Термопара для газового котла: устройство и принцип работы. Как работает термопара в газовом котле.

Использование сплавов в конструкции термопар обусловлено лучшей генерацией тока. Когда термопара изготовлена из чистых металлов, выходное напряжение очень низкое. Большинство теплогенераторов, используемых в домах, оснащены датчиками TXA (хром-алюминий). Посмотрите видео, чтобы узнать больше о конструкции термопары

Основные типы термопар для газового котла: плюсы и минусы устройства

Одно только название говорит даже неспециалисту, незнакомому с газом, что это элемент автоматики котла. Действительно, для газового котла термопара является важной частью системы безопасности. Без исправного датчика прибор не будет работать, а новые модели с электронными блоками даже не запустятся. Поэтому неисправную термопару необходимо заменить, иначе газовый котел выйдет из строя.

Работа датчика напрямую связана с горелкой. Чтобы понять работу термопары в газовом котле, необходимо знать, как организовано сжигание газа в горелке, а точнее, как контролируется процесс горения газовоздушной смеси.

Современный газовый котел, оснащенный АОГВ, работает следующим образом:

по сигналу прессостата и датчика давления воды открывается газовый клапан;
розжиг пламени на горелке;
если появился сигнал с термопары, то газовый клапан блокируется в открытом положении, если нет – пружина отбрасывает запорную иглу, перекрывая подачу газа.

Работа газовой горелки в котле основана на обратном принципе. Для того чтобы газ непрерывно подавался в зону горения, датчик температуры должен быть в идеальном состоянии.

Каждый из этих факторов влияет на степень нагрева «горячего» соединения и, одновременно, на безопасность работы газового котла:

«блуждающий» контакт на термопаре;
неправильное смешение газа с воздухом;
нарушение стехиометрического горения, из-за которого температура фронта пламени получается ниже или выше;
отложение сажи на рабочем конце термодатчика.

В результате термопара реагирует пониженным напряжением, и автоматика котла перекрывает подачу газа в котел.

Как работает датчик пламени в газовом котле

Термопара выглядит как обычная медная трубка с накидной гайкой на конце. Несмотря на кажущуюся простоту, конструкция термопары газового котла была оптимизирована для обеспечения максимальной чувствительности и надежности датчика.

Термопара состоит из четырех частей:

наконечник, головка или «горячий спай» термодатчика;
медная трубка – удлинитель;
защитная гильза;
контакт, защищенный диэлектрической шайбой.

Наконечник представляет собой соединение двух разнородных металлов или сплавов. Две маленькие части, одна из которых напоминает округлый конус, а другая — такой же конус, но меньшего размера.

Внутренний конус наконечника изготавливается из того же сплава, например, «Копель», и вставляется во внешнюю оболочку из «Хромеля». Эти две части свариваются вместе под давлением так, чтобы они имели общую поверхность. Чем больше площадь поверхности, тем выше чувствительность термопары и ниже рабочая температура.

Гильза изготавливается из бронзы или латуни и предназначена для защиты шва между головкой термопары и медной трубкой. Внутри медной трубки находится медный проводник, который выходит наружу и заканчивается контактной частью с изолирующей диэлектрической шайбой. Этот конец вставляется в разъем (+) AHK и надежно закрепляется колпачковой гайкой. Горячий разъем устанавливается на кронштейне рядом с устройством розжига.

Для газовых котлов используется АОГВ с термопарой, которая крепится накидной гайкой или электрической розеткой. Если есть выбор, предпочтительнее модель с накидной гайкой.

Проблема заключается в том, что напряжение на термопаре чрезвычайно мало и не превышает 25 мВ для соединения хром-медь. Это означает, что даже незначительное окисление контактной поверхности может привести к сбою в работе системы зажигания газового котла. В моделях, где контактная поверхность закреплена накидной гайкой, такие проблемы не возникают.

Как работает «горячий» сплав термодатчика в пламени

Принцип работы термопары основан на физическом явлении термоэлектричества. Если сварить два проводника из разных металлов в одной точке и нагревать один из них, а другой охлаждать, то на концах создается разность потенциалов.

В термопаре для газового котла внешняя поверхность сварочной головки действует как горячий проводник, а внутренняя поверхность — как холодный проводник. Тепло отводится через медный проводник. Разница температур между внешней и внутренней поверхностями может достигать нескольких сотен градусов.

Напряжение на термопаре при включении газовой горелки зависит от сплавов и металлов, используемых в соединении. Наиболее чувствительные термопары, основанные на металлах платиновой группы, непрерывно излучают до 50 мВ. Датчики на основе цветных металлов выдают 17-25 мВ.

