Тепловые источники тока применение

Тепловые источники тока применение

Источники тока – это элементы электрической цепи, который поддерживают энергию с заданными параметрами. При этом, энергоснабжение цепи не зависит от характеристик элементов, входящих в её состав, в частности, сопротивления.

Прибор для выработки тока

Различают идеальные и реальные устройства для выработки тока:

• Идеальные определяются только благодаря гипотезам и теоретическим выкладкам. Так, учёные нередко определяют ряд условий, при которых ток имеет максимальные значения, приближенные к идеалу. То есть, осуществляется имитация идеального источника.
• Реальные условия поддерживают заданные параметры выходного тока и напряжения. Любой прибор обеспечивает свою работу, при условии, что это позволяют сделать его технические характеристики.

Важно! Таким образом, максимальное значение тока и напряжения дают возможность определить, какой именно вариант источника будет использован в цепи – идеальный или реальный.

Существуют следующие виды источников электрического тока:

• механические;
• тепловые;
• световые;
• химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Световые источники

С развитием физики полупроводников в конце ХХ века появились новые источники тока – солнечные батареи, в которых энергия света преобразуется в электрическую энергию. В них используется свойство полупроводников выдавать напряжение при воздействии на них светового потока. Особенно сильно этот эффект наблюдается у кремниевых полупроводников. Но всё-таки КПД таких элементов не превышает 15%. Солнечные батареи стали незаменимы в космической отрасли, начали применяться и в быту. Цена таких источников питания постоянно снижается, но остаётся достаточно высокой: около 100 рублей за 1 ватт мощности.

Химические источники

Все химические источники можно разбить на 3 группы:

1. Гальванические
2. Аккумуляторы
3. Тепловые

Гальванические элементы работают на основе взаимодействия двух разных металлов, помещённых в электролит. В качестве пар металлов и электролита могут быть разные химические элементы и их соединения. От этого зависит вид и характеристики элемента.

ВАЖНО! Гальванические элементы используются только разово, т.е. после разряда их невозможно восстановить.

Существует 3 вида гальванических источников (или батареек):

1. Солевые;
2. Щелочные;
3. Литиевые.

Солевые, или иначе «сухие», батарейки используют пастообразный электролит из соли какого-либо металла, помещённый в цинковый стаканчик. Катодом служит графито-марганцевый стержень, расположенный в центре стаканчика. Дешёвые материалы и лёгкость изготовления таких батареек сделали их самыми дешёвыми из всех. Но по характеристикам они значительно уступают щелочным и литиевым.

В щелочных батарейках в качестве электролита используется пастообразный раствор щёлочи — гидрооксида калия. Цинковый анод заменён на порошкообразный цинк, что позволило увеличить отдаваемый элементом ток и время работы. Эти элементы служат в 1,5 раза дольше солевых.

В литиевом элементе анод сделан из лития — щелочного металла, что значительно увеличило продолжительность работы. Но одновременно увеличилась цена из-за относительной дороговизны лития. Кроме того, литиевая батарейка может иметь различное напряжение в зависимости от материала катода. Выпускают батарейки с напряжением от 1,5 В до 3,7 В.

Аккумуляторы — источники электрического тока, которые можно подвергать многим циклам заряда-разряда. Основными видами аккумуляторов являются:

1. Свинцово-кислотные;
2. Литий-ионные;
3. Никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы состоят из свинцовых пластин, погружённых в раствор серной кислоты. При замыкании внешней электрической цепи происходит химическая реакция, в результате которой свинец преобразуется в сульфат свинца на катоде и аноде, а также образуется вода. В процессе зарядки сульфат свинца на аноде восстанавливается до свинца, а на катоде до диоксида свинца.

Литий-ионный аккумулятор получил своё название из-за того, что в качестве носителя электричества в электролите служат ионы лития. Ионы возникают на катоде, который изготовлен из соли лития на подложке из алюминиевой фольги. Анод изготавливается из различных материалов: графита, оксидов кобальта и других соединений на подложке из медной фольги.

Напряжение в зависимости от применяемых компонентов может быть от 3 В до 4,2 В. Благодаря низкому саморазряду и большому количеству циклов заряда-разряда литий-ионные аккумуляторы приобрели большую популярность в бытовой технике.

