Для чего нужна термопара в газовом котле
Как работает термопара в газовом котле?
Термопара для газового котла представляет собой термоэлектрический преобразователь для автоматических систем управления и контроля газового оборудования. Прибор служит основным элементом защиты газ-контроля и призван обеспечить максимально оперативное перекрытие подачи газа в случае, если пламя погаснет.
Устройство и принцип работы термопары в газовом котле
Термопара предусматривает два проводника из различных видов металла, устойчивых к максимальным температурам, которые соединены в кольцо. Одна из точек спайки устанавливается в зоне измерения, вторую подключают к преобразовательному устройству. Физическое явление в виде термоэлектрического эффекта (эффект Зеебека) составляет основу принципа работы термопары:
Как выглядит термопара для газового котла
Далее к холодным концам устройства подсоединяют вольтметр, цепь замыкается и измерительный прибор показывает напряжение.
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.
Плюсы и минусы
Ключевым достоинством термоэлектрического преобразователя отмечают то, что он имеет простое устройство, при необходимости его не сложно изготовить самостоятельно. Прибор удобен в эксплуатации, также важно, что он энергонезависим. Отечественные и зарубежные поставщики предлагают разнообразный ассортимент этой продукции, стоимость которой варьируется в широком диапазоне в зависимости от типа и бренда.
В качестве минуса в копилку – необходимость замены на новый вариант в случае поломки термоэлемента, так как он не подлежит восстановлению. Чувствительные к минимальным перепадам температур приборы сильно зависят от среды окружения. Так, под воздействием углекислого газа существенно снижается срок эксплуатации оборудования, повышается риск поломки, что сопровождается расходами на замену термоэлемента.
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.
Нюансы подключения и проверка
Подключают термоэлектрический преобразователь к измерительному прибору при помощи компенсационного кабеля. Чтобы максимально нивелировать погрешность измерения, жилы этого провода выполняют из того же материала, что и сам датчик.
Проверяют работоспособность термопары следующим образом:
Чтобы проверить работоспособность термопары — один конец устройства соединяют с мультиметром
Если прибор в исправном состоянии, об этом свидетельствует наличие напряжения в районе 50 мВ.
Возможные неисправности и методы их устранения
Если при нажатии кнопки подачи газа горелка включается и тут же гаснет, это говорит о неисправности термопары. Также это может быть результатом плохого контакта преобразователя с электромагнитным клапаном.
Ремонт неисправности термопары газового котла заключается в следующем:
Если при проверке датчик показывает напряжение 50 мВ, можно попробовать запустить котел. Если проблема осталась, и горелка гаснет, это может свидетельствовать о неисправности электромагнитного клапана.
В случае если клапан в рабочем состоянии, следует обеспечить корректное соединение преобразователя с клапаном: найти соответствующее положение прижимной гайки для оптимального контакта.
Следует знать, что если преобразователь газового котла вышел из строя, прибор не подлежит восстановлению. Здесь необходимо выполнить замену термопары, установив вместо нее новый образец. Продукция этой категории предлагается множеством отечественных и зарубежных производителей, среди которых «Арбат», Жуковский завод АОГВ, концерн Honeywellи другие промышленные компании. Ценовой диапазон на это устройство варьируется в пределах 600-2000 р.
Основные сферы применения термопар – автоматика газового оборудования, установки литейной промышленности и множество других направлений производства. На базе этого прибора разработан целый ряд терморегуляторов и термометров бытового и промышленного назначения. В руках народных умельцев термоэлектрический преобразователь может стать основой для мини электростанции, его используют для создания зарядных устройств, при помощи которых можно заряжать маломощные устройства от открытого огня, в том числе, и от костра.
Основные типы термопар для газового котла: плюсы и минусы устройства
Даже далекому от газовых дел обывателю по одному названию становится понятным, что это один из элементов автоматики котельного оборудования. На самом деле термопара для газового котла – ключевая деталь системы безопасности. Без исправно работающего датчика агрегат не сможет работать, а новые модели с электронными блоками даже не запустятся. Поэтому термопару с проблемами нужно менять, иначе газовый котел выйдет из строя.
Устройство и принцип работы газового котла
Функционирование датчика напрямую связано с горелкой. Чтобы понять работу термопары в газовом котле, нужно разобраться с тем, как организовано сжигание газа в горелке, а точнее – как контролируется процесс сжигания газовоздушной смеси.
Современный газовый котел, оснащенный АОГВ, работает в следующем порядке:
Работа газовой горелки котла построена на обратном принципе. Для того чтобы газ постоянно подавался в зону горения, термодатчик должен быть исправным.
Любой из этих факторов влияет на степень нагрева «горячего» спая и одновременно на безопасность работы газового котла:
Соответственно, термопара реагирует пониженным напряжением, а котельная автоматика отключает подачу газа в котел.
Как работает датчик пламени в газовом котле
По внешнему виду термопара напоминает обычную медную трубку с фиксирующей гайкой на конце. Несмотря на внешнюю простоту, устройство термопары газового котла оптимизировано для получения максимальной чувствительности и надежности датчика.
Термопара состоит из четырех частей:
Наконечник – спай из двух разнородных металлов или сплавов. Две небольшие детали, одна из которых выглядит, как закругленный конус, вторая – тот же конус, но меньшего размера.
Внутренний конус наконечника из одного сплава, это может быть «копель», вставлен в наружную оболочку из «хромеля». Обе части под давлением спаиваются так, чтобы между ними получилась общая поверхность. Чем больше ее площадь, тем выше чувствительность термопары и ниже рабочая температура.
Гильза изготавливается из бронзы или латуни, ее задача – защищать шов между головкой термопары и медным удлинителем. Внутри медной трубки проложен проводник из меди, который выходит и заканчивается контактной площадкой с изолирующей диэлектрической шайбой. Этот конец вставляется в контактный разъем (+) на АОГВ и жестко фиксируется гайкой-штуцером. Горячий спай устанавливается на кронштейн рядом с запальным устройством.
Для газовых котлов используются АОГВ с термопарой, фиксируемой штуцером или электрической колодкой. Если есть возможность выбирать, то лучше предпочесть модель с гайкой-штуцером.
Проблема в том, что напряжение на термопаре крайне мало, для хром-копелевого спая оно не превышает 25 мВ. Это значит, что даже небольшое окисление поверхности контактов может стать причиной неустойчивой работы системы розжига газового котла. В тех моделях, где контактная площадка фиксируется гайкой-штуцером, таких проблем не возникает.
Как работает «горячий» сплав термодатчика в пламени
Принцип работы термопары основан на физическом явлении термоЭДС. Если сварить два проводника из разных металлов в одной точке и нагревать один из них, а другой охлаждать, то на концах появится разность потенциалов.
У термопары для газового котла наружная поверхность головки-спая выполняет роль горячего проводника, внутренняя – холодного. От него тепло отводится по медному проводнику. Разность температур снаружи и внутри может достигать нескольких сот градусов.
Напряжение на термопаре при горящей газовой горелке зависит от использованных в спае сплавов и металлов. Самые чувствительные на основе металлов платиновой группы длительно выдают до 50 мВ. Датчики на основе цветных металлов дают 17-25 мВ.
Термодатчик не погружают непосредственно во фронт пламени. Этого делать нельзя, так как при контакте термодатчика с раскаленным газовым пламенем все детали разогреются до высокой температуры, и эффект термоЭДС исчезнет.
Поэтому ставят термопару на удалении 3-4 см от запальника. Это обеспечит нагрев горячего спая и нормальное охлаждение медной трубки. Термопары также устанавливают в твердотопливных котлах отопления. Например, у модели Лемакс термодатчик устанавливается над колосниковой решеткой.
Основные типы термопар для газового котла
Моделей термодатчиков фронта горения газового оборудования много. На термопары существует даже ГОСТ Р 8.585-2001. Отличаются они между собой длиной медной трубки, оформлением и толщиной головки горячего спая и способом фиксации контактной площадки на блоке АОГВ.
Все модели выпускаются стандартной длины, от 30 до 150 см с шагом 30 см. Гайка штуцер может иметь резьбу М8х1, М9х1, 11/32 дюйма или цанга М10х1. Для некоторых моделей АОГВ используется контактная колодка-разъем.