Датчик температуры не погружают непосредственно во фронт пламени. Этого не следует делать, так как при контакте датчика температуры с пламенем горячего газа все детали нагреваются до высокой температуры, и эффект термо-ЭДС исчезает.

Поэтому располагайте термопару на расстоянии 3-4 см от запальника. Это обеспечивает нагрев горячего соединения и надлежащее охлаждение медной трубки. Термопары также устанавливаются в твердотопливных котлах. В модели Лемакс, например, термопара размещается над колосниковой решеткой.

Технические характеристики

Согласно ГОСТ Р 8.585-2001, термопара — это прибор для измерения температуры, состоящий из двух проводников, изготовленных из различных сплавов. Каждый сплав отличается по сопротивлению и электрическому напряжению. Контакт между проводниками бывает одноточечным или многоточечным, в некоторых моделях это возможно благодаря наличию компенсирующей проволоки. При изготовлении термопар используются неблагородные металлы.

Внешне термопара очень проста и состоит из литого корпуса с крышкой и фосфорных прокладок, благодаря которым компенсируется линейное расширение электродов. Конец изделия служит для надежной изоляции рабочего соединения, а защитная трубка состоит из рабочей и нерабочей части. Все соединительные кабели прокладываются через фитинг с асбестовым уплотнением. Если электроды изготовлены из драгоценных металлов, то в качестве защитных трубок можно использовать также фосфорные или кварцевые изделия.

Как сделать деревянный гараж своими руками. Как самому построить гараж деревянный.

Отклонение измерений приборов составляет один градус, что считается довольно значительным для работы систем газового отопления и не позволяет считать приборы высокоточными устройствами. Неточность измерения температуры обусловлена конструктивными особенностями термопары. Проблема заключается в том, что соединение пластин трубы производится разными способами. В некоторых моделях соединение выполняется точечной сваркой, в других — сваркой или обжимом.

Если соединение двух проводников выполнено некачественно, возникает дефект в одну или несколько степеней. Это критическое значение дефекта, увеличение которого может повлиять на работу и безопасность котла. Поэтому при выборе термопары ищите изделия надежных и проверенных производителей, так как ошибка в один градус — это роскошь, которую AHU не может себе позволить.

Принцип действия

Термопары, установленные в газовых котлах, работают синхронно с входным электромагнитным клапаном, который немедленно перекрывает подачу топлива при первом сигнале от термопары. Работа термопары полностью основана на так называемом эффекте Зеебека, при котором две трубки из разных материалов соприкасаются друг с другом в одной или нескольких точках, так называемых рабочих точках, которые расположены в области открытого пламени горелки. На противоположных концах этих металлических пластин приварены или спаяны проводники с защитной оболочкой, другой конец которой удерживается зажимной гайкой в гнезде датчика. В момент зажигания запальника и горелки котла топливо подается вручную путем нажатия на шпиндель.

При этом газ поступает в запальник, который начинает гореть и нагревает своим пламенем термопару, расположенную рядом с ним. Через 15 секунд кнопка подачи топлива отпускается и топливо подается, так как термопара начала вырабатывать напряжение, удерживая шток топливного клапана в нужном положении. Среднее напряжение, которое может генерировать термопара из-за разности потенциалов на холодных концах, находится в диапазоне 40-50 мВ. В некоторых моделях с высокими техническими характеристиками клапаны характеризуются максимальной чувствительностью и удерживаются открытыми до тех пор, пока входное напряжение не упадет ниже 20 мВ.

Термопары являются наиболее важным звеном в системе безопасности газового котла. В случае неисправности или отказа элементов или внезапного угасания пламени, что может произойти в котлах с открытой камерой сгорания из-за большого тока, немедленно срабатывают электромагнитные клапаны и подача топлива прерывается.

Плюсы и минусы

Как и любое устройство, термопары имеют свои преимущества и недостатки. К достоинствам устройств относится их низкая стоимость, которая обусловлена относительно простой конструкцией, и длительный срок службы. Долговечность устройств обусловлена отсутствием сложных компонентов и движущихся частей, подверженных истиранию. Важным преимуществом является широкий температурный диапазон и простота монтажа и демонтажа устройств. Не стоит забывать и о многофункциональности термопар, которая позволяет использовать устройство и как датчик контроля пламени, и как термометр.

Недостатком является предел напряжения, который ограничен 50 мВ. Это является одной из причин неточностей, возникающих при измерении температуры. Отсутствие линейной зависимости между значениями температуры и разностью потенциалов также является недостатком. Кроме того, этот компонент не подлежит ремонту и в случае выхода из строя должен быть заменен на новый. Однако иногда выход из строя термопары происходит из-за плохого контакта. Для того чтобы вернуть котел в рабочее состояние, термопару необходимо снять, прочистить трубы и установить устройство на место.

Устройство и принцип работы

Известно, что в замкнутом контуре, состоящем из двух проводников из разных металлов (например, хрома и копеля), возникает термоэлектрическая сила (ТЭДС) при условии, что их горячее и холодное слияние имеют разные температуры (эффект Зеебека). Величина ТЭДС зависит от материала проводника и температуры горячего и холодного слияния.

Обычно напряжение бытовой термопары находится в пределах 20-60 милливольт (мВ), что достаточно для открытия газового клапана, но, конечно, не для работы сложной автоматики и других устройств, которые уже требуют подключения к электросети.

Устройство не ограничивается парой отводов, но конструкция термопары довольно проста и понятна:

Гильза, внутри которой находятся термоэлектроды с «горячим» спаем проводников, именно она крепится на горелочный модуль котла, рядом с пилотной горелкой (запальником).
Удлинитель, защищенный медной трубкой от внешнего воздействия электромагнитных полей, служит для соединения рабочей части (горячего спая) с электромагнитным газовым клапаном.
Диэлектрическая шайба с «холодным» спаем, именно она вставляется в гнездо газового электромагнитного клапана.

Наиболее распространенные термопары, используемые в газовых котлах, — хромоалюминиевая (ТХА), хромокопелевая (ТХК), железно-константановая (ТЖК). Все используемые сплавы, их обозначения и свойства приведены в следующей таблице.

Тип термопары (европейская классификация)	Материалы проводников спая	Российская маркировка	Диапазон температур, °C
K	хромель-алюмель	ТХА	-200 – 1 300
L	хромель-копель	ТХК	-200 – 850
J	железо-константан	ТЖК	-100 – 1 200
N	нихросил-нисил	ТНН	-200 – 1 300
T	медь-константан	ТМКн	-200 – 400
E	хромель-константан	ТХКн	0 – 600
S	платинородий-платина	ТПП10	0 – 1 700

Как работает термоэлектрический термометр в составе газового котла

Принцип действия термопары как части газового котла везде одинаков:

Сначала человек механическим путем открывает клапан подачи газа, удерживая кнопку электромагнитного клапана в течение 15-30 секунд.
Затем единожды нажимается кнопка пъезорозжига, возникает искра и зажигается запальная горелка.
Кнопка магнитного клапана удерживается еще на протяжении 30-60 секунд, пока рабочий спай термопары, находящийся рядом с запальником, не нагреется и не выдаст необходимое напряжение.
По прошествии 30-60 секунд кнопка электромагнитного клапана отпускается, но горение не прекращается, поскольку нагретая термопара вырабатывает достаточно напряжения для удержания газового клапана в открытом положении. Котел работает в штатном режиме, без вмешательства человека.
Как только горение прекращается, пламя больше не нагревает термопару, вследствие чего напряжения недостаточно для удержания электромагнитного газового клапана открытым, он закрывается, прекращая подачу газа.

Что такое битумный праймер и как с ним работать? Виды и характеристики битумных грунтовок. Битумный праймер для чего?

Инструкция по диагностике, ремонту и замене

Как проверить термопару на работоспособность

Неисправную термопару часто можно обнаружить визуальным осмотром без необходимости демонтажа котла. Во время розжига электромагнитный клапан не остается в затянутом положении после того, как ручка электромагнитного клапана отпущена, потому что на электромагнитный клапан не поступает необходимое минимальное напряжение. Клапан закрывается, и подача газа прерывается.

Можно обойти термопару, затянув или заклеив ручку тяжелым предметом, как это часто делается на практике. Однако мы не рекомендуем этого делать, так как если пламя погаснет, например, при ветре, подача останется открытой, газ не сгорит и попадет в помещение, что приведет к аварийной ситуации. Вы можете использовать эту отмену только временно, до прибытия техника или запасного устройства, всегда оставаясь возле котла и проверяя, есть ли пламя.

Чтобы убедиться в отсутствии неисправности или повреждения, рекомендуется проверить термопару с помощью мультиметра (тестера), настроенного на mV, или вольтметра:

Откручиваем гайку, фиксирующую термопару в гнезде электромагнитного газового клапана.
Снимаем рабочую часть термопары с кота.
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.
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.

Хорошая термопара газового котла должна выдавать напряжение 20 мВ (0,02 В) или более. Некоторые модели могут выдавать до 50-60 мВ. Если термопара выдает менее 20 мВ, она гарантированно неисправна. Однако не ремонтируйте и не заменяйте прибор поспешно.

Как и в каких случаях ее можно восстановить

Конструкция термопары такова, что любое повреждение или загрязнение может снизить выходное напряжение ниже критического уровня. Очень распространенной причиной неисправности является отложение грязи или сажи в рабочей зоне (нагреваемой части) термопары. Для ремонта термопары достаточно очистить ее мягкой щеткой или ватой со спиртом, стараясь не поцарапать и не повредить. После очистки рекомендуется снова проверить напряжение, следуя инструкциям выше.

Окисленные контакты также являются распространенной причиной, и их можно аккуратно очистить наждачной бумагой. Если на термопаре имеется глубокая черная вмятина или отверстие вследствие обгорания, она гарантированно требует замены.

Порядок замены термопары на новую

Установка новой термопары аналогична демонтажу: сначала прикрепите рабочую часть с горячим соединением к блоку горелки, просто затянув гайку. Таким же образом закрепите диэлектрическую шайбу на седле газового клапана.

Самый важный момент — при необходимости отрегулировать положение термопары по отношению к пилотной горелке. Принцип прост: пламя фитиля должно полностью охватывать рабочую часть термопары.

Цены

Цена термопары зависит от модели и используемого сплава. В среднем цены колеблются от 350 до 500 рублей. Ниже приведена таблица цен на термопары для наиболее распространенных моделей газовых котлов.

Модель	Стоимость, руб.
SIT 200 L=320 мм 0.200.003 для котлов Siberia 11, 11K, 17, 17K	450-550
SIT 200, L=750 мм — АОГВ — АКГВ СЕРИИ EUROSIT	500-560
55mm, M9x1 для Protherm Медведь PLO, Пантера 24 POV 0020027520	650-780
L = 250 для Ariston/Аристон SGA 120 R, 150 R, 200 R	1 500- 1 800
Универсальная термопара 30 mv, 60 sec, 90 cm	350-450

Отличия от датчика температуры

Помимо термопары, термоэлемент подключается к автоматическому топливному клапану котла, который отвечает за отключение основной горелки при достижении заданной температуры теплоносителя. Внешне колбовые элементы и медные соединительные трубки немного похожи друг на друга. Неосведомленный домовладелец может легко спутать эти датчики.

Вот основные различия между термодатчиком и термопарой:

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: Электрод — это один из двух типов термопар, которые могут использоваться для измерения величины. Термопара работает по другому принципу: специальная жидкость расширяется внутри колбы при нагревании. Давление передается по капилляру на автоматический клапан, который отключает основную горелку. При этом пилотное пламя не гаснет.

Как проверить и заменить термопару

Основным признаком неисправного датчика пламени является то, что фитиль гаснет одновременно с нажатием кнопки. Иногда проблема проявляется иначе — пламя в запальнике остается наилучшим образом

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.

Пояснение. Неисправный датчик тяги вызывает аналогичные симптомы, поскольку этот «концевой выключатель» подключен последовательно с термопарой (в разомкнутую цепь). Чтобы устранить влияние датчика, временно замкните его провода.

Для диагностики вам понадобится мультиметр или другой прибор, способный измерять низкие напряжения (до 100 мВ). С его помощью и проводится проверка:

Из какого бруса лучше строить дом для постоянного проживания. Какой брус лучше для строительства дома?

Закройте подачу газа к теплогенератору либо проточному водонагревателю краном, расположенным на подводящей трубе. Снимите кожух или переднюю панель агрегата.
Пользуясь рожковыми ключами, открутите гайки крепления термоэлектрода и соединительной трубки. Снимите датчик пламени.
Внимательно осмотрите рабочий электрод, очистите его от сажи кистью и ветошью. Если при визуальной проверке обнаружены прогары, термопара безоговорочно подлежит замене.
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.
Нагревайте термоэлемент конфоркой газовой плиты, наблюдая за показаниями вольтметра.

Основное требование — термопара, работающая на бойлер, должна выдавать напряжение не менее 0,02 вольта. Если прибор показывает нули, напряжение скачет или не превышает 20 мВ, элемент подлежит замене. Современные датчики не подлежат ремонту путем перепайки.

Совет. При покупке новой термопары всегда обращайте внимание на марку и модель котла, чтобы не запутаться в маркировках и обозначениях.

Если вы не хотите сначала снимать элемент, диагностику можно провести прямо на котле. Открутив гайку, отсоедините трубку термопары от автоматики и подключите мультиметр, как описано выше. Держите кнопку нажатой и включите запальник, чтобы получить показания. Недостаток метода: невозможно визуально осмотреть электрод и очистить его от нагара.

При установке новой термопары в газовый котел необходимо отрегулировать положение нагревательного стержня. В идеале электрод расположен горизонтально, не наклоняется вверх или вниз и хорошо омывается пламенем фитиля.

Заключение

Если вы знаете, как устроена термопара котла и как ее проверить, то выявить проблему и заменить датчик в домашних условиях не составит труда. Здесь важно выявить другие неисправности — либо поломку датчика тока, либо поломку катушки соленоида. Последнее повреждение характерно для бытовых моделей автоматических систем — «Арбат», ЖМЗ и так далее. Как провести ремонт подручными средствами, можно посмотреть в последнем видео:

Из чего состоит и как работает

Термоэлектрический инвертор представляет собой простейшую конструкцию, состоящую из двух проводников, соприкасающихся в одной или нескольких точках. Проводники изготавливаются из разнородных металлов. Такой состав позволяет устройству выполнять свою функцию подобно термопаре в газовом котле, благодаря естественному процессу, называемому «эффектом Зеебека».

Когда два тела из разных металлов прочно соединены друг с другом, а затем соединительная часть нагревается открытым пламенем, на свободных концах проводника возникает разность потенциалов. Когда к нему подключается вольтметр, цепь замыкается, и прибор показывает напряжение.

Хотя напряжение, возникающее в результате разности потенциалов между нагретыми металлами, не очень велико, даже оно может возбудить индукцию в катушках запорного клапана. Когда свободные концы начинают генерировать напряжение, клапан автоматически активируется. В результате топливо имеет свободный доступ к запальнику.

Важно помнить, что последние модели клапанов имеют особое устройство: Повышенная чувствительность катушек позволяет топливному каналу оставаться открытым до тех пор, пока напряжение не упадет ниже порогового значения в 20 мВ. Термопара обычно обеспечивает напряжение 40-50 мВ.

Материалы изготовления термопары для газового котла

Для изготовления термопар используются специальные сплавы драгоценных и недрагоценных металлов. Основным требованием при выборе материалов является наличие стабильной, повторяющейся зависимости между температурой и падением напряжения. Формирование групп сплавов для изготовления определенных нагревателей зависит от конкретных температурных диапазонов.

Следующие марки термопар можно приобрести в специализированных магазинах:

Тип Е (заводская маркировка – ТХКн). Материалом изготовления здесь выступают пластины хромеля и константа, что делает приборы особенно надежными. Рабочая температура допускается в диапазоне от 0 до +600 градусов.
Тип J (маркировка – ТЖК). Почти полная идентичность термопары типа Е, однако хромель в этом случае заменен железом. Качество термопары типа J также отличается высоким уровнем, при более низкой стоимости. Температурный режим варьируется от -100 до +1200 градусов.
Тип К (маркировка ТХА). Самая популярная разновидность термопары в котле отопления, получившая повсеместное распространение. Состоит из алюминиевых и хромовых пластин. Температурный диапазон – от -200 до +1350 градусов. Для изделий типа К характерна высокая чувствительность по отношению к температурным колебаниям, при значительной зависимости от условий эксплуатации. Активный контакт с углекислым газом приводит к заметному уменьшению срока службы. Перед тем, как почистить термопару в газовом котле, котел необходимо полностью остановить.

Особенности проверки и замены

Совет: С помощью наших проектных онлайн-калькуляторов вы можете быстро и точно выполнить расчеты для строительных материалов или конструкций.

Практика показывает, что ремонтировать термопару при ее поломке не имеет смысла. Основным признаком того, что клапан или термостат вышел из строя, является то, что газовый котел не включается сам по себе. Чтобы проверить работоспособность устройства, нужно к одному концу подключить мультиметр. Другой конец во время проверки нагревается зажигалкой или другим способом. На исправную термопару указывает показание напряжения на датчике около 50 мВ.

Если на концах проводника имеются следы окисления и загрязнения, а показания далеки от нормы, это верный признак дефекта. В таком случае лучше всего заменить старый элемент на новый, так как отремонтировать термопару газового котла практически невозможно. Попытки реанимировать вышедший из строя прибор чреваты очень плохими последствиями.