ВАЖНО! Литий-ионные аккумуляторы очень чувствительны к перезарядке. Поэтому для их зарядки нужно использовать зарядные устройства, предназначенные только для них, которые имеют встроенные специальные схемы, предотвращающие перезаряд. Иначе может произойти разрушение аккумулятора и его возгорание.

В никель-кадмиевых аккумуляторах катод сделан из соли никеля на стальной сетке, анод из соли кадмия на стальной сетке, а электролит — смесь гидроксида лития и гидроксида калия. Номинальное напряжение такого аккумулятора — 1,37 В. Он выдерживает от 100 до 900 циклов зарядки-разрядки.

Тепловые химические элементы служат как источники резервного питания. Они дают отличные характеристики по удельной плотности тока, но имеют короткий срок службы (до 1 часа). Применяются в основном в ракетной технике, где нужны надёжность и кратковременная работа.

ПРТЭ-6

Семейство (П)олупроводниковых (Р)адиационных (Т)ермо(Э)лементов включало в себя как минимум шесть приборов. Вот ПРТЭ-6, с примечательным заводским номером 2.

Данных про него мало. И вообще, эта группа приборов известна по одному-единственному образцу, с заводским паспортом. Причём в оригинальном паспорте шестого варианта даже не числится, он вписан от руки.

Неизвестен и материал чувствительного элемента, только его размер — 2,2х1,5 мм. Спектральный диапазон зависит от материала входного окна; мой образец, судя по виду, имел фильтр из иодида цезия и, значит, предназначен для работы с тепловым излучением 0,3. 45 мкм. При этом входное окно явно потеряло рабочее состояние из-за поглощения влаги. Эти приборы весьма капризны к внешним условиям, храниться и работать они могли только при температурах не ниже +15 и не выше +25°С, и при невысокой влажности.

Основные данные

Производитель и область применения неизвестны; можно предположить, что эти изделия также родом из ВНИИОФИ.

Принцип действия

Работа термопары основана на принципе термоэлектрического эффекта. Это явление было открыто физиком из Германии Т. Зеебеком в начале XIX века. Его суть состоит в следующем:

• Если соединить два термоэлектрода из разных металлов или сплавов в замкнутую электрическую цепь, а их рабочую поверхность подвергнуть воздействию разных температур, то по ней начнет протекать электрический ток.
• Цепь, состоящая только из двух разных электродов, называется термоэлементом.
• Работает термопара за счет электродвижущей силы, которая вызывает ток в цепи и зависит от материала элементов и разности температуры их соединения.
• Элемент, из которого поступает ток от горячего соединения к холодному, считается положительным электродом, а от холодного к горячему — отрицательным.
• Если говорить простым языком, то зная температуру одного соединения, которая поддерживается обычно постоянной, в результате измерения значения тока можно узнать величину нагрева другого соединения.

Термопара ПП расшифровывается как платинородий-платиновый, где первым идет обозначение положительного электрода, а вторым — отрицательного. Величина электродвижущей силы составляет небольшую величину, которая измеряется милливольтами при разнице температуры в 100 К (173,15 °C).

Инструкция по диагностике, ремонту и замене

Как проверить термопару на работоспособность

Определить, что термопара неисправна зачастую можно даже визуально, не разбирая котел. Во время розжига, после отпуска кнопки электромагнитного клапана, она не останется в зажатом положении, поскольку электромагнитный клапан не получает минимально необходимого напряжения. Клапан закроется, подача газа прекратиться.

Обойти термопару можно зажав кнопку тяжелым предметом или заклеив скотчем, что часто и делают на практике. Однако мы настоятельно не рекомендуем это делать, поскольку при затухании пламени, например, при задувании ветром , подача останется открытой, газ не будет сжигаться и поступит в помещение, что вызовет аварийную ситуацию. Прибегнуть к такому обходу можно лишь на время, до приезда специалиста или запасного модуля, постоянно находясь у котла и контролируя наличие пламени.

Чтобы гарантированно убедиться в исправности или неисправности, стоит проверить термопару мультиметром (тестером), установленным на мВ или вольтметром:

1. Откручиваем гайку, фиксирующую термопару в гнезде электромагнитного газового клапана.
2. Снимаем рабочую часть термопары с кота.
3. Теперь нужно нагреть рабочую часть термопары, чтобы она образовала напряжение. Сделать это лучше всего над конфоркой кухонной плиты или свечой, пламя должно плотно обволакивать термопару.
4. После нагрева термопары (30-60 секунд), прикладываем один щуп тестера к корпусу термопары, а второй – к выходному контакту. Измерения лучше проводить в течение 40-60 секунд, не прекращая греть рабочий спай.

Исправная термопара газового котла должна выдавать напряжение от 20 мВ (0,02 В). Некоторые модели могут выдавать до 50-60 мВ. Если термопара выдает менее 20 мВ, это гарантированно свидетельствует о ее неисправности. Однако не спешите прибегать к ремонту или замене модуля.

Как и в каких случаях ее можно восстановить

Термопара устроена таким образом, что любые повреждения или загрязнения могут снизить выдаваемое ею напряжение ниже критической отметки. Очень частой причиной неисправной работы является нагар или слой сажи на ее рабочей (нагреваемой) части. Чтобы восстановить термопару, достаточно почистить ее мягкой щеткой или ваткой и спиртом, не допуская при этом царапин и прочих повреждений. После очистки стоит заново произвести проверку напряжения следуя инструкции выше.

Также частой причиной являются окислившиеся контакты, их можно аккуратно обработать наждачкой-нулевкой. Если на термопаре присутствует глубокая черная вмятина или дыра вследствие прогорания, ее гарантировано необходимо заменить.

Порядок замены термопары на новую

Установка новой термопары не отличается от процесса ее демонтажа: сначала фиксируем рабочую часть с горячим спаем на горелочном модуле, просто закручивая гайку. Таким же образом подключаем диэлектрическую шайбу к гнезду газового клапана.

Основной момент заключается в регулировке положения термопары относительно запальной горелки, если это необходимо. Принцип тут прост: пламя фитиля должно полностью омывать рабочую часть термопары.

Стоимость термопары зависит от модели и используемых в ней сплавов. В среднем цены находятся в диапазоне 350-500 рублей. Ниже приведена таблица цен термопар на наиболее популярные модели газовых котлов.

Типы регуляторов температуры

Согласно ГОСТ 30815-2002 терморегуляторы классифицируются на 4 группы:

• встроенный датчик и регулятор температуры;
• встроенный только регулятор, а датчик дистанционный;
• дистанционный и регулятор, и датчик;
• регулятор расположен отдельно, датчик дистанционный.

Преимущества встроенных датчиков — компактность, простая установка. Недостаток — влияние на эффективность работы окружающих предметов. Если датчик на трубе отопления стоит вертикально, или рядом висит плотная штора, чувствительный элемент быстро разогревается, и клапан срабатывает раньше времени.

Также датчик может некорректно функционировать, если вместе с радиатором он расположен в нише или вблизи подоконника. Как правильно подключить терморегулятор со встроенным датчиком всегда указывается в инструкции производятеля, которой нужно строго придерживаться.

Дистанционные датчики не испытывают непосредственного воздействия радиатора, что приводит к более точному поддержанию установленного режима. Закрепить радиаторный термодатчик можно на расстояние до 8-10 м для измерения градусов в любой точке помещения. Соединяется он с термоклапаном капиллярной трубкой, которая передает подвижному штоку давление от чувствительного элемента датчика.

Что представляет собой термостат?

Под термином «термостат» принято понимать:

• бытовое устройство (холодильник или, к примеру, кондиционер), в составе которого присутствует терморегулятор в значении «аппаратный модуль»;
• синоним термина «терморегулятор» в значении «самостоятельное устройство» при условии, что девайс предназначен для поддержания заданного уровня температуры окружающей среды;
• аппаратный модуль узкого назначения, входящий в состав более сложных устройств (например, систем охлаждения автомобиля) и использующийся в целях обеспечения оптимальной температуры работающего двигателя.

Возможные ошибки монтажа и неисправности

Основные проблемы в работе ТРВ возникают из-за неправильного места установки самого вентиля или термобаллона. На точность регулировки могут влиять и малозначительные факторы при закреплении элементов устройства.

Возможные ошибки при монтаже ТРВ для холодильной установки

Одной из распространенных проблем является неточная передача термобаллоном требуемого давления на термоэлемент. Причиной этого может быть его плохой контакт с выходным трубопроводом испарителя. Место установки должно быть тщательно зачищено и покрыто теплопроводной пастой. Нельзя располагать термобаллон на сварных швах, соединяющих трубы.

Сам датчик должен быть изолирован, чтобы окружающий воздух не влиял на его температуру.

Полный выход терморегулирующего вентиля зачастую происходит из-за применения моделей с внутренними элементами из пластика.