Датчики газоиспользующего оборудования

Современное газоиспользующее оборудование оснащено датчиками, контролирующими основные параметры его работы. Устройства управления и защиты аппаратов осуществляют свои функции с использованием данных этих устройств. Датчики могут работать без использования внешних источников энергии в составе энергонезависимою оборудования, либо с использованием электропитания в составе более сложных энергозависимых аппаратов.

В газоиспользующем оборудовании в зависимости от назначения и конструкции аппаратов имеются датчики, контролирующие следующие параметры:

  • наличие пламени;
  • проток воды;
  • удаление продуктов сгорания;
  • температуру нагрева теплоносителя — воды или воздуха;
  • давление теплоносителя в контуре отопления.

Контроль наличия пламени является основным требованием, позволяющим обеспечить безопасность газоиспользующего оборудования. Аппараты, используемые для отопления и горячего водоснабжения, обязательно оборудуются автоматикой, прекращающей подачу газа на горение при погасании пламени. Большинство современных плит также оборудуется автоматикой «газ-контроль», выполняющей аналогичную функцию.

Датчики наличия пламени является дискретным, он фиксирует наличие или отсутствие пламени необходимой интенсивности.

Существует три основных типа датчиков для контроля пламени, применяемых на бытовом газоиспользующем оборудовании:

  • биметаллические;
  • термопара;
  • электрод ионизации.

Основные области применения датчиков пламени приведены в таблице.

Биметаллические датчики и термопары входят в состав энергонезависимых автоматик, электроды ионизации работают в автоматиках, получающих электропитание.

Биметаллический датчик изготавливается из двух металлических пластин, скрепленных между собой. Разные металлы имеют различный температурный коэффициент расширения. Если такой датчик нагреть или охладить, то он изогнется, при этом замкнет или разомкнет электрические контакты либо механически переместит элемент, отвечающий за контроль пламени или проток газа на горение.

Термопара

 

Термоэлектрическое устройство контроля пламени состоит из термопары и электромагнитного клапана. Термопара представляет собой пару проводников из различных металлов, соединенных на одном конце, называемом «горячий спай». Противоположные концы проводников составляют холодный спай. При нагреве «горячего спая» пламенем запальной горелки на холодных концах образуется разность потенциалов — термо-ЭДС. Величина термо-ЭДС зависит от температуры нагрева горячего спая. Если это напряжение подать па электромагнитную катушку, то она сможет удерживать газовый клапан в открытом положении, обеспечивая проход газа на горелку. При прекращении нагрева «горячего спая» или недостаточном нагреве электромагнитный клапан закрывается. Выводы холодного спая могут быть выполнены в виде двух проводов с контактами, как на рисунке, или в виде концентрического выхода, когда один контакт выводится по внутреннему проводу, а второй проходит по наружной трубке. Внутри экранированного провода имеется изоляция, не позволяющая центральному проводу коснутся наружной трубки. При креплении с помощью накидной гайки к выводу электромагнитного клапана центральный контакт присоединяется к выводу обмотки, а второй — к корпусу прибора.

Установка электрода ионизации

 

Ионизационный метод контроля пламени основан на использовании его электрических свойств. При горении образуются заряженные частицы — электроны и ионы. Можно сказать, что пламя проводит ток. Для контроля пламени используется электрод ионизации, к которому по высоковольтному кабелю подается переменное напряжение, приложенное между электродом и металлической горелкой. При отсутствии пламени между электродом и горелкой (корпусом) ток не протекает, при наличии пламени появляется ток ионизации, который может достигать десятков микроампер. Наличие тока ионизации служит для блока управления газоиспользующего оборудования сигналом о наличии пламени. В этом случае блок управления подает напряжение на электромагнитный клапан, которое удерживает его в открытом положении, что обеспечивает подачу газа на горелку. Если электрод ионизации в течение нескольких секунд не фиксирует пламя, то электромагнитный клапан закрывается, подача газа на горелку прекращается. В зависимости от конструкции аппарата электрод ионизации может контролировать пламя запальника или основной горелки.

Датчики протока воды входят в состав проточных водонагревателей (колонок) и современных отопительных котлов. Датчики протока могут быть дискретными и фиксировать наличие минимального протока воды, или аналоговыми, когда выходной сигнал меняется в зависимости от расхода протекающей воды.

Существуют три основных типа датчиков протока:

  • мембранные;
  • герконовые (поплавковые и лепестковые);
  • турбинные (датчики Холла).

Мембранные и герконовые датчики определяют наличие протока воды, а турбинные могут определить не только проток, но и расход воды, протекающей через аппарат.

Схема мембранного датчика протока воды

 

В проточных водонагревателях и некоторых типах настенных котлов применяют мембранные датчики. В колонках мембраны входят в состав водяного узла, основной задачей которого является розжиг основной горелки при открытии крана горячей воды. В мембранной коробке зажимается мембрана, на которую опирается шток с тарелкой. Мембрана представляет собой плоскую пластину из резины. На выходе из подмембранного пространства имеется гидравлическое сопротивление, чаще всего сопло (штуцер) Вентури. При наличии протока воды давление до гидравлического сопротивления больше, чем после него. По импульсу пониженное давление подается в надмембраннос пространство. Перемещение мембраны происходит из-за разности давлений под мембраной и над мембраной. Вместе с мембраной движется шток с тарелкой. Он может замыкать контакты микропереключателя и механически открывать газовый клапан, как в современных колонках, или только перемещать газовый клапан, как в колонках, изготовленных ранее. Мембранные датчики на настенных котлах могут применяться как для контроля протока в контуре горячего водоснабжения, так и давления теплоносителя в отопительной системы.

Схема поплавкового датчика протока

Схема поплавкового датчика протока

 

Герконовые датчики, применяемые на настенных котлах, состоят из поплавка со встроенным магнитом и герконового микропереключателя. Поплавок заключен в камеру, по которой протекает вода. Геркон представляет собой электромеханическое коммутационное устройство, контакты которого замыкаются под воздействием магнитного поля. Под воздействием потока воды происходит перемещение поплавка, он всплывает и приближается к герконовому микропереключателю, что приводит к замыканию контактов и служит для электронной платы управления сигналом о наличии протока. Перемещение датчика происходит при определенном минимальном протоке, па который настроен датчик. На поплавковых датчиках может устанавливаться ограничитель протока, позволяющий регулировать количество воды, протекающее через котел. В отдельных котлах применяются лепестковые датчики протока, когда вода воздействует не на поплавок, а на лепесток, находящийся в потоке. Лепесток установлен на оси, которая служит для получения рычага. Один конец лепестка находится в потоке воды, на другом конце закреплен магнит. Перемещение лепестка на оси под действием протекающей воды приводит к движению магнита, закрепленного па рычаге, он приближается к гсркону, который замыкает контакт.

Турбинные датчики протока не только определяют наличие минимального протока воды, по и измеряют расход воды, протекающей через них. Это позволяет изменять производительность горелки в зависимости от объема воды, идущей на горячее водоснабжение. Внутри датчика установлена турбина, которая вращается под действием потока воды. На роторе турбины закреплен магнит, при вращении он воздействует на датчик Холла. Чем больше проток воды, тем чаще вращается турбина, тем больше импульсов поступает на блок управления котла.

Датчики, контролирующие удаление продуктов сгорания, применяются на газоиспользующем оборудовании, работающем с отводом продуктов сгорания в атмосферу через дымоотводящие каналы. Для оборудования с открытой и закрытой камерой сгорания применяются различные типы датчиков. Для открытой камеры сгорания применяют датчики на основе биметаллических пластин или, гораздо реже, термосопротивления.

Биметаллический термостат

 

В современных водонагревателях применяют биметаллические термостаты (реле температуры), так называемые «таблетки». Принцип работы основан на температурной деформации металлов: две пластины, выполненные из металлов с различным коэффициентом теплового расширения, изменяют свою форму при изменении температуры. При достижении температуры срабатывания они изменяют свою форму, размыкая или замыкая электрическую цепь. В нормально-замкнутых термостатах при нагреве до температуры срабатывания контакты размыкаются, при охлаждении до температуры сброса — замыкаются.

В термостатах применяется биметаллический диск, который имеет только два устойчивых состояния — выпуклое и вогнутое. Переход между ними при достижении установленной температуры осуществляется мгновенно. На рисунке 18 изображен термостат с нормально-разомкнутыми контактами. Биметаллический диск опирается на шток, который упирается в пластину контакта. При нагреве диск прогибается вниз, шток замыкает нормально-разомкнутый контакт. Крепежный фланец необходим для установки термостата на узлах оборудования. В водонагревателях с открытой камерой сгорания применяют термостаты, которые имеют нормально-замкнутые контакты. При правильном удалении дымовых газов термостат замкнут, при нарушении тяги он нагревается и размыкает цепь.