Также термопары отличаются по используемым сплавам.
термопары
ГОСТ 6616-94
платинородий
Для систем контроля газовых котлов используются четыре типа сплавов:
Кроме термопар на цветных металлах существуют модели на основе платино-платинородиевого спая. Обладают высокой стабильностью работы и низкой чувствительностью к загрязнению продуктами горения газового и брикетного топлива.
Стоимость платиновых термопар на порядок выше хромовых и железных, но применяются термодатчики на платинородиевых спаях преимущественно в промышленности. Пытаться ставить их на бытовые газовые котлы без шунтирования не имеет смысла, так как рабочее напряжение почти вдвое превышает потенциал на наиболее распространенных хромель-копелевых моделях.
Плюсы и минусы
Казалось бы, зачем ставить в газовый котел дополнительное устройство, если на теплообменнике уже стоит тепловой датчик. Как только температура медных стенок и воды поднимется на десяток градусов, автоматика поймет, что горение газового топлива происходит в штатном режиме. Но не все так просто.
Положительные стороны использования термодатчика на спае двух металлов
Первым и наиболее важным преимуществом термопары является простая конструкция и запредельная надежность устройства. Если горелка газового котла регулярно проходит обслуживание и настройку, то датчик горения может прослужить 20-25 лет.
Еще один плюс – небольшая инертность устройства. Термопара срабатывает за 20-25 сек с момента появления или исчезновения пламени. Были попытки упростить конструкцию газового котла и переложить функции термодатчика фронта горения на датчик температуры. Но оказалось, что время нагрева или остывания спирали датчика на порядок больше, чем у термопары. Соответственно в газовом котле успевает скопиться опасно большое количество газа и воздуха, топка могла попросту взорваться.
Минусы применения термопары
Отрицательных сторон немного. Долговечность датчика зависит от качества газа, полноты сгорания топлива и интенсивности отложения сажи на поверхности спая. Если газ загрязнен летучими карбонилами металлов, парами тяжелых нефтепродуктов, то головка спая покрывается белесым или угольным налетом.
Термопара в системе газового контроля
Существует два варианта работы датчика фронта горения. Первый используется в современных котлах, оснащенных электронной автоматикой контроля и управления процессом отопления. Как правило, контакт от термопары заведен в блок розжига. Напряжение от термоЭДС, поступающее на плату, открывает электронный ключ на базе тиристора или транзистора. А тот, в свою очередь, открывает электромагнитный клапан подачи газа.
В момент включения котла, в течение 20-25 секунд, пока спай не прогрелся, электронный ключ в открытом состоянии удерживается за счет конденсатора. Если от термопары не поступило напряжение на ключ, конденсатор разряжается, закрывается клапан, подача газа прекращается.
Второй вариант используется в старых напольных газовых котлах без электронных компонентов. Включение выполняется нажатием кнопки и механическим разблокированием магнитного клапана. Если розжиг газовой горелки состоялся, и на термопаре появилось термоЭДС, то сгенерированное напряжение блокирует клапан в открытом положении.
Нюансы подключения и проверка
Проверочную процедуру приходится выполнять при неустойчивом, затянутом старте котла, или если электронный блок розжига неожиданно перейдет в непрерывный цикл старт-стоп. В последнем случае часто необоснованно предъявляют претензии к контактам на термопаре. В реальности виноват компенсирующий конденсатор блока розжига.
Обязательно нужно проверять новую термопару. Для этого достаточно подключить к центральному контакту (+) и медной трубке (-) щупы мультиметра. Выставить предел измерения 1 В или 0,1 В, нагреть спай свечкой или газовой зажигалкой. На экране должно быть не менее 18 мВ.
Старую термопару на котле с АОГВ можно проверить, не демонтируя устройство:
Этот метод позволяет снять наиболее точные данные. Мультиметр должен показать не менее 25-28 мВ.
Обращайте внимание на положение гильзы с головкой спая. Она должна стоять вертикально, а пламя запальника обтекать только верхние 3 мм термодатчика. Любые другие варианты ведут к перегреву или недогреву устройства.
Возможные неисправности и методы их устранения
Несмотря на то, что конструкция термодатчика проста, не содержит сложных, ломающихся элементов, термопара может также быть причиной регулярных выключений газовой горелки.
