Извещатель пожарный тепловой, виды и исполнения : принцип работы

Anna 04.12.2019

Здравствуйте, дорогие читатели.

В этой статье мы с вами рассмотрим

извещатель пожарный тепловой –из чего состоит этот прибор,

где применяется, как он обнаруживает возгорание,

велика ли его скорость срабатывания, каким бывает этот детектор.

Разберем некоторые тонкости выбора и монтажа теплового датчика.

Содержание статьи

Извещатель пожарный тепловой

Из названия сразу понятно, что такой извещатель реагирует на повышение температуры.

Как только начался пожар, температура в помещении начинает резко возрастать.

Это возрастание и улавливается тепловым детектором, установленным возле очага огня.

Датчик способен «поймать» возгорание, когда пламя и дым уже присутствуют в горящей комнате.

— А как выглядит типичный экземпляр?

— Рядовой тепловой пожарный извещатель приведен на следующем фото.

Как работает

Сработка датчика зависит от изменения параметров его термочувствительного элемента.

Их можно классифицировать по виду термочувствительного элемента.

• Легкоплавкие материалы. Два проводника спаяны друг с другом легкоплавким металлом. Повышение температуры способствует размягчению спайки, и проводники разъединяются.
• Оптоволокно. С увеличением температуры увеличивается электрическая проводимость материалов. В корпусе детектора находится фотоэлемент и генератор электрического импульса для тревожного оповещения.
• Терморезистор. Работает за счет изменения сопротивления полупроводниковой пластины при нагревании.
• Биметалл. Температурные скачки способствуют изгибу и изменению размера прямой линии из биметалла.

То есть сам тепловой пожарный извещатель в зависимости от этой классификации будет иметь разный принцип работы.

Чувствительный элемент любого типа извещателя всегда реагирует на изменение температуры.

А температура срабатывания разная у разных моделей. От 50 °C до 250 °C.

Согласно нормам ПБ, срок эксплуатации теплового ИП – от 10-ти лет.

Вы сможете выбрать нужный тип детектора в зависимости от Вашего объекта.

Тепловой извещатель всегда работает только в составе АПС.

Замечание. Учитывайте, что температура сработки температурного ИП обязательно должна превышать максимально допустимую для помещения на 20 °C.

Где используется

Где мы можем его поставить?

Наш датчик подходит для использования в:

• торгово-развлекательных заведениях;
• производственных цехах;
• многоквартирных, частных жилых домах, общежитиях;
• открытых площадках;
• образовательных учреждениях;
• больших складских помещениях.

Тепловой извещатель пожарный (ИП) незаменим на больших открытых территориях,

а также там, где при возгорании выделяется большое количество тепла.

Но его нельзя устанавливать в помещениях с возможными перепадами температуры.

Не подойдут они и при наличии радиоактивных излучений и щелочных материалов в охраняемой зоне.

Все это приводит к ложным сработкам или разрушению конструкции извещателя.

Нормы

Неправильный монтаж любого пожарного датчика может привести к катастрофе.

Не больше и не меньше. Это факт.

Поскольку в этом случае он может не сработать или сработать уже слишком поздно.

Приводим нормативную базу.

Руководствуйтесь ей в отношении работы с тепловым пожарным датчиком.

1. Техрегламент 123-ФЗ – главный закон о ПБ.
2. ГОСТ Р 53325 – Госстандарт, описывающий пожарные тепловые датчики.
3. СП 5.13130 – узнаем из него нормы монтажа систем ПС.
4. СНиП 31-01 – правила установки извещателей.
5. НПБ 85-2000 – здесь найдем требования ПБ к тепловым детекторам.

Виды тепловых датчиков

Разберем основные виды тепловых ИП.

Главным образом классифицируем их по принципу срабатывания

термочувствительного элемента, а также исполнению и связи с ШПС.

Максимальный

Тип сработки угадывается в названии.

Он откликается на превышение порогового значения температуры

в контролируемой зоне или возле какого-либо оборудования.

Максимальный тепловой пожарный извещатель срабатывает,

как только температура воздуха станет выше установленной для него нормы.

Хорошим примером будет ИП 104-1, срабатывающий при температуре примерно 72 °C.

Может работать при температурных режимах от -50 °C до +50 °C,

в помещениях категорий А, Б по взрывопожароопасности.

Еще один практичный датчик – ИП 101-1А-А1/А3, отличающийся изящным внешним видом.

Дифференциальный

Этот реагирует не на само повышение температуры, а на скорость резкого ее скачка.

Сработка определяется заводской настройкой, то есть заданной скоростью скачка.

Это может быть заданная скорость скачка 3-30 °C/мин.

Или строгое превышение критической отметки, например, 40, 60, 100 °C.

Не получил широкого распространения ввиду скорого изобретения другого вида тепловых детекторов.

Максимально — дифференциальный

У него двойной принцип сработки. За счет этого он очень чувствителен.

Максимально дифференциальный тепловой пожарный извещатель

подает тревожный сигнал либо при температурном скачке (дифференциально),

либо по достижению температурой воздуха пороговой отметки (максимально).

Так, он сочетает в себе оба вышеназванных типа.

Выделилось небольшое количество тепла в объеме – датчик сразу среагирует и подаст сигнал.

Известные модели: ИП 101-3А-А3R, Артон RTL–BR, МАК-ДМ.

Взрывозащищенный

Да, на участках классов А, Б к противопожарному, в том числе к слаботочному,

оборудованию предъявляются повышенные требования ПБ.

Взрывозащищенный тепловой пожарный извещатель как раз и является таким устройством.

Его корпус выполнен из нержавеющей стали с защитой оболочкой.

Работает на объектах, где разгоревшийся пожар может спровоцировать взрыв.

Это АЗС и другие объекты химической промышленности.

Отечественный ИП 103-1В, согласно ПУЭ, работает на любой взрывоопасной точке.

Максимальный взрывозащищенный тепловой извещатель пожарный «МАК-1» исп.11 ИБ

применяется в составе АПС в искробезопасной цепи.

Маркируются эти извещатели так: Ex, ИБ.

Адресный

Этот датчик подключается к шлейфу ПС и имеет свой уникальный номер.

Сработка также происходит при превышении или резком скачке температуры.

Адресный пожарный тепловой извещатель вместе с сигналом тревоги

сразу сообщает управляющему прибору свой номер.

Это позволяет ПКП точно определить, где именно горит.

Помимо места тревоги, может посылать контрольному прибору и информацию о себе.

Тепловой адресный пожарный извещатель нередко устанавливается

в одном помещении с дымовым датчиком, что повышает степень защиты объекта.

Адресно-аналоговый

Более совершенная модель – работает в составе адресно-аналоговой АПС.

Этот прибор контролирует собственную работоспособность,

записывает адрес в энергонезависимую память,

выполняет цифровую обработку температурных режимов и пр.

Таким «умным» устройством является, например,

адресно-аналоговый максимально дифференциальный

тепловой пожарный извещатель С2000-ИП-03 от НВП «Болид».

Все адресно-аналоговые приборы являются программируемыми.

С помощью Windows-программы их можно настраивать самостоятельно.

Пожарный тепловой адресно аналоговый извещатель также умеет обрабатывать температуру,

используя предысторию анализа, проверять собственную работоспособность

путем нажатия на светодиод, замерять напряжение контроллера линии связи.

Фото адресно-аналогового теплового пожарного извещателя приведено ниже.

Линейный

Особый случай.

Прибор представляет собой огнеупорный кабель,

способный держать высокую температуру длительное время.

Не зависит от ПС.

Ставится там, где затруднено использование традиционных детекторов, подключенных в ШПС.

Пожарный тепловой линейный извещатель имеет высокую чувствительность по всей свое протяженности.

Длина кабеля может достигать 1500 м.

В качестве сенсорного элемента может быть.

• Медная «витая пара» с термопокрытием. При воздействии огня на кабель, оплетка плавится, токопроводящие жилы замыкаются, и контрольный прибор определяет место КЗ, подавая сигнал «Пожар».
• Кабель-сенсор и электронные датчики в нем. При пожаре резко меняется сопротивление датчиков в месте нагрева. Эта информация анализируется управляющим прибором, на основании анализа формируется сигнал.
• Оптический кабель изменяет свою прозрачность с нарастанием температуры в месте воздействия огня. Изменение фиксируется ПКП. Для анализа используется мощность отраженного или прямого света.

Точечный

Отвечает за свой небольшой участок помещения – контролирует небольшую вверенную ему территорию,

максимальная площадь которой, согласно СП 5.13130, составляет 25 м².

Однако из-за дешевизны датчик очень востребован и сегодня.

Его важное достоинство – не обращает внимания на ионизационное

излучение от технологического/электрического оборудования,

тогда как многие другие детекторы не могут справиться с этой задачей. Тепловой точечный пожарный извещатель часто «соседствует» с людьми в их жилищах, особенно на потолке.

Многоточечный

Промежуточное звено между линейными и точечными устройствами,

отслеживающими температурный скачок.

По способу срабатывания напоминает сенсорный кабель.

Состоит из точечной цепи измерительных термопар, расположенных дискретно,

и контрольного блока для анализа амплитуда изменения температуры в цепи,

формирующего тревожный сигнал при превышении установленных норм.

Пример: взрывозащищенный датчик УС-ТК-24.

Ручной

Приводится в действие с участием оператора.

Для подачи тревожного сигнала необходимо нажать на кнопку или рычаг прибора.

Крепится на стене, защищен стеклом. Работает в составе АПС или АУПТ.

Питается от шлейфа пожарной сигнализации.

Имеет световую индикацию, в дежурном режиме мигает с периодом в 4 секунды.

Образец: пожарный тепловой извещатель ИПР 513-3М IP67 в красном алюминиевом корпусе от «Болид».

IP67 – степень взрывозащищенности оболочки, согласно ГОСТ 14254-2015.

Все температурные извещатели, включаемые в ШПС, монтируются на потолке,

за потолком или на стене помещения.

Что запомнить

Резюмируем, уважаемые читатели, наше исследование температурных пожарных извещателей.

1. Тепловой датчик реагирует на резкое повышение температуры воздуха или превышение температурой заданного значения.
2. Детекторы имеют разный принцип срабатывания в зависимости от вида термочувствительного элемента.
3. Основные нормативно-регулирующие документы: 123-ФЗ, СНиП 31-01, ГОСТ Р 53325, СП 5.13130, НПБ 85-2000, ГОСТ 14254-2015.
4. Применяется в домах, ТРК, производстве, на складах и открытых площадках.
5. Различают адресные, адресно-аналоговые, дифференциальные, максимальные, взрывозащищенные, максимально-дифференциальные, линейные и другие виды тепловых извещателей.
6. Линейный детектор (термокабель) используйте там, где не можете запитать датчик от ШПС.

Дорогой читатель, следуйте этим простым рекомендациям

для правильного размещения и стабильной работы Ваших температурных извещателей.

До встречи в следующей статье!

Понравилась статья ? Поделитесь с друзьями!

определение, виды, устройство, принцип работы

Содержание статьи

Введение

Горячая вода, отопление, теплый пол, чистый приточный воздух, нагретый до нужной температуры – все это составляющие не только комфорта, но и требование санитарных норм (для больниц, детских садов, школ, интернатов).

Для всех этих систем необходим теплоноситель. Его подготовка для подачи конечному потребителю с требуемыми параметрами осуществляется в Тепловых пунктах. Что такое тепловой пункт, какие виды ТП бывают и чем они отличаются – об этом читайте далее.

Что такое тепловой пункт – определение

Тепловой пункт (ТП) – это помещение, либо здание, в котором происходит подключение систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения к тепловой сети.

Рис. 1. Тепловой пункт

Что входит в тепловой пункт?

Тепловые пункты включают в себя следующее оборудование:

• Запорную арматуру;
• Теплообменники;
• Насосы;
• Расширительные баки;
• Регуляторы давления;
• Приборы для контроля, управления, автоматизации.

Назначение тепловых пунктов

Тепловые пункты предназначены для:

• Подготовки теплоносителя для внутренних систем до необходимого уровня давления и температуры;
• Контроля значений температуры и давления теплоносителя;
• Учета потребленного тепла;
• Регулирования температуры, либо количества теплоносителя;
• Распределения теплоносителя по отдельным системам;
• Защиты систем здания от повышения температуры или давления теплоносителя;
• Подготовки горячего водоснабжения.

Принцип работы теплового пункта

Рис. 2. Устройство теплового пункта

1. ТЭЦ или котельные, как источники тепла, нагревают теплоноситель, далее по магистральным сетям он поступает в тепловой пункт.
2. Температура теплоносителя от ТЭЦ, как правило, составляет 150/70 ᵒС. Воду с такой высокой температурой подавать в системы отопления здания и ГВС нельзя, так как будут нежелательные последствия, такие как ожоги. В связи с этим необходимо понизить температуру теплоносителя. Это решается следующими вариантами:

• При зависимом присоединении используются элеваторы, либо насосы, которые подмешивают воду из обратной магистрали в подающую.
• При независимом присоединении используются теплообменники. Таким образом, вода из тепловой сети циркулирует через теплообменник, нагревая внутренний контур.

Подробно о зависимой и независимой системах теплоснабжения можно прочитать в данной статье.

3. Для того чтобы теплоноситель циркулировал по системам отопления, в тепловом пункте устанавливаются циркуляционные насосы.
4. С целью исключения нежелательных последствий аварийного повышения давления в магистральных тепловых сетях предусматривают установку регуляторов давления.
5. Количество тепла, которое подается от магистральных тепловых сетей, рассчитывается на максимальную нагрузку, чтобы в самые холодные зимние дни потребители не замерзли. Когда температура наружного воздуха повышается, то необходимо уменьшить количество тепла, которое подается в отопительные приборы, иначе произойдет перегрев внутреннего воздуха помещений. Таким образом, в тепловом пункте происходит регулирование отпуска тепла.
6. Вода для систем ГВС также подготавливается в тепловом пункте в теплообменнике.
7. Обязательным элементом является узел учета тепла. Его наличие обусловлено законом об энергосбережении № 261-ФЗ.
8. Заключительным элементом является распределительная гребенка, от которой теплоноситель распределяется по необходимым системам.

Виды тепловых пунктов

Тепловые пункты подразделяются на:

• ЦТП – центральные тепловые пункты. Обслуживают несколько зданий, микрорайон.
• ИТП – индивидуальные тепловые пункты. Обслуживают только одно здание. Чаще всего размещаются в специальном помещении подвала обслуживаемого здания.
• БТП – блочные тепловые пункты. Представляют из себя готовое изделие, которое поставляется в здание несколькими блоками – остается только присоединить посредством фланцев. За счет этого сокращаются сроки монтажа и ввода в эксплуатацию ТП. Могут применяться как для ЦТП, так и для ИТП.

Все эти тепловые пункты имеют одно назначение и принцип работы у всех одинаков. Единственное различие – это количество обслуживаемых зданий.

Что лучше: ИТП или ЦТП?

В настоящее время для присоединения здания к наружным тепловым сетям применяют в основном индивидуальные тепловые пункты.

Различия между этими тепловыми пунктами представлены в таблице:

ЦТП	ИТП
Средний температурный режим для всех обслуживаемых зданий. В связи с этим здание, которое расположено ближе к ЦТП будет перегрето, а здание, которое расположено дальше от ЦТП, будет недогрето.	Температурный режим устанавливается индивидуально для конкретного здания.
Невозможно установить оптимальную температуру ГВС для конкретного здания. Так как все здания, подключенные к ЦТП, имеют различную длину трубопроводов, то горячая вода по-разному остывает по пути от ЦТП до конкретного дома.	Температура горячей воды оптимальна, т.к. теплообменник ГВС установлен  непосредственно в доме, а значит, исключены потери тепла по трубопроводам.
Циркуляция ГВС не обеспечивается должным образом, поэтому в некоторых квартирах из крана с горячей водой некоторое время бежит холодная вода.	Постоянная циркуляция ГВС в доме, следовательно,  у потребителя из крана с горячей водой всегда поступает горячая вода.
Большие потери тепла по трубопроводам от ЦТП до потребителя.	Меньшие потери тепла, так как длина магистральных труб от точки врезки в тепловые сети до ИТП минимальна.
В случае какой либо неисправности в ЦТП без горячей воды и тепла окажутся жители сразу нескольких домов.	Меньшее количество аварийных отключений тепла у потребителей.
Каждый год летом происходит плановое отключение горячей воды у потребителей на продолжительное время для проведения технического обслуживания и профилактического ремонта.	Отключение ГВС не затрагивает сразу большое количество абонентов, профилактическое обслуживание не занимает продолжительное время.

Заключение

1. Тепловые пункты – это необходимая часть инженерного обеспечения любого здания.
2. В новом строительстве применяются в основном ИТП, так как они:

• Обеспечивают наиболее оптимальные параметры теплоносителя;
• Минимизируют потери тепла при транспортировке теплоносителя по магистралям;
• Проще в обслуживании и эксплуатации;
• Обладают более точной регулировкой.

3. Производители БТП существенно облегчили жизнь монтажным бригадам, так как после того, как модули БТП поставляются на объект, монтажникам остается лишь подключить БТП к трубопроводам и электрическим сетям.

что это такое? Виды и функции тепловых пунктов

Теплопунктами называются автоматизированные комплексы,    передающие тепловую энергию между внешними и внутренними сетями . Они состоят из теплового оборудования, а также измеряющих и контролирующих приборов.

Тепловые пункты выполняют следующие функции:

1.  Распределяют тепловую энергию  среди источников потребления;

2.  Регулируют параметры теплового носителя;

3.  Контролируют и прерывают процессы подачи тепла;

4.  Изменяют  виды тепловых носителей;

5.  Защищают системы после повышения допустимых объемов параметров;

6.  Фиксируют расходы теплоносителей.

Виды тепловых пунктов

Тепловые пункты бывают центральными и индивидуальными. В индивидуальный, сокращенно: ИТП входят технические устройства, предназначенные для подключения систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции в зданиях.

Предназначение тепловых пунктов

Предназначение ЦТП, то есть центрального теплового пункта заключается в присоединении, передаче и распределении теплоэнергии на несколько зданий. Для встроенных и других помещений, расположенных в одном здании, например, магазинов, офисов, паркингов, кафе, требуется установление своего отдельного индивидуального теплового пункта.

Из чего состоят тепловые пункты

ИТП старого образца имеют элеваторные узлы, где подача воды смешивается с теплопотреблением. В них не регулируется и не экономно расходуется потребляемая тепловая энергия.

У современных автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов есть перемычка между подающим и обратным трубопроводом. У такого оборудования конструкция более надежная из — за установленного к перемычке сдвоенного насоса. К подающему трубопроводу монтирован клапан для  регулирования, электропривод и контроллер, который называется погодным регулятором. Также теплоноситель у обновленного автоматического ИТП оснащен  температурными датчиками и наружным воздухом.

Зачем нужны тепловые пункты?

Автоматизированная система контролирует температуру в теплоносителе для подачи в помещение.  Еще она выполняет функцию регулирования температурных показателей, соответствующих графику и относительно  наружному воздуху. Это позволяет исключить перерасходы теплоэнергии, отапливающей здание, что важно для осенне-весеннего периода.

Автоматическое регулирование всех современных ИТП отвечает высоким требованиям, связанных с надежностью и сбережением энергии, также как их надежная шаровая запорная  арматура и сдвоенные насосы.

Таким образом, в автоматизированном индивидуальном тепловом пункте в зданиях и помещениях происходит экономия теплоэнергии до тридцати пяти процентов. Данное оборудование является сложным техническим комплексом, требующем грамотного проектирования, монтажа, наладки и обслуживания, которое по силам только профессиональным опытным специалистам. 

Элемент Пельтье — Википедия

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель).

Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека.

Внешний вид элемента Пельтье. При пропускании тока тепло переносится с одной стороны на другую.

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников.

Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута Bi₂Te₃ и твёрдого раствора SiGe), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n->p), а снизу — противоположные (p->n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 °C.

Достоинством элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования. Также достоинством является отсутствие шума.

Недостатком элемента Пельтье является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур. Несмотря на это, ведутся разработки по повышению теплового КПД, а элементы Пельтье нашли широкое применение в технике, так как без каких-либо дополнительных устройств можно реализовать температуры ниже 0 °C.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал для элемента Пельтье же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье^[1] возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Элементы Пельтье применяются в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах, маленьких автомобильных холодильниках, охлаждаемых банкетных тележках, применяемых в общественном питании, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, требуемая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.

Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения.

В приборах, при низкой мощности охлаждения, элементы Пельтье часто используются как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30—40 градусов ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до −80 °C для одностадийных холодильников и до −120 °C для двухстадийных).

Некоторые энтузиасты используют модуль Пельтье для охлаждения процессоров при необходимости экстремального охлаждения без азота.^[2][3] До азотного охлаждения использовали именно такой способ.

«Электрогенератор Пельтье» (более корректно было бы «генератор Зеебека», но неточное название устоялось) — модуль для генерации электричества, термоэлектрический генераторный модуль, аббревиатура GM, ТGM. Данный термогенератор состоит из двух основных частей:

1. непосредственно преобразователь разницы температур в электричество на модуле Пельтье,
2. источник тепловой энергии для нагрева преобразователя (например, газовая или бензиновая горелка, твердотопливная печь и т. д.)

КТПТР – из чего состоит, как работает, и что общего у термометров с носками

Несмотря на привычность и обыденность такого явления, как измерение температуры, пара термометров, входящих в состав теплосчетчика, является устройством нетривиальным и по важности не уступающим расходомеру или вычислителю.

Для подсчета количества энергии требуется знать разность температур теплоносителя. В теплосчетчиках для определения этой разности используется Комплект ТермоПреобразователей Разностный (КТПТР). Один термопреобразователь ставится на подачу, второй на обратку, причем неважно какой термометр из пары в какой трубопровод ставить. Важно, что никакой термометр из одной пары нельзя заменить термометром из другой, т.к. термопреобразователи согласованы друг с другом в рамках пары (суть согласования рассмотрим чуть ниже). Получается как с парой носков — если один потерян, второй уже не пригодится.

Конструкция КТПТР

Разные на вид, все термопреобразователи имеют длинный стержень — это корпус, в который помещается чувствительный элемент (ЧЭ). ЧЭ делается из маленькой пластинки, на которую напылена платина или другой металл. Она подключается четырьмя проводами к клеммной головке, в которой также 4 разъема, пустоты в корпусе заполняются оксидом алюминия или магния в качестве адсорбента. Вместо клеммной головки головки возможен кабельный вывод или разъём.

Один из основных параметров, которые обязательно нужно уточнить перед покупкой — монтажная длина, она же длина погружной части. Важно — монтажная длина термопреобразователя измеряется от свободного конца до пояска перед штуцером, ограничивающего глубину погружения. Какую выбрать длину погружной части зависит от диаметра трубы, в которую будет монтироваться термометр.

Как работает

Принцип работы комплекта разностных термопреобразователей основан на зависимости электрического сопротивления металлических элементов от температуры окружающей среды. Сопротивление чувствительного элемента(R) реагирует на изменение температуры(?T) следующим образом:

R = R₀(1 + ??T)

Где R₀ – сопротивление чувствительного элемента при температуре 0°С, стандартизованная величина
? — температурный коэффициент (указан в паспорте термопреобразователя). Вместо ? может быть указан параметр W₁₀₀ — отношение сопротивления ЧЭ при 100°C к R₀

Вычислитель измеряет сопротивление чувствительного элемента, сопоставляет полученное значение с R₀ и таким образом получает температуру, которую «показывает» термометр.

Почему пара термопреобразователей — согласованная

Важная особенность состоит в том, что реальные сопротивления термометров хоть и не на много, но отличаются от номинальных, которыми оперирует вычислитель. Следовательно, температуру на подаче вычислитель определил с некоторой погрешностью, и температуру на обратке – тоже с погрешностью, причем погрешности эти — разные. К примеру, температура подачи получилась определена на 1 градус выше, а обратки – на один градус ниже. При вычитании t°_{обратки} из t°_подачи получится погрешность в 2 градуса, что может составить большой процент от самой разницы температур, что повлечет неверный расчет количества тепловой энергии и неправильное количество заплаченных за нее денег.

Чтобы такого не происходило, существует специальная методика подбора термометров, реальные сопротивления которых отличаются от номинальных одинаково. То есть они “ошибаются» на равные величины по величине, но с разными знаками, чем и компенсируют друг друга — при вычитании температур разница получится такая же, как если бы оба значения были измерены верно.

Подобрать к конкретному термометру пару не так то просто, поэтому подбор проводит завод изготовитель и термометры из этой пары имеют даже один серийный номер.

Монтаж термопреобразователей

Термометры погружаются непосредственно в теплоноситель или через гильзу, защищающую от давления теплоносителя. Для лучшей теплопроводности гильза заполняется маслом или специальной пастой.

Возможна установка перпендикулярно потоку в трубе или под углом 45°.

Ошибки в монтаже ведут к неправильным измерениям температуры, которые порождают неточности при подсчете количества теплоты, и разница эта может быть не в пользу плательщика.

Типичные ошибки при монтаже термопреобразователей:

• неверный выбор длины
• установка в гильзы неподходящего размера
• неправильное подключение к вычислителю

Гильза вкручивается во ввареную в трубопровод бобышку. Без этой конструкции, конечно, результат измерений был бы более точным, но в этом случае замена термопреобразователя будет более трудоемкой.

Чтобы минимизировать погрешность измерения, нужно использовать гильзы и бобышки подходящие для конкретного термопреобразователя. Неверный подбор гильзы чреват тем, что не получится надежно зафиксировать в ней термопреобразователь, или же термопреобразователь будет погружен не на ту глубину. И то и другое может создать сложности при сдаче узла учета, т.к. инспектору нужно удостовериться в правильности монтажа и опломбировать место установки термодатчика.

При подключении термометров к тепловычислителю не стоит экономить на кабелях, имеющих жилы разного цвета. Жилы одного цвета усложняют работы по монтажу. Хороший сигнальный кабель (КММ) имеет экранирование и разноцветные жилы.

Так как температура, которая учитывается теплосчетчиком, находится в прямой зависимости от сопротивления термопреобразователя (точнее, его чувствительного элемента), то стоит обратить особое внимание на качество соединений проводов (минимизировать сопротивление соединений) и подключить термодатчики одинаковыми отрезками кабеля, даже если они расположены на разных расстояниях от вычислителя. Все эти мелочи помогут избежать увеличения разности температур.

Разработчики постарались предупредить суммирование сопротивлений — для этого предусмотрено именно 4-проводное соединение. При использовании всех четырех контактов клеммной головки влияние сопротивления кабеля на точность передаваемых показаний практически сводится на нет. А обусловлено это простым увеличением площади контакта кабеля с термодатчиком и вычилителем, т.е. хороший монтаж двухпроводного соединения аналогичен.

Подключение термопреобразователей двумя проводами имеет смысл делать только при сборке квартирных теплосчетчиков, где сопротивление термопреобразователей, как правило, велико (500 Ом) а длина кабелей мала (в пределах 1,5м).

Перед покупкой термопреобразователей нужно:

Выяснить необходимые параметры: маркировку прибора, длину монтажной части термометра, диапазон измеряемых температур

Уточнить, нужны ли гильзы и бобышки для установки. Гильзы маркируются так: Гильза для термодатчика.

Проверить документы выбранного устройства. Как и всякий измерительный инструмент для теплоучета, термопреобразователь должен быть поверен и иметь действительное свидетельство об утверждении типа средств измерений. Серийный номер в свидетельстве должен совпадать с номером на приборе. Обычно поверка термопреобразователей проводится каждые 4 года, а средний срок их службы 12 лет, хотя иногда проще купить новый чем погрузиться в авантюру поверок, ожиданий и растрат. Согласованная пара термопреобразователей имеет один заводской номер и один паспорт с отметкой о поверке.

Тепловой двигатель — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 ноября 2019; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 ноября 2019; проверки требуют 4 правки.

Теплово́й дви́гатель — машина, в которой внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.

Первой известной в настоящий момент тепловой машиной была паровая турбина внешнего сгорания, изобретённая во ΙΙ в. н. э. в Римской Империи. Это изобретение не получило распространения, вероятно из-за низкого уровня развития технологий того времени: тогда не был изобретен даже подшипник, столь необходимый для работы турбины

Работа, совершаемая двигателем, равна:

A=QH−|QX| {\displaystyle A=Q_{H}-\left|Q_{X}\right|\ }, где:

• QH{\displaystyle Q_{H}} — количество теплоты, полученное от нагревателя,
• QX{\displaystyle Q_{X}} — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя: η=|QH|−|QX||QH|=1−|QX||QH|{\displaystyle \eta ={\frac {\left|Q_{H}\right|-\left|Q_{X}\right|}{\left|Q_{H}\right|}}=1-{\frac {\left|Q_{X}\right|}{\left|Q_{H}\right|}}}

Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя(TH{\displaystyle T_{H}}) и холодильника(TX{\displaystyle T_{X}}):

ηK=TH−TXTH=1−TXTH{\displaystyle \eta _{K}={T_{H}-T_{X} \over T_{H}}=1-{T_{X} \over T_{H}}}

Двигатель Стирлинга[править | править код]

Поршневой двигатель внешнего сгорания[править | править код]

Поршневой двигатель внутреннего сгорания[править | править код]

Роторный (турбинный) двигатель внешнего сгорания[править | править код]

Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в базовом режиме. Таким образом колёса локомотива (электровоза) также, как и в 19 веке, вращает энергия пара. Но тут есть два существенных отличия.

Первое отличие заключается в том, что паровоз 19 века работал на качественном дорогом топливе, например на антраците. Современные же паротурбинные установки работают на дешевом топливе, например на канско-ачинском угле, который добывается открытым способом шагающими экскаваторами. Но в подобном топливе много пустого балласта, который транспорту приходится возить с собой вместо полезного груза. Электровозу не надо возить не только балласт, но и топливо вообще.

Второе отличие заключается в том, что тепловая электрическая станция работает по циклу Ренкина, который близок к циклу Карно. Цикл Карно состоит из двух адиабат и двух изотерм. Цикл Ренкина состоит из двух адиабат, изотермы и изобары с регенерацией тепла, которая приближает этот цикл к идеальному циклу Карно. На транспорте трудно сделать такой идеальный цикл, так как у транспортного средства есть ограничения по массе и габаритам, которые практически отсутствуют у стационарной установки.

Роторный (турбинный) двигатель внутреннего сгорания[править | править код]

Примером такого устройства является тепловая электрическая станция в пиковом режиме. Порой в качестве газотурбинной установки используют списанные по технике безопасности воздушно-реактивные двигатели.

Реактивные и ракетные двигатели[править | править код]

Реактивный двигатель представляет собой совмещенный тепловой двигатель и движитель, в нём внутренняя энергия топлива преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи разогретого рабочего тела. Реактивные двигатели отбрасывают нагретое рабочее тело с большой скоростью, за счет его проистечения, в соответствии с законом сохранения импульса, образуется реактивная сила, толкающая двигатель в противоположном направлении. В тепловых реактивных двигателях обычно используется химическое топливо в газообразном, жидком или твёрдом состоянии, порождающее разогретый газ при сгорании. Воздушно-реактивные двигатели используют газообразный окислитель из окружающей среды, тогда как ракетные двигатели снабжаются запасами всех компонентов рабочего тела с носителя и способны работать в любой среде, в том числе и в безвоздушном пространстве.

Используются для приведения в движение самолётов, ракет и космических аппаратов.

Твёрдотельные двигатели[править | править код]

Такие двигатели используют твёрдый материал (вещество в твёрдой фазе) в качестве рабочего тела. Работа совершается при изменении формы рабочего тела. Позволяют использовать малые перепады температур.^[1]

Примеры:

Термопара — Википедия

Схема термопары типа К. При температуре спая проволок из хромеля и алюмеля, равной 300 °C, и температуре свободных концов 0 °C развивает термо-ЭДС 12,2 мВ. Фотография термопары

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь) — устройство, применяемое в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики. Применяется в основном для измерения температуры.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) даёт следующее определение термопары: Термопара — пара проводников из различных материалов, соединённых на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковые термопары, соединённые электрически навстречу друг другу. Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя. Обычно вторичный преобразователь измеряет разность их ЭДС, таким образом, с помощью двух термопар можно измерить разность температур между их рабочими спаями по результатам измерения напряжения. Метод не является точным, если во вторичном преобразователе не предусмотрена линеаризация статической характеристики термопар, так как все термопары в той или иной степени имеют нелинейную статическую характеристику преобразования^[1].

Принцип действия основан на эффекте Зеебека или, иначе, термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки разнородных проводников находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными от нуля коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой T1{\displaystyle T_{1}}, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре T2{\displaystyle T_{2}}, которое будет пропорционально разности температур: T1−T2.{\displaystyle T_{1}-T_{2}.}

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.
Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик^[2]:

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
— Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
— При использовании длинных удлинительных проводов, во избежание наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
— По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
— Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
— Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
— Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в качестве датчика температуры в автоматизированных системах управления. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры^[3]. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

Для контроля пламени и защиты от загазованности в газовых котлах и в других газовых приборах (например, бытовые газовые плиты). Ток термопары, нагреваемой пламенем горелки, удерживает в открытом состоянии газовый клапан. В случае пропадания пламени ток термопары снижается и клапан перекрывает подачу газа.

В 1920—1930-х годах термопары использовались для питания простейших радиоприемников и других слаботочных приборов. Вполне возможно использование термогенераторов для подзарядки АКБ современных слаботочных приборов (телефоны, камеры и т. п.) с использованием открытого огня.

Приёмник излучения[править | править код]

Крупный план термобатареи фотоприёмника. Каждый из проволочных уголков представляет собой термопару.

Исторически термопары представляют один из наиболее ранних термоэлектрических приёмников излучения^[4]. Упоминания об этом их применении относятся к началу 1830-х годов^[5]. В первых приёмниках использовались одиночные проволочные пары (медь — константан, висмут — сурьма), горячий спай находился в контакте с зачернённой золотой пластинкой. В более поздних конструкциях стали применяться полупроводники.

Термопары могут включаться последовательно, одна за другой, образуя термобатарею (англ.). Горячие спаи при этом располагают либо по периметру приёмной площадки, либо равномерно по её поверхности. В первом случае отдельные термопары лежат в одной плоскости, во втором параллельны друг другу^[6].

Преимущества термопар[править | править код]

• Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С).
• Большой температурный диапазон измерения: от −250 °C до +2500 °C.
• Простота.
• Дешевизна.
• Надёжность.

Недостатки[править | править код]

• Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
• На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового датчика и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
• Эффект Пельтье (в момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
• Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
• Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
• На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.

Технические требования к термопарам определяются ГОСТ 6616-94. Стандартные таблицы для термоэлектрических термометров — номинальные статические характеристики преобразования (НСХ), классы допуска и диапазоны измерений приведены в стандарте МЭК 60584-1,2 и в ГОСТ Р 8.585-2001.

Точный состав сплава термоэлектродов для термопар из неблагородных металлов в МЭК 60584-1 не приводится. НСХ для хромель-копелевых термопар ТХК и вольфрам-рениевых термопар определены только в ГОСТ Р 8.585-2001. В стандарте МЭК данные термопары отсутствуют. По этой причине характеристики импортных датчиков из этих металлов могут существенно отличаться от отечественных, например импортный Тип L и отечественный ТХК не взаимозаменяемы. При этом, как правило, импортное оборудование не рассчитано на отечественный стандарт.

В настоящее время стандарт МЭК 60584 пересматривается. Планируется введение в стандарт вольфрам-рениевых термопар типа А-1, НСХ для которых будет соответствовать российскому стандарту, и типа С по стандарту АСТМ^[7].

В 2008 г. МЭК ввел два новых типа термопар: золото-платиновые и платино-палладиевые. Новый стандарт МЭК 62460 устанавливает стандартные таблицы для этих термопар из чистых металлов. Аналогичный Российский стандарт пока отсутствует.

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопар^[8]. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью ±0,0025×T имела бы точность ±2,5 °C при 1000 °C.

Тип термопары IEC (МЭК)	Материал положительного электрода	Материал отрицательного электрода	Темп. коэффициент, μV/°C	Темп. диапазон, °C (длительно)	Темп. диапазон,°C (кратковременно)	Класс точности 1 (°C)	Класс точности 2 (°C)	IEC (МЭК) Цветовая маркировка
K	Хромель Cr—Ni	Алюмель Ni—Al	40…41	0 до +1100	−180 до +1300	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	Зелёный-белый
J	Железо Fe	Константан Cu—Ni	55.2	0 до +700	−180 до +800	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 750 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,T от 333 °C до 750 °C	Чёрный-белый
N	Нихросил Ni—Cr—Si	Нисил Ni—Si—Mg		0 до +1100	−270 до +1300	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 1000 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C	Сиреневый-белый
R	Платинородий Pt—Rh (13 % Rh)	Платина Pt		0 до +1600	−50 до +1700	±1,0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C ±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	Оранжевый-белый
S	Платинородий Pt—Rh (10 % Rh)	Платина Pt		0 до 1600	−50 до +1750	±1,0 от 0 °C до 1100 °C ±[1 + 0,003×(T − 1100)] от 1100 °C до 1600 °C	±1,5 от 0 °C до 600 °C ±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C	Оранжевый-белый
B	Платинородий Pt—Rh (30 % Rh)	Платинородий Pt—Rh (6 % Rh)		+200 до +1700	0 до +1820		±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C	Отсутствует
T	Медь Cu	Константан Cu—Ni		−185 до +300	−250 до +400	±0,5 от −40 °C до 125 °C ±0,004×T от 125 °C до 350 °C	±1,0 от −40 °C до 133 °C ±0,0075×T от 133 °C до 350 °C	Коричневый-белый
E	Хромель Cr—Ni	Константан Cu—Ni	68	0 до +800	−40 до +900	±1,5 от −40 °C до 375 °C ±0,004×T от 375 °C до 800 °C	±2,5 от −40 °C до 333 °C ±0,0075×T от 333 °C до 900 °C	Фиолетовый-белый

• Грунин В. К. § 2.3.4. Термоэлектрические приёмники излучения // Источники и приёмники излучения: учебное пособие. — СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. — 167 с. — ISBN 978-5-7629-1616-5.