация «холодного» спая
Существует несколько методов, чтобы компенсировать в контуре измерения влияние напряжения «холодного» спая. Один из методов состоит в том, чтобы сделать температуру «холодного» спая постоянной. При этом любые изменения измеренного напряжения будут вызваны только изменением температуры в точке измерений. Для этого можно, например, поместить место соединения с проводами от измерительного прибора в ванночку со льдом и водой, придав тем самым «холодному» спаю постоянную температуру таяния льда:
Можно воспользоваться таблицей, которая составлена с учетом того, что «холодный» спай находится при постоянной температуре таяния льда. В этом случае по этой таблице можно по напряжению вольтметра сразу определить температуру «горячего» спая, т. е. температуру в искомой точке.
Однако фиксация «холодного» спая при температуре таяния льда является малопригодным для любого применения реального термометра на основе термопары вне лаборатории. Вместо этого нам необходимо найти другой путь для компенсации изменений температуры в месте расположения «холодного» спая, чтобы мы точно могли интерпретировать показания вольтметра, несмотря на изменения температуры в месте расположения этого спая.
Практический способ компенсировать напряжение «холодного» спая – это включение в контур дополнительной ЭДС, равной по величине напряжению «холодного» спая, но обратной полярности. Если эта дополнительная ЭДС непрерывно отслеживает напряжение «холодного» спая при изменении его температуры, то, естественно, влияние потенциала «холодного» спая полностью исключается:
Для того чтобы компенсирующее напряжение отслеживало температуру «холодного» спая, необходимо непрерывно измерять эту температуру, например, с помощью термистора или RTD. Далее электронное устройство непрерывно формирует соответствующее компенсирующее напряжение.
Напоминаем, что «холодный» спай – это всего лишь исторически сложившийся термин, на самом деле «холодный» спай может быть и теплее «горячего». Ничто не мешает использовать термопару для измерения любой температуры ниже температуры таяния льда.
Некоторые изготовители продают электронные модули температуры таяния льда для компенсации напряжения «холодного» спая. Модуль «температуры таяния льда» выполняет функцию Vrjc, показанную на предыдущей диаграмме. Он добавляет противодействующее напряжение для компенсации напряжения, произведенного «холодным» спаем, так, чтобы вольтметр «видел» только напряжение «горячего» спая. Это напряжение компенсации поддерживается в значении, соответствующем температуре терминала, на котором провода термопары соединяются с модулем температуры таяния льда. Температура терминала измеряется термистором или RTD:
На первый взгляд может показаться бессмысленным, строить столь сложные схемы измерения температуры для того, чтобы иметь возможность использовать термопару. Не проще ли было бы вместо этого просто применить термистор или RTD?
Однако, если применение не требует очень высокой прочности сенсора или больших диапазонов измерений, термисторы или RTD являются, возможно, лучшим выбором!
Программная компенсация температуры «холодного спая» при работе с термопарой
Эта статья родилась, как часть статьи про датчик для работы с термопарой ads1118.
Дело в том, что для повышения точности, компенсировать «холодный спай» необходимо. Первоначально, я имея ряд отсчетов, подобрал некую магическую формулу, которая давала неплохие результаты. Но обоснования ей не было. НО потом, возникла идея, как сделать правильно. А в процессе реализации, стало ясно, что это может быть достаточно простым и универсальным решением для любой ситуации.
Под катом много математики и нет картинок и одна картинка ).
И чтобы далеко не ходить, обещанная картинка с температурой в доме: 
Для тех, кому надо результат:
Берем приложенный файл. Делаем 3 замера:
Нагреваем плату с «холодным спаем» и измеряем температуру 100 градусов (кипящую воду).
Остужаем плату (например в холодильнике), и снова измеряем темепературу 100 градусов и 0 градусов.
Заносим данные в верхний левый угол таблицы.
Подбираем коэффициент КТ (первая срока), так, чтобы ошибка была минимальной.
Полученные 4 числа: КТ, С, К1 и К2 используем для перевода «попугаев» в температуру.
Если хочется оптимизаций, то она описана в конце статьи.
Все. Дальше, только математика 🙂
Постановка задачи:
Мы измеряем температуру с помощью термопары, и неким образом знаем температуру «холодного спая» (например припаяв рядом специальную микросхему и читая ее данные).
Задача: нужно минимизировать ошибку измерения имея на входе некое волшебное число А — величина с термопары («горячий спай») и некое волшебное число B — величина температуры «холодного спая», а так-же найти коэффициент самой термопары.
Предварительные мысли:
Как правильно обратил внимание уважаемый DeepSOIC в комментарии к первоначальной статье:
Напряжение на термопаре пропорционально разности температур между её спаем и её разъёмом. Разъём называют «холодный спай» — cold junction — который кстати вовсе не обязательно холодный, просто так называется. Т.е. термопара измеряет не температуру, а разность температур. Чтобы получить полную температуру, нужно измеренную разность температур приплюсовать к температуре холодного спая.
термопара измеряет не температуру, а разность температур
я уяснил только прочитав этот комментарий. Спасибо огромное.
Т.е. нам по сути, необходимо просто прибавить температуру к той, что дает термопара. Проблема в том, что, разница не постоянна, и зависит и от температуры обоих спаев. Приходиться долго экспериментировать, изучать закон изменения разницы. + еще нужно найти коэффициент самой термопары (КТ)… И тут,
Эврика:
А зачем нам все это делать? Если мы допустим, что закон линеен (не линейный закон, мы все равно не вычислим, да и точность нам нужна не до тысячных), то получается элементарная задача:
Дано: 2 числа А и В. Необходимо:
1) Найти КТ
2) Вычислить некое число, линейно зависящее от А, В и КТ.
Из математики, мы получаем единственный вариант:
ЧИСЛО (Ч) = ВОЛШЕБНАЯ КОНСТАНТА (С) + ВОЛШЕБНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ 1 (К1) * А + ВОЛШЕБНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ 2 (К2) * В
Все что нам необходимо, это найти 3 волшебных числа. Т.е. решить систему линейных уравнений с 3-мы неизвестными. Для этого нужно иметь 3 уравнения. Не вопрос: проводим 3 замера (и еще 3 для контроля), подставляем, решаем. Важное дополнение по итогам обсуждения:
необходимо 3-е измерение брать при значительном изменении температуры «холодного спая». Это даст более точное решение.
Например так:
Нагреваем плату с «холодным спаем» и измеряем температуру 100 градусов (кипящую воду).
Остужаем плату (например в холодильнике), и снова измеряем темепературу 100 градусов и 0 градусов.
Остается найти КТ, как число, которое дает минимальную ошибку для тестовых замеров. ВСЕ. Самое интересное, что система не явно, дает самый точный результат, при правильно КТ. Т.е. мы можем просто менять в условиях задачи КТ и смотреть, где ошибка меньше, там точнее КТ.
Математика за нас, учла и смещение 0, и взаимное влияние коэффициентов друг на друга и КТ. Для каждой схемы, решение будет разное. Но решение не зависит от внешних факторов. Оно зависит только от реализации схемы, и учитывает все погрешности и не точности (например разброс номиналов резисторов) — они получаются учтены в результатах тестовых измерений, и в решении они тоже учитываются. Кроме того, системе не важно в каких «попугаях» заданы числа А и В. Единственное требование: (достаточно точная для задачи) линейность этих «попугаев».
Пример из моей задачи:
Должен заметить, что коэффициент КТ, подобран по минимальной ошибке.
Например, при КТ = 6 получается так:
Для упрощения расчетов, я приложил файлик с готовыми формулами. Надо только подставить данные и подобрать КТ.
ВНИМАНИЕ: никаких макросов я не использовал. Если они есть, значит это вирус. Будьте внимательны.
Оптимизация:
Если посмотреть на алгоритм, то расчеты это куча умножений и делений дробных чисел. Это и на ПК не быстро, а уж в МК и подавно… Поэтому я использую хитрость: работу с фиксированной запятой. В итоге, работа только с целыми числами.
Суть: все 3 коэффициента: С, К1 и К2 я умножаю на 65536 (думаю понятно почему 65536 :)):
В результате, число Ч автоматически увеличивается в 65536 раз. Только все операции целочисленные. При вычислении смещения, мы предварительно умножаем значение холодного спая на 65536 и при ЦЕЛОЧИСЛЕННОМ делении 65536 исчезает… 🙂 Конечно, точность немного страдает… Но скорость вырастает на порядки…
Но и тут еще можно поднять точность, используя целые числа, т.к. смещение число не большое, и 1-ка очень важна (1% точности). Мы умножаем значение холодного спая не на 65536, а на 131072. И после деления, прибавляем единичку и делим на 2, чтобы компенсировать ошибку. В итоге получаем округление до 0.5 )
В приложенном файле, есть оба варианта (дробное и целое).
Целое дает ТОЧНЫЙ(. ) результат на тестовых данных. Ошибка 0.
ОБНОВЛЕНИЕ:
По сути мы хотим получить две прямые (но нас интересует их сумма).
Первая прямая — горячий спай,
t1 = k1 * A + c1
Вторая — холодный
t2 = k2 * B + c2
Нас интересует их сумма
t = k1 * A + k2 * B + c (где с = с1 + с2)
К сожалению, мы НЕ ищем прямое преобразование А-В в температуру и НЕ решаем описанные уравнения. Это было бы идеально. И для расчетов (2 умножения, 2 сложения) очень просто и не напряжно для МК. Проблема в том, что это НЕ работает 🙁
По факту, как правильно заметили:
Вообще самое правильное это сначала измеренную температуру холодного спая преобразовать в эквивалентное термо ЭДС (Как если бы холодный спай был при нуле, а рабочий при измеренной температуре), затем сложить это напряжение с измеренным с термопары, а потом уже обратно преобразовать эту сумму в температуру. Таким образом полностью компенсируются нелинейности.
Не понятно откуда взялись числа 28,7414 28,5902 30,9189
Это как раз и есть КОЭФФИЦИЕНТы КОМПЕНСАЦИИ «холодного спая» для заданных условий. Они разные для разных данных.
При дальнейших расчетах, мы делим на этот коэффициент, тем самым внося нелинейность в формулу перевода «попугаев» в температуру.
Пояснение 2, математическое:
Пусть:
t – измеряемая температура
vx – измеренное значение «холодного спая»
vg — измеренное значение «горячего спая»
vg0 — измеренное значение «горячего спая» если бы измерение проводилось при vx = 0
КТ – коэффициент перевода vg0 в t:
Но как правило, vx не равно 0, поэтому нам надо привести vx к нулю, изменив vg на некую величину, зависящую от vx:
Пусть kx – коэффициент компенсации:
Предположим, что kx линейно зависит от vx и vg:
Для нахождения c, k1 и k2, необходимо решить систему линейных уравнений с 3-мя неизвестными для известных kx, vx, vg. vx и vg мы измеряем непосредственно.
kx мы находим по формуле (1) и (2), зная температуру в точках измерения:
Но (5) это уже не линейное уравнение, поэтому проще всего подобрать КТ по минимальной ошибке решая систему линейных уравнений для каждого КТ.
Комментарии ( 22 )
Плохо, что вы проводите калибровку при одинаковом значении температуры холодного спая (вернее его температура, насколько я понимаю, пляшет в пределах погрешности датчика).
По сути мы хотим получить две прямые (но нас интересует их сумма).
Первая прямая — горячий спай,
t1 = k1 * A + c1
Вторая — холодный
t2 = k2 * B + c2
Нас интересует их сумма
t = k1 * A + k2 * B + c (где с = с1 + с2)
Математически верно, но в А и В есть погрешность измерения. Чтобы максимально точно (в данном случае) построить каждую прямую по двум точкам, нужно чтобы эти точки были максимально удалены друг от друга. Чем дальше — тем лучше, тем меньше будет сказываться погрешность.
Для горячего спая (А) у вас разница в 100 градусов, что ИМХО, достаточно для Вашего случая. А вот для холодного — у Вас разница на уровне шума датчика, и вычисленные значения к2 и с2 будут очень грубыми.
Описание получилось путанным, но я думаю суть понятна. Я бы предложил отдельно «линеаризировать» холодный спай на значительной разнице температур (охлаждая и нагревая все устройство).
Хм, просмотрел еще раз внимательно Ваш пост и запутался окончательно. Плюс, в ОпенОфисе приатаченный файл открывается с битой кодировкой.
Давайте начнем с стемы уравнений. Я сразу решил, что в правой части уравнений у вас температура, но там непонятные для меня величины (28,7414 и т д).
Далее, на основании 3-х измерений решили систему уравнений. Получили формулу зависимости.
Теперь в эту формулу мы подставляем результаты 5-го измерения. И что мы получаем? По логике, результат вычисления это апроксимированное значение этой самой «непонятной для меня величины» для 5-го измерения. Только зачем находить ее аппроксимированное значение, ели мы, на сколько я понимаю, можем измерить ее прямыми методами (как для предыдущих случаев). Дальше я совсем потерялся в смысле вычислений.
Если не тяжело, объясните смысл Вашего метода более подробно, с описанием физического смысла получаемых величин (потому как понятие «волшебное число» не способствует пониманию)
мы делим на этот коэффициент, тем самым внося нелинейность в формулу перевода «попугаев» в температуру.
1) Мы должны компенсировать «холодный спай», фактически просто прибавив термоэдс «холодного спая» к «горячему спаю», чтобы получить ситуацию, как будто холодный спай находиться при 0.
1.1) Для этого, мы просто умножаем «холодный спай» на некий коэффициент.
1.2) Коэффициент мы находим по формулам.
2) После этого, мы переводим значение «горячего спая» в температуру, умножая на некий другой коэффициент.
Г — горячий спай
Х — холодный
КТ — коэффициент термопары
температура = (Г + Х * Ч) * КТ
где Ч = С + К1 * Х + К2 * Г — коэффициент компенсации «холодного спая»
Честно говоря, ситуация для меня не прояснилась. Возможно я где-то сильно торможу 🙂
Вот ниже есть pdf. В тех расчетах все понятно — берем температуру холодного спая, через многочлен с заданными в таблице коэффициентами вычисляем ЭДС «холодного спая». Потом ЭДС «холодного» и «горячего» спая суммируем, и (через другой многочлен) приходим к температуре.
А вот в Вашем случае я не могу понять логику расчетов. Для начала не понятно — откуда возись цифры 28,7414 28,5902 30,9189 (каков их смысл).
Ели вы их как-то получили/вычислили экспериментально, то зачем вы сначала аппроксимируется результаты трех измерений к линейной функции, а потом, на основе этой функции, вычисляете значение для вашего 5-го эксперимента.
тем самым внося нелинейность в формулу перевода «попугаев» в температуру
Термопара принцип работы
Что такое термопара, принцип действия
Термопара – это устройство для измерения температур во всех отраслях науки и техники.
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.
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.
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.
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.
Схема подключения термопары
Стандарты на цвета проводников термопар
Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.
Точность измерения
Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.
Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.
Быстродействие измерения
Быстродействие обуславливается способностью первичного преобразователя быстро реагировать на скачки температуры и следующим за ними потоком входных сигналов измерительного прибора.
Факторы, увеличивающие быстродействие:
Устройство и принцип действия
Термопара конструктивно состоит из двух проволок, каждая из которых изготовлена из разных сплавов. Концы этих проводников образуют контакт (горячий спай) выполненный путём скручивания, с помощью узкого сварочного шва либо сваркой встык. Свободные концы термопары замыкаются с помощью компенсационных проводов на контакты измерительного прибора или соединяются с автоматическим устройством управления. В точках соединения образуется другой, так называемый, холодный спай. Схематически устройство изображено на рисунке 1.
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.
Недостатки термопары
Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.
Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.
Принцип работы термопары
Термопара представляет собой два провода, изготовленных из различных металлов. Эти два провода скреплены или сварены вместе и образуют спай. Когда на этот спай оказывают воздействие изменения температуры, то термопара реагирует на них генерируя напряжение, пропорциональное по величине изменениям температуры.
Если термопара подсоединена к электрической цепи, то величина генерируемого напряжения будет отображаться на шкале измерительного прибора. Затем показания прибора могут быть преобразованы в температурные показания с помощью таблицы. На некоторых приборах шкала откалибрована непосредственно в градусах.
Термопара в электрической цепи
Погрешность измерений
Правильность температурных показателей, получаемых с помощью термопары, зависит от материала контактной группы, а также внешних факторов. К последним можно отнести давление, радиационный фон либо иные причины, способные повлиять на физико-химические показатели металлов, из которых изготовлены контакты.
состоит из следующих составных частей:
случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;
погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;
погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;
погрешность контрольной аппаратуры.
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.
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.
Схема подключения термопары
Наиболее распространенными способами подключения измерительных приборов к термопарам являются так называемый простой способ, а также дифференцированный. Суть первого метода заключается в следующем: прибор (потенциометр или гальванометр) напрямую соединяется с двумя проводниками. При дифференцированном методе спаивается не одни, а оба конца проводников, при этом один из электродов «разрывается» измерительным прибором.
Нельзя не упомянуть и о так называемом дистанционном способе подключения термопары. Принцип работы остается неизменным. Разница лишь в том, что в цепь добавляются удлинительные провода. Для этих целей не подойдет обычный медный шнур, так как компенсационные провода в обязательном порядке должны выполняться из тех же материалов, что и проводники термопары.
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:
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 для газового котла типа J
Следующие образцы продукции находят применение в сфере тяжелой промышленности:
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:
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:
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.