Проверку начинают с теста запуска котла. Если подача газа блокируется через несколько секунд после запуска автоматики, то первое, что нужно сделать, это закоротить контакты на прессостате. Датчик тяги находится в контрольной цепи автоматики, как и термодатчик, поэтому на момент проверки его нужно исключить.
Отсутствие надежного контакта
Часто работа горелки блокируется по элементарным причинам. Например, открутилась гайка-штуцер, или загрязнилась поверхность контактной площадки. Нужно выкрутить штуцер, дпротереть резьбу и контактную площадку спиртом, проверить состояние изолирующей прокладки и завернуть гайку-штуцер обратно.
Загрязнение или окисление поверхности спая
Температура спая всегда на 100-150 ℃ ниже, чем у фронта пламени. Поэтому при работе поверхность зарастает налетом, из-за которого точность термопары значительно снижается. Органическая грязь смывается уайт-спиритом и ацетоном, все остальное убирается щеткой с бронзовой щетиной.
Прогар
Определяется по наличию микроскопических каверн и участков выгоревшего металла. Иногда повреждение можно определить, если опустить медную трубку в воду и сильно подуть. Появятся пузырьки воздуха. В этом случае термопару в газовом котле нужно менять на новую.
Обращайте внимание, чтобы маркировка резьбы на штуцере замены совпадала со старой термопарой.
Неправильное положение
В процессе обслуживания горелки приходится снимать боковую облицовку, термоизоляцию, свечу и термопару. Нередко дело заканчивается тем, что гильза оказывается установлена ниже уровня запальника. Соответственно количество тепла, приводящего к спаю, уменьшается в разы, время срабатывания термопары увеличивается кратно.
Поэтому, прежде чем разобрать газовую горелку, будет полезным сделать пару фотографий камерой телефона. Такая подстраховка поможет поставить элементы розжига в правильном положении.
Термопара для газового котла была и остается главным элементом системы безопасности. Если выходит из строя, то лучше заменить аналогом, без экспериментирования с моделями от газовых плит, духовых шкафов или колонок.
Как проверить термопару котла, плиты, колонки: видео.
Поделитесь опытом, приходилось ли вам ремонтировать термопару или заменять датчиками с других моделей газовых котлов. Насколько успешным получилась подобная замена? Сохраните статью в закладках, поделитесь с друзьями из социальных сетей.
Евгений Афанасьев главный редактор
Автор публикации 12.12.2021
Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!
Термопары газовых котлов: конструкция, диагностика и замена в домашних условиях
Термоэлектрические датчики – термопары – применяются сугубо в газовых котлах и водогрейных колонках, оснащенных энергонезависимой автоматикой безопасности. Задача элемента – отслеживать наличие пламени горелки, непрерывно подавая напряжение на электромагнитный клапан управляющего блока SIT 630 (или подобного). Наша цель – рассказать, что такое термопара, как она работает и меняется в случае неисправности.
Устройство термоэлектрического датчика пламени
Термопара – это элемент безопасности газового котла, вырабатывающий напряжение при нагреве и поддерживающий клапан подачи топлива в открытом состоянии, пока горит запальник. Изображенный на фото датчик действует автономно, без подключения внешнего источника электропитания. Сфера применения термопар – газоиспользующие энергонезависимые установки: печи, кухонные домашние плиты и водонагреватели.
Поясним принцип работы термопары для котла, основанный на эффекте Зеебека. Если спаять или сварить концы 2 проводников из разных металлов, то при нагреве этой точки в цепи вырабатывается электродвижущая сила (ЭДС). Разница потенциалов зависит от температуры спая и материала проводников, обычно лежит в пределах 20…50 милливольт (на бытовой технике).
Датчик состоит из следующих деталей (устройство показано ниже на схеме):
Примечание. Медная трубка нужна для защиты плюсового проводника от внешних наводок, создаваемых домовой сетью 220 В и другими электроприборами. Вспомните: минимальная величина напряжения термопары составляет всего 20 мВ.
Для изготовления электродов, вырабатывающих ЭДС, используются специальные металлические сплавы. Самые распространенные термические пары:
Справка. Алюмель – это сплав никеля с алюминием, марганцем и кремнием. Состав хромеля – 90% никеля, 10% хрома. Копель тоже включает никель, соединенный с медью и кремнием.
Применение сплавов в конструкции термопар обусловлено лучшей генерацией тока. Если сделать термическую пару из чистых металлов, напряжение на выходе будет слишком малым. В большинстве теплогенераторов, эксплуатируемых в частных домах, установлены датчики ТХА (хромель – алюмель). Больше об устройстве термопар смотрите на видео:
Принцип действия в составе котла
Схема подключения термоэлектрического датчика в различных газоиспользующих приборах примерно одинакова. Измерительный электрод находится в зоне действия фитиля либо основной горелки, проводник присоединен к электромагниту, открывающему подачу газа.
Справочная информация. В турбированных и атмосферных теплогенераторах, подключаемых к домовой электросети, вместо термопары может применяться фотоэлектрический датчик. Он регистрирует наличие огня без непосредственного нагрева.
Как работает термопара на напольных котлах типа АОГВ и аналогичных аппаратах:
Если в силу разных причин огонь потухнет, нагрев термоэлемента закончится, ЭДС исчезнет. Электромагнит отключится, пружина захлопнет клапан и перекроет путь топливу.
Справка. Газовые водогрейные установки, не зависящие от электроэнергии, комплектуются автоматикой различных производителей – EuroSIT, Жуковского завода, «Арбат», «Орион» и так далее. Термопара везде работает по одинаковому принципу – пока электрод греется пламенем, подача газа будет открыта.
Отличия от датчика температуры
Помимо термопары, к автоматическому топливному клапану котла подключается термобаллон, отвечающий за отключение основной горелки при достижении заданной температуры теплоносителя. Внешне колбы элементов и медные соединительные трубки немного похожи. Несведущий домовладелец может запросто перепутать эти датчики.
Перечислим основные отличия температурного измерителя от термопары:
Примечание. Термобаллон действует по другому принципу: при нагреве внутри колбы расширяется специальная жидкость. Давление по капилляру передается клапану автоматики, отключающему основную горелку. Пламя запальника не затухает.
Как проверить и заменить термопару
Главный признак неисправности датчика пламени — фитиль тухнет одновременно с отпусканием кнопки. Иногда неполадка проявляется иначе – огонек на запальнике остается, но после розжига основной горелки подача горючего снова перекрывается и котел гаснет полностью. Причины таких проблем:
Уточнение. Неисправность датчика тяги вызывает аналогичные симптомы, поскольку этот «концевик» включен последовательно с термопарой (в разрыв цепи). Чтобы исключить влияние датчика, временно замкните его провода.
Для диагностики понадобится мультиметр либо другой прибор, способный измерять низкое напряжение (до 100 мВ). Как выполняется проверка:
Главное условие: исправная термопара для котла должна выдавать напряжение не менее 0.02 вольта. Если прибор показывает нули, напряжение скачет или не превышает 20 мВ, элемент нужно поменять. Современные датчики не подлежат ремонту путем перепайки.
Совет. Покупая новую термопару, всегда ориентируйтесь по марке и конкретной модели котла, дабы не запутаться в маркировках и обозначениях.
Если вам не хочется раньше времени снимать элемент, диагностику можно произвести прямо на котле. Открутив гайку, отсоедините трубку термопары от автоматики и подключите мультиметр, как описывалось выше. Удерживая клавишу, разожгите запальник и снимайте показания прибора. Недостаток метода: невозможность визуального осмотра и чистки электрода от сажи.
Устанавливая новую термопару в газовый котел, настройте положение нагреваемого стержня. В идеале электрод стоит горизонтально, не отклоняется вверх или вниз и хорошо омывается пламенем фитиля.
Заключение
Зная устройство термопары котла и способы ее проверки, несложно выявить проблему, как и заменить датчик в домашних условиях. Здесь важно отсечь другие неисправности – поломку датчика тяги либо катушки электромагнита. Последняя неполадка характерна для отечественных моделей автоматики – «Арбат», ЖМЗ и так далее. Как сделать ремонт подручными средствами, смотрите в последнем видео: