Для чего термопара в газовом котле

Термопара для газового котла

Газ в коттедже, частном доме или городской квартире — экономичный удобный способ обогрева и получения горячей воды. Но газовое топливо бывает и весьма опасным: если пламя горелки погаснет, а владелец (или автоматика) не перекроет поступление горючего, возникнет утечка. И при неблагоприятном развитии событий она способна угрожать людям в помещении. Быстрое перекрытие газа обеспечивает специальное приспособление — термопара для газового котла. Сегодня мы рассмотрим, для чего нужна термопара в котлах, как она устроена, принцип действия и способы диагностики.

Назначение

Термопара служит для отключения газа и предотвращения возможных утечек. Устройство основано на конвертации тепловой энергии в ток и служит ключевым компонентом систем аварийного контроля.

Прибор делают из теплостойких металлов, ведь он должен выдерживать высокую температуру. Термопара управляет исполнительным устройством — автоматически срабатывающим клапаном-отсекателем, перекрывающим поступление горючего в газовый котел. Процесс полностью автоматизирован.

Кроме того, обогреватели оснащаются защитными контурами, закрывающими клапан при поломке термопары.

Устройство и схема работы преобразователя

Устройство термопары газового котла несложно. Элементарная конструкция узла включает два соприкасающихся проводника. Главное здесь — различие металлов проводников: материал всегда должен быть разнородным. На этой разнице основан физический принцип работы.

Последний использует явление «эффекта Зеебека»:

Эту разницу можно измерить вольтметром. Когда цепь замкнется, датчик прибора покажет определенное напряжение.

Значение невелико, но его достаточно для возникновения индуктивности на катушках клапана. Если на «холодных» концах появляется ток, клапан отработает и включит подачу топлива. А когда напряжение упадет ниже некоторой отметки, газ перекроется. Тем самым предотвратится утечка и ее возможные катастрофические последствия.

Важно: чувствительность катушек современных клапанов позволяет оставлять газ открытым до падения напряжения на уровень 20 мВ. А исправная работающая термопара способна выдавать ток до 40–50 мВ.

Отличия термоэлектрической пары от датчика температуры

Обычно в составе газового котла есть не только датчик на металлических сплавах, но и обычный температурный сенсор. Он соединяется с автоматическим клапаном и отключает горелку при достижении теплоносителем заданного настройками уровня температуры. Внешне оба узла весьма похожи и на взгляд непрофессионала одинаковы, их легко спутать. Но отличия есть:

Кроме того, отличается и принцип работы термопары для газового котла. Электрический преобразователь эксплуатирует разность потенциалов, а в нагревающейся колбе теплового датчика расширяется особая жидкость. Ее нарастающее давление передается по капиллярной трубке и поступает на отключающий горелку автоматический клапан. Запальник при этом остается гореть.

Еще одна важная особенность газ-контроля — его автономность и электронезависимость. Узел не нуждается во внешнем питании, работая полностью на разности потенциалов проводника. Это обеспечивает надежную защиту без подключения к электрической сети.

Составные части

Теперь мы знаем, что такое термопара в типичном газовом котле. Пора поговорить об ее устройстве. Датчик состоит из нескольких конструктивных элементов:

Металлы

Для термопар применяют сплавы цветных и черных металлов с постоянными характеристиками отношения напряжения к рабочим температурам. Каждому диапазону соответствует определенный сплав в защитном узле котла.

Сегодня делают три основных типа элементов:

Помимо перечисленных, существуют и другие типы преобразователей. Для каждого диапазона нужна термопара в газовом котле из соответствующих металлов.

В газовых плитах, котлах и нагревательных колонках нередко применяют хромель-алюминиевые термопары марки ТХА, хромель-копелевые ТЖК и константан-железные J. Датчики с благородными сплавами в основном предназначены для высокотемпературных условий промышленных производственных циклов.

Выясним, как работает термопара в реальном устройстве

Термодатчик в котле

Все датчики подключаются к приборам обогрева по схожей схеме. Электрод из сплавов размещается возле главной горелки или фитиля, а проводник соединяется с подающим газ в систему АОГВ (Аппарата Отопительного Газового Водогрейного) электромагнит.

Для справки: в атмосферных теплогенераторах и работающих от домашних сетей турбированных устройствах вместо термопар иногда ставят фотоэлектрический сенсор. Он позволяет контролировать газовый поток и температуру без непосредственного контакта с пламенем. В рамках данной статьи эти узлы мы раскрывать не будем.

Рассмотрим принцип работы термопары газового котла на примере АОГВ.

Предположим, что огонь по какой-то причине потух. Термоэлемент больше не нагревается, электродвижущая сила ослабевает и пропадает совсем. Следом за этим выключается электромагнит, отпуская пружину. Автоматический клапан захлопывается и перекрывает поступление газового горючего.

Проверка и замена

Несмотря на неприхотливость и надежность, датчики иногда выходят из строя. Основной признак неисправности этого узла котла — затухание фитиля после отпускания кнопки, даже если был выдержан предусмотренный инструкцией интервал удержания. В части случаев неполадка проявляется иным образом: остается пламя на запальнике, но после появления огня на главной горелке подача топлива прекращается.

Возможные причины сбоев:

Важно отметить, что проблемы датчика тяги тоже вызывают сбои термопары, поскольку данный сенсор включен в разрыв электрической цепи. Для исключения влияния «тяги» следует выполнить проверку временным замыканием провода.

Рассмотрим подробнее диагностику термопар.

Методика проверки

Как проверить термопару мультиметром на газовом котле:

Важно: современные датчики отремонтировать нельзя, в случае поломки они меняются целиком. Более старые модели в ряде случаев можно перепаять, хотя делать этого не рекомендуют.

Проверка без демонтажа

Возможно быстро проверить термопару на газовом котле без снятия собственно узла. Чтобы продиагностировать исправность блока, следует открутить крепежную гайку, разъединить трубку и автоматику защитной системы и подсоединить тестер по описанной выше схеме. После того:

Такая проверка термопары удобна, хотя имеет недостаток — в таком случае нельзя визуально оценить состояние электрода и снять накопившуюся сажу.

Плюсы и недостатки термопар

Термопреобразователь — дешевый и простой элемент, чем обусловлено его широкое применение для газовых котлов. Имеются и другие плюсы:

Но имеются и минусы. Немаловажен факт, что температура и рост разности потенциалов связаны нелинейно, зависимость не пропорциональная. А напряжение увеличивается лишь до некоторого предела — как правило, большинство «гражданских» моделей выдает не более 50 мВ. Для работы отсекающего устройства этого достаточно, но желание задействовать термопару как измеритель температуры потребует усиления сигнала и калибровки принимающей части.

Еще один существенный минус — ремонт термопары чаще всего невозможен, только замена. Ниже приведена схема расключения для самостоятельной замены на примере блока управления 630 SIT.

Заключение

Термопары нашли применение не только в газовых котлах, но и во множестве других регулирующих устройств бытового и промышленного назначения. С их помощью можно даже вырабатывать электроэнергию для маломощных потребителей — существуют образцы работающих от пламени костра походных электростанций, способных зарядить телефон или планшет.

Выбор рассмотренных преобразователей стандартом для обеспечения безопасной работы АОГВ обусловлен простотой устройства и надежностью узла: при исчезновении пламени газ будет сразу же перекрыт. А вкупе с дополнительным контролем выхода термодатчика из строя современные котлы дают почти стопроцентную гарантию защиты от фатальных сбоев. При этом эти модули недороги, просты в установке, их можно поменять своими руками.

Видео по теме

Источник

Все что необходимо знать о принципе работы, ремонте и замене термопары газового котла

Термопара является основным контрольно-измерительным модулем в энергонезависимых газовых котлах. При ее неисправности подача газа на горелку невозможна, разжечь котел не получится, а попытки обхода ее действия попросту небезопасны. К счастью, конструкция термопары и алгоритм ее замены довольно просты, при наличии минимальных навыков можно самостоятельно устранить неисправность, в некоторых случаях даже обойдясь без замены модуля.

Для чего нужна термопара в газовом котле

Термопара (она же термоэлектрический термометр) – это контрольно-измерительный модуль, вырабатывающий при нагреве слабое напряжение, которого достаточно для удержания электромагнитного клапана подачи газа в открытом положении. По-сути, термопара нужна исключительно в целях безопасности: как только по каким-либо причинам (например, вследствие обратной тяги) в топочной камере котла прекратится горение, термопара не сможет удерживать клапан подачи газа в открытом состоянии, подача топлива прекратится, утечка газа в помещение будет предотвращена.

На фото стандартное местоположение термопары в газовом котле. Ее можно отличить по медной трубке.

Помимо газовых котлов, термоэлектрический датчик используется в бытовых газовых плитах, печах, водонагревателях. Поэтому при выборе необходимо отбирать термопару именно для газовых котлов, а точнее для конкретной модели котлоагрегата или автоматики (обычно это итальянская автоматика EuroSit 630 и ее аналоги).

Устройство и принцип работы

Известно, что в замкнутой цепи, которая состоит из двух проводников из разных металлов (напр., хромель и копель), возникает термоэлектродвижущая сила (ЭДС), при условии, что их горячий и холодный спаи имеют различную температуру ( эффект Зеебека ). Значение ЭДС зависит от материалов проводников, температур их холодного и горячего спаев.

Обычно, напряжение бытовой термопары находится в пределах 20-60 милливольт (мВ), чего достаточно для открытия газового клапана, но, разумеется, недостаточно для работы сложной автоматики и прочих модулей, для которых уже необходимо подключение к электросети.

Так выглядит стандартная термопара на фото.

Модуль не ограничивается парой спаев, однако устройство термопары достаточно простое и понятное:

Чаще всего в термопарах бытовых газовых котлов используются спаи из хромеля и алюмеля (ТХА), хромеля и копеля (ТХК), железа и константана (ТЖК). Все используемые сплавы, их маркировка и характеристики указаны в таблице ниже.

Как работает термоэлектрический термометр в составе газового котла

Принцип работы термопары в составе газового котла везде один:

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.

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

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.

Источник

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:

Источник

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.

Источник