Для контроля дымоудалсния и работы вентилятора в аппаратах с закрытой камерой сгорания (настенные котлы, колонки — гурбо) используют дифференциальное реле давления дыма (пневмореле). Пневмореле имеет плоский корпус, который разделен силиконовой мембраной на две полости. На мембрану воздействует с одной стороны давление воздуха, идущего на горение, а с другой — давление дымовых газов, выбрасываемых вентилятором. При розжиге аппарата плата управления сначала включает вентилятор, который создает перепад давлений на мембране. Она перемещается и замыкает контакты микропереключателя. Плата управления получает сигнал о нормальной работе системы дымоудаления и подает импульсы для розжига горелки и открывает газовый клапан для подачи газа на горение. При нормальной работе вентилятора контакты замкнуты, при нарушении дымоудаления контакты размыкаются, в результате газовый клапан закрывается. Перепад давлений, при котором происходит срабатывание пневмореле, устанавливается в зависимости от устройства котла и мощности вентилятора.

Контроль температуры теплоносителя производится в аппаратах, используемых для отопления и горячего водоснабжения. Контроль температуры воздуха осуществляется в конвекторах. Контроль температуры воды необходим в водонагревателях, используемых для горячего водоснабжения (в современных моделях) и отопления. Применяются три основных метода температуры нагрева воды:

  • инваровый стержень внутри латунной гильзы;
  • система «термобаллон — сильфон»;
  • терморезисторы (NTC — датчики).

В напольных отопительных водонагревателях используются терморегуляторы, в которых для контроля температуры используется инваровый стержень, ввернутый одним концом в латунную трубку, помещенную в бак с теплоносителем. Такие терморегуляторы входят в состав автоматики автоматических газовых водонагревателей АГВ-80. АГВ-120, автоматики САБК, используемой на котлах КЧМ. Второй конец инварового стержня упирается в рычаг, расположенный в корпусе терморегулятора. Рычаг управляет положением клапана, открывающего или закрывающего подачу газа на основную горелку. Латунная трубка находится в теплообменнике и нагревается и остывает вместе с водой. При нагреве воды латунная трубка удлиняется, при остывании укорачивается, а инваровый стержень практически не изменяет свою длину, так как имеет очень малый коэффициент линейного расширения.По этой причине при нагреве инваровый стержень перемещается от рычага и не давит на него. При этом клапан закрывается, подача газа на основную горелку прекращается. При остывании воды стержень приближается к рычагу и надавливает на него, открывая подачу газа на горение.

Система «термобаллон-сильфон»

Система «термобаллон-сильфон» применяется в составе термосильфонных автоматиках типа Арбат, EUROSIT 630, САБК-АТ и других. В состав автоматики входит термобаллон (рис.19), помещенный в теплообменник отопительного аппарата, где он непосредственно контактирует с водой. Термобаллон соединен капиллярной трубкой с сильфоном, который представляет собой тонкостенную камеру с гофрированной боковой поверхностью. Вся система заполнена жидкостью на основе нефтепродуктов, имеющей высокий коэффициент линейного расширения. При нагреве теплоносителя давление внутри термобаллона, а вместе с ним и во всей системе «термобаллон-сильфон», возрастает. Термобаллон имеет толстые стенки, его объем не изменяется. Жидкость по капиллярной трубке перетекает в сильфон, который расширяется. В результате перемещается исполнительный механизм автоматики, обычно клапан, регулирующий подачу газа на горение. При достижении температуры, установленной как наибольшая температура нагрева, клапан закрывается и прекращает подачу газа. При остывании воды давление жидкости в системе «термобаллон-сильфон» уменьшается, сильфон сжимается. Клапан открывает подачу газа на горелку.

В настенных котлах и современных колонках с автоматическим поддержанием заданной температуры воды применяют NTC — датчики, которые представляют собой терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. С увеличением температуры их электрическое сопротивление уменьшается. NTC — датчики, применяемые на бытовом газоиспользующем оборудовании, бывают накладные и погружные. Накладные датчики клипсой кренятся на трубках, по которым протекает теплоноситель. Погружные датчики вворачиваются в специальные штуцера и имеют непосредственный контакт с водой. В таблице представлена зависимость сопротивления одного из NTC — датчиков, применяемых на настенных котлах, от температуры теплоносителя.

Датчики давления воды используют в настенных котлах для контроля над давлением в системе отопления. Розжиг котла возможен только при давлении не меньше установленного для определенного типа котла, обычно 0,5 бар. Если при работе котла давление понизится ниже установленной величины, что обычно происходит при утечке теплоносителя из системы отопления, то котел останавливается.

  Поддержите проект Энциклопедия строительства и ремонта, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *