Установка термопары на газовый котел

Наиболее экономичным и удобным видом топлива для обогрева дома или коттеджа по праву считают газ. Единственное условие — беспрекословное соблюдение всех правил установки газового оборудования и, по возможности, использование автоматического контроля нагревания оборудования. Перегрева отопительного котла лучше не допускать, иначе не избежать ужасных последствий. Еще одна опасность — утечка газа вследствие затухания огня. Чтобы избежать всех проблем и сложностей с газовым оборудованием, необходима термопара для газового котла.

Термопара для газового котла

Назначение термопары для газовых котлов

Для чего нужна и как работает термопара, знает каждый, кто хоть единожды сталкивался с установкой газового оборудования. Термопара — это своего рода контроллер, предохраняющий приборы от перегрева и некорректной работы.

Важно: термопара или термоэлектрический элемент является наиболее оптимальным средством измерения высоких температур, которые возникают в камере сгорания работающей установки газового котла. Кроме контролирующей функции, термопара конвертирует температуру в определенную энергию, например, электроток.

Чтобы в изначально подать топливо (в нашем случае газ) на запальник, нужно вручную открыть электромагнитный клапан. После нажатия на шток газ подается на запальник и термоэлемент нагревается. Достаточно 30 секунд нажатия, после этого отпадет необходимость самостоятельного удерживания клапана открытым, так как выработка напряжения термопарой уже началась, и агрегат будет работать без вашего участия.

Запальник газового котла

Температурные датчики. Классификация

Существует несколько основных типов термопар. Их различают по материалу изготовления. Основными материалами, используемыми для температурных датчиков, являются металлы — благородные и неблагородные. Именно их сочетание и стало основой классификации. Вот наиболее распространенные типы термоэлектрических элементов:

• Тип К: Хромель и алюмель. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +1100°С;
• Тип J: Железо и константан. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +700°С;
• Тип N: Никросил и нисил. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +1100°С;
• Тип R: Платинородий(13 % Rh) и платина. Диапазон температур (длительно): от 0оС до +1600°С;
• Тип S: Платинородий (10 % Rh ) и платина. Диапазон температур (длительно): от 0°С до +1600°С;
• Тип B: Платинородий (30 % Rh) и платинородий (6 % Rh). Диапазон температур (длительно): от +200°С до +1700°С;
• Тип T: Медь и константан. Диапазон температур (длительно): от -185°С до +300°С;
• Тип Е: Хромель и константан. Диапазон температур (длительно): от -50°С до +800°С;

Типы термоэлектрических элементов

Безусловно, каждый тип термоэлемента используется в различных целях. Дорогие термопары используются в науке и промышленности, а более простые и дешевые идеальны для бытового использования — в газовых котлах или плитах.

Устройство и принцип действия термопары

Известно, что не каждый материал может постоянно находиться в открытом пламени. Как видно из описания типов термоэлектрических элементов, они изготавливаются из нескольких металлов, способных длительное время выдерживать высокие температуры. Когда термопара выходит из строя, газовый котел потребует немедленного ремонта, так как произойдет затухание горелочного устройства. Почему так происходит? Термопара работает вместе с отсекающим электромагнитным клапаном. При нарушениях в работе температурного датчика клапан закрывается, и подача газа немедленно прекращается.

Основной принцип работы термопары — термоэлектрический результат (или эффект Зеебека). Суть этого физического явления заключается в следующем:

1. Два металла с разными физическими свойствами образуют замкнутую цепь;
2. Место, где проводники соединены между собой путем качественной спайки, помещается в открытое пламя;
3. На холодных концах спая возникнет напряжение — разница потенциалов.
4. Если к ним подключить измерительное приспособление, цепь замкнется и появится электрический ток, напряжения которого будет достаточно для возникновения в катушке электромагнитного клапана индукции, которая пустит газ к запальнику.

Конструкция и принцип действия термопары

В тех случаях, когда вы не можете зажечь газовый котел, запальник тухнет, как только вы отпускаете кнопку подачи газа — можете быть уверены, что термопара вышла из строя.

Важно: качество спая металлов термопары играет очень важную роль. Место соединения помещают в зону открытого пламени, поэтому хороший спай увеличит срок службы термопары.

Для газовых котлов чаще всего используют универсальные термоэлектрические элементы типа К (хромель-алюмель), типа Е (хромель и константан) и типа J (железо и константан). Проводники в защитной оболочке, приварены к холодным концам металлов, а спай закрепляют зажимной гайкой в соответствующее место автоматики котла.

Остальные разновидности термопар в газовых котлах и установках не используются в силу того, что из-за использования дорогостоящих сплавов возрастает цена. А для газовых котлов достаточно хороши свойства простейших сплавов.

Чтобы проверить, как работает термопара, нужно подключить один ее конец к измерительному прибору — мультиметру, а другой нагреть при помощи обычного огня. Если устройство исправно, напряжение будет около 50мВ.

Принцип действия термопары достаточно прост, однако в процессе производства каждый вид термопары проходит калибровку, или, другими словами, корректировку относительно 0оС. Чем точнее измерительный прибор, которым проводят калибровку, тем точнее будет термопара. Кроме этого, добросовестный производитель не позволит себе сделать некачественную пайку металлов термопары. Поэтому старайтесь выбирать изделие проверенного бренда, покупая термодатчик для своего газового котла.

Также стоит учесть, что точка измерения не должна находиться далеко от измерительного прибора, в противном случае вам понадобится расширение проводов промежуточного соединения, а это достаточно дорого.

Преимущества и недостатки

Как любое устройство, термоэлектрические пары имеют ряд преимуществ и недостатков. К преимуществам относят:

• Долговечность устройства при невысокой цене. Это обусловлено отсутствием движущихся деталей, сложных компонентов и невысокой ценой материала изготовления (для газовых котлов не используют платиносодержащие термопары).
• Термопара для газового котла может работать как датчик контроля температуры и датчик контроля пламени.
• Диапазон измеряемых температур достаточно широкий, от -250°C до +2500°С
• Для отопительной техники достойная точность измерений.
• Простота монтажа термопары.

Энергонезависимая система газ-контроль для плит и котлов

К недостаткам относят:

• Невозможность ремонта термопары в случае некачественного спая. Выход один — максимально быстрая замена, ведь без температурного датчика работа котла остановится.
• Если термопарные и удлинительные провода слишком длинные, может возникнуть эффект «антенны» для электромагнитных полей.
• Нет высокой точности измерения температур (хотя это не столь важно для работы газового котла).

Выводы

Если вы приняли решение производить отопление вашего жилища с помощью газового котла, помните, что термопара — ключевой элемент безопасной работы агрегата. Устройство термопары достаточно простое и понятное. Цена более чем приемлема, а разъемы подключения стандартные. Поэтому если вам нужно заменить температурный датчик в случае поломки, проблем не возникнет. Единственное, что следует учесть — это тип и технические характеристики устройства.

Несмотря на то, что конструкция термоэлектрического элемента очень простая, она является одной из самых важных деталей современного газового оборудования. Выступая в роли датчика температуры, обеспечивая газ-контроль и наличие пламени, термопара — идеальный элемент защиты вашей безопасности в отапливаемом с помощью газового котла доме. В любой нештатной ситуации термодатчик и отсекающий клапан сработают таким образом, что подача газа прекратится.

Термопарой называют термоэлектрические датчики, устанавливаемые в газовые котлы и водогрейные колонки, оборудованные не зависимой от сети системой автоматики. Данный элемент отслеживает наличие пламени горелки. Он непрерывно подает напряжение на электромагнитный клапан управляющего блока. В статье рассмотрено, что такое термопара для газового котла, принцип работы и как ее менять при необходимости.

Читайте в статье

Описание элемента

Термопара – это практически единственный прибор, измеряющий предельно высокие температуры. Его устанавливают в различное котельное оборудование. Задача элемента – контролировать терморежим, защищая систему от возможного перегрева.

Если в камере сгорания по какой-либо причине отсутствует пламя, термопара автоматически перекрывает подачу газа. То есть это защитный элемент.

Вообще устройство, замеряющее температуру рабочей среды, широко востребовано в разных областях человеческой деятельности: промышленность, медицина и другие сферы, где важна точная температура.

Устройство термопары

Аппаратура представляет собой два проводника, для изготовления которых используют разные сплавы. У каждого свое сопротивление и электрический потенциал. Проводники контактируют в одной или нескольких точках (в некоторых моделях за это отвечает компенсационная проволока). Конструкция термопары простая:

• литой корпус головки с крышкой;
• фосфорные колодки – компенсируют линейное расширение электродов;
• наконечник – изолирует рабочий спай;
• защитная трубка, включающая рабочие и нерабочие участки.

Соединительные провода проходят через штуцер с асбестовым уплотнителем. Обычно термопары делают из неблагородных металлов. Если же электрод выполнен из благородного, то используются фосфорные или кварцевые трубки.

Погрешность такого прибора – один градус, что для отопительного оборудования довольно много. Здесь все зависит от конструктивных особенностей – пластины и проводники соединяются по-разному. Это может быть точечная сварка, пайка или обжим. При некачественном стыке двух проводников погрешность увеличивается. Поэтому, если планируется замена термопары, выбирать новую следует среди проверенных производителей.

Принцип работы

Термопара синхронизирована с впускающим клапаном – именно он подает сигнал для прекращения подачи топлива.

В основе лежит эффект Зеебека. Его суть:

1. два разнородных проводника образуют замкнутую цепь;
2. на места соединения действуют разные температуры;
3. в цепи образуется термоэлектродвижующая сила.

Последняя возникает не сразу. Механизм работает так:

1. Одна сторона проводника разогрета, из-за чего на нем быстрее перемещаются электроды, нежели на холодной. В итоге к нему поступает более высокая энергия.
2. Энергия воздействует на электроды, «толкая» их к холодному проводнику, который копит отрицательный заряд.
3. С горячей стороны сохраняется положительный заряд.
4. Заряд копится до тех пор, пока потенциалы не будут отличаться. Электроны с холодной стороны перемещаются обратно к горячему проводнику.
5. Заключительный этап процесса – придание равновесия.

На термоэлектродвижующую силу воздействуют следующие факторы:

• показатель температуры на контактах;
• из чего сделан проводник.

В среду с контролируемой температурой погружают рабочую сторону термопары (место, в котором соединены проводники). Нерабочий спай в это время подсоединяется к измерительному прибору. Для измерения различий потенциалов пользуются милливольтметром, который позволяет вычислить показатели в привычных градусах Цельсия.

Дополнительная информация! Для подключения термопары к измерительному прибору пользуются специальными термопарными проводами (их материал изготовления аналогичен проводникам).

Проверка и замена

Отопительное оборудование, как и любая другая техника, иногда выходит из строя. Распространенная причина нестабильной работы – неисправность термопары. Первый признак, который об этом свидетельствует – кнопка, расположенная на магнитной коробке, не способна зафиксироваться. Это сложно отследить, если опыта недостаточно, поэтому нужно рассмотреть детальнее, как проверить работу термопары на газовом котле.

Неопытные владельцы котлов решают проблему следующим образом – фиксируют «непослушную» кнопку скотчем или изолентой. Способ рабочий, но только временно, при этом не безопасный – газовое оборудование и вовсе может выйти из строя.

Когда кнопка начала себя так вести, сразу необходимо принимать меры. В первую очередь проверяют терморегулятор. Для проверки термопары пользуются мультиметром:

1. Обеспечивают безопасность проведения работ: отключают котел от электросети и газопровода.
2. С одной стороны термопары расположен термодатчик, а другой стороной, посредством гайки, она крепится к электромагнитному клапану.
3. Чтобы снять термопару, достаточно открутить гайку.
4. Датчик, отвечающий за термоэлектрическое преобразование, греют над источником стабильного огня, например, над конфоркой или свечой, на высоте около 1 см.

Важно! В ходе нагрева нужно пользоваться перчатками во избежание ожогов на руке.

1. После разогрева детали берут вольтметр или тестер, который заранее выставляют на мВ (милливольты). Одним щупом касаются тела термопары, другим – выходного контакта.
2. Мультиметр фиксирует электрическое напряжение спустя 45-60 секунд после нагрева. Если показания прибора находятся в пределе 18-25 мВ, значит с терморегулятором все в порядке. В таком случае причиной неисправности может быть плохой контакт между клапаном и термопарой.

Электрическое напряжение в термопаре должно быть в пределе 20-25 мВ. Тем не менее, даже при значении в 18 мВ она способна работать исправно. Выключаться она будет при напряжении, сниженном до 16-17 мВ.

На термопаре попросту может прогореть термодатчик. Выявить это можно при визуальном осмотре элемента – на его поверхности будет заметна глубокая черная вмятина (прогар). Такую деталь заменяют новой.

Поменять просто – устройство легко снимается и отсоединяется. Это важный элемент, без которого газовый котел попросту не будет работать. Благо, цена на него доступна.

Отзывы

Влад, г. Челябинск: «Старый котел, 2003 года выпуска, в последнее время начал барахлить – то запускается, то нет. Полез на форумы узнавать в чем дело, оказалось – термоэлемент вышел из строя. Отправился в ближайший магазин, торгующий запчастями для газового оборудования и купил там термопару производителя «Ростовгазоаппарат», которая ставится именно на такие старые модели. Своими руками решил не лезть – вызвал специалистов. Мастер дополнительно очистил элементы на котле от грязи и ржавчины, за что отдельное спасибо».

Игорь, г. Ковель: «Термоэлементы были разработаны еще в 1950-х годах, именно для советских газовых котлов. Если знать, как они устроены и по какому принципу работают, проблем возникнуть не должно. При необходимости, деталь подлежит ремонту. А если полностью вышла из строя – не проблема отыскать новую. Для меня важна техническая прозрачность системы, поэтому я выбираю именно ее, а не современную китайскую автоматику с кучей чипов».

Термоэлектрический элемент, несмотря на простоту своей конструкции, считается одной из важнейших деталей газового котла. Он «сканирует» температуру и проверяет наличие пламени в горелке, отвечая за безопасную эксплуатацию оборудования. Поэтому, если термоэлемент выходит из строя – его обязательно заменяют новым или, при возможности, ремонтируют.

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):

• термоэлектрод с «горячим» спаем из двух разнородных сплавов, прикрученный гайкой к монтажной пластине рядом с пилотной горелкой котла;
• удлинитель – проводник, заключенный внутрь медной трубки, одновременно играющей роль минусового контакта;
• плюсовая клемма с диэлектрической шайбой, вставляемая в гнездо автоматического газового клапана и фиксируемая гайкой;
• существуют разновидности термопар, подсоединяемые к автоматике с помощью обычных винтовых клемм.

В данной модели нагреваемый электрод крепится к пластине котла без гайки — вставляется в специальный паз

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:

• хромель – алюмель (тип K по европейской классификации, обозначение – ТХА);
• хромель – копель (тип L, аббревиатура – ТХК);
• хромель – константан (тип E, обозначается ТХКн).

Принцип действия термической пары из двух различных сплавов

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:

1. Пользователь одной рукой нажимает кнопку и принудительно открывает электромагнитный клапан подачи газа.
2. Второй рукой домовладелец включает пьезорозжиг, удерживая первую клавишу. Вспыхивает запальник.
3. Согласно инструкции по эксплуатации, кнопку необходимо держать 5—30 секунд (зависит от модели агрегата), в течение которых фитиль прогревает измерительный электрод.
4. В цепи электромагнита возникает постоянный ток, идущий от термоэлектродов. Пользователь отпускает клавишу, но подача топлива не прекращается – теперь клапан удерживает напряжение термопары.

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:

• конструкция датчика – цилиндрический сильфон, сделанный в виде колбы из меди с запаянным концом;
• термобаллон подключается к газовой автоматике более тонкой капиллярной трубкой, нежели электрогенерирующий датчик;
• сама термочувствительная колба устанавливается внутрь погружной гильзы либо прячется под обшивкой возле водяной рубашки, а не крепится около запальника;
• измеритель температуры не отсоединяется от автоматики вовсе либо отличается размером крепежной гайки.

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:

• термический электрод покрылся сажей и плохо прогревается, отчего напряжение в цепи падает ниже минимума;
• прогар корпуса измерителя;
• нарушение контакта в точке «горячего» спая;
• открутилась гайка крепления, рабочий стержень перекосился и плохо прогревается запальником;
• пришел в негодность датчик тяги либо случился обрыв его электрической цепи.

Нагреваемый запальником электрод нужно периодически чистить от нагара. Проблема в том, что загрязнение детали плохо видно снаружи, приходится снимать планку либо всю панель с горелкой

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:

1. Закройте подачу газа к теплогенератору либо проточному водонагревателю краном, расположенным на подводящей трубе. Снимите кожух или переднюю панель агрегата.
2. Пользуясь рожковыми ключами, открутите гайки крепления термоэлектрода и соединительной трубки. Снимите датчик пламени.
3. Внимательно осмотрите рабочий электрод, очистите его от сажи кистью и ветошью. Если при визуальной проверке обнаружены прогары, термопара безоговорочно подлежит замене.
4. Переместившись на кухню, зажгите горелку газовой плиты. Подсоедините зажимы мультиметра к центральному контакту и медной трубке. Выставьте низший предел измерения – 0.1 либо 1 В.
5. Нагревайте термоэлемент конфоркой газовой плиты, наблюдая за показаниями вольтметра.

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: