Что такое термопара для газового котла — принцип работы, устройство, порядок замены

Термопара — это контрольно-измерительный модуль, устанавливаемый в газовых котлах, и выполняющий роль защитного элемента для аварийного перекрытия клапана подачи газа при затухании огня. Его работа не зависит от подачи электричества, то есть данный модуль полностью автономный. Также он активно используется в промышленности для точного измерения температуры в условиях агрессивной среды. А ещё термопары сейчас повсеместно устанавливаются в смартфонах, компьютерах. Именно с их помощью устройство отслеживает нагрев расположенных на материнских платах комплектующих.

Для чего нужна термопара в газовом котле

Термопара устанавливается на газовый котел для обеспечения дополнительной защиты от возможных протечек газа, когда огонь затухает. Иногда его ещё называют как «датчик контроля огня». Как только внутри камеры горения температура снижается, то автоматически перекрывается и блокируется клапан подачи газа. Как правило, до остывания датчика даже вручную открыть клапан — нельзя.

Читайте больше: Почему гудит газовый котел

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.

Видео по теме:

Как работает термопара в газовом котле

Принцип работы основан на таком физическом явлении, как электродвижущая сила (ЭДС, открыта Томасом Зеебеком ещё в 1821 году). Основные положения явления:

• в замкнутой цепи между двумя контактирующими проводниками из разных материалов возникает электрический ток;
• чем выше разница температур в месте контакта (спаек) — тем выше напряжение генерируемого тока.

То есть принцип работы устанавливаемой термопары газового котла следующий:

• когда внутри камеры горения отсутствует огонь, то датчик генерирует определенное напряжение;
• когда внутри камеры горения зажигается огонь, то температура вырастает, возникает большая разница температур в месте контакта проводников, из-за чего генерируется электрический ток.

А Вы до этого знали, как работает термопара?

Конечно знал

100%

Нет. Век живи, век учись

0%

Проголосовало: 1

Вырабатываемого тока при нагреве датчика достаточно для удерживания электромагнитного клапана подачи газа в открытом положении. Но как только огонь гаснет, напряжение падает, клапан автоматически закрывается.

Общее устройство термопары, устанавливаемых в газовых котлах, следующее:

• термоэлектрод со спаем двух проводников;
• удлинительный контакт (расположен внутри капиллярной трубки, он же выступает в качестве минусового контакта);
• плюсовой контакт (именно на него закручивается фиксирующая диэлектрическая шайба);
• фиксирующая шайба (диэлектрик, не пропускающий ток).

Главное преимущество данного модуля заключается в том, что для его работы вместе с электромагнитным клапаном не нужно устанавливать блока управления, микропроцессора. То есть вся система работает автономно, подключать её к электричеству не нужно. Среднее напряжение, которое генерируется модулем, установленного в газовых котлах: от 15 до 60 мВ.

Рекомендуем прочитать на нашем сайте: Почему газовый котел не набирает заданную температуру.

Устройство и принцип действия

Главный принцип работы датчика тяги газового котла — замыкание и размыкание контактов.

Он работает согласно законам физики, тем самым контролируя температуру сгоревшего топлива. При смещении показателя температуры в неприемлемую зону, датчик тяги передает соответствующий сигнал в электронный блок управления котлом.

Тип датчика напрямую зависит от типа и конструкции газового котла, в котором он установлен.

Котел с естественной тягой и открытой камерой сгорания

Основным элементом является пластина, состоящая из двух металлов, имеющих разные характеристики деформирования из-за нагревания, а так же два контакта, которые сводятся и разводятся данными пластинами. Как правило, одна из этих пластин неподвижно закреплена на корпусе датчика, а вторая деформируется из-за термического воздействия.

Датчик должен соответствовать типу топлива. Если котел работает на сжатом природном газе, датчик должен функционировать в температурном диапазоне от 95 до 950 °С, если на сжиженном — от 75 до 1500 °С.

В том случае, если сила тяги становится меньше, происходит скапливание сгоревших газов. Из-за данной неисправности температура измеряющего устройства растет. Биметаллическая пластина размыкает контакты и прекращается подача газа в горелку, то есть блок управления котлом выполняет его экстренное отключение.

Работа возобновиться, когда датчик остынет и его температура опустится в соответствующие рамки. Это значит, что он также выполняет роль термостата.

С принудительной тягой и закрытой камерой сгорания

В данном случае датчик тяги имеет конструкцию пневматического реле с очень чувствительной мембраной. Дутьевое устройство создает сильную тягу и движение сгоревших газов. Под их воздействием мембрана деформируется и замыкает контакты датчика. Блок управления в это время выявляет нормальную работу котла с достаточной тягой.

Но, при недостаточной тяге, не хватает усилия для смещения мембраны и она возвращается в свое изначальное положение. Контакты при этом размыкаются и отопительное устройство прекращает свою работу.

С конденсационным типом отопления

Датчики, как и на котлах с естественной тягой, работают по принципу деформирования биметаллической пластины, однако заводом изготовителем настроены на более низкий температурный режим.

Диагностика, ремонт и замена

Первоначальная проверка термопары выполняется даже без разбора газового котла. Самый распространенный «симптом» — это затухание огня после отпускания кнопки розжига, даже когда котел изнутри уже достаточно сильно прогрелся. Если огонь гаснет, то это означает, что клапан не удерживается в открытом состоянии. То есть термопара не генерирует достаточное напряжение для его открытия.

С этой статьей также читают: Основные причины, почему не включается газовый котел.

Также проверяют термопару путем визуального осмотра. Наличие прогаров, отверстий или ложбин — явный признак неисправности.

Как проверить термопару на работоспособность

Для подтверждения «диагноза» следует проверить термопару мультиметром. Как извлечь модуль — точно указывается в технической документации к котлу.

Как правило, для этого необходимо:

• открутить возле электромагнитного клапана фиксирующую гайку;
• вынуть датчик из паза, отключить клеммы (если предусмотрены);
• любым удобным способом нагреть датчик (рекомендуется использовать свечу, но прогревать так, чтобы корпус модуля полностью обволакивало пламя);
• замерить напряжение (один щуп приложить к корпусу датчика, второй — к выходному контакту).

Слово эксперта!

Мартьянов Павел

Специалист в области обслуживания газового оборудования, стаж работы 20 лет

Задать вопрос

При проверке исправности термопары мультиметром один щуп устанавливайте на корпус термопары, другой на свинцовый конец. Напряжение должно постепенно расти и быть не меньше 15 мВ (в этом случае газовый клапан находится в открытом положении и фитиль не гаснет).

Как правило, рабочее напряжение термопары после тщательного прогрева составляет 0,015 – 0,06 В. Если ток меньше 15 мВ, то это однозначно указывает на неисправность датчика, требуется его ремонт или замена.

А вот проверить тестером работоспособность через «прозвонку», как это рекомендуют на многочисленных форумах — не лучший вариант. Вполне возможно, что из-за перегрева или окиси спай «разорвался» и проводник замыкает на корпус. То есть разрыв цепи фактически есть, но мультиметр этого не покажет.

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.

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).

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:

Преимущества и недостатки использования термопар

Есть 2 ключевых преимущества таких модулей:

• дешевизна производства;
• автономная работа.

Дополнительные преимущества установленных в котле термопар:

• могут выступать и в качестве температурного датчика;
• широкий диапазон рабочих температур (с вольфрамовым проводником могут работать при температуре выше 2000 градусов);
• точные показатели измерения;
• простой монтаж и замена.

Недостаток единственный: при плохо выполненной спайке термопара выходит из строя достаточно быстро. А это бывает даже при спайке проводников в заводских условиях. Визуально незаметная микротрещина приведет к образованию окиси, а в дальнейшем — прогара. Это дополнительная причина, почему ремонт прогоревшего модуля в домашних условиях — нецелесообразен.

Читайте на сайте больше: Рейтинг самых дешевых и экономичных газовых котлов для частного дома (квартиры)

Выбор газового клапана

Для того, чтобы выбрать электромагнитный газовый клапан, следует уделить внимание ряду нюансов:

Во-первых, надо определиться с местом, где он будет использоваться и исходя из этого уже нужно смотреть на свойства, которыми он должен характеризоваться. Электрообслуживание. Лучше всего отдать предпочтение клапану с небольшой мощностью и искробезопасностью или с дополнительной ручной регулировкой. Давление. Выбирая клапан, обязательно уточните какое давление на трубопроводе. Оно не должно превышать номинальное давление дополнительного оборудования, поскольку слишком высокое давление может испортить механизм. Напряжение в сети Этому показателю стоит уделить особое внимание, поскольку повышенное/пониженное напряжение может привести к негативному исходу — клапан попросту может сломаться

Окружающая среда Также важно обращать на условия, в которых будет протекать работа клапана. Важно, чтобы технические характеристика клапана были схожими с характеристиками рабочей среды: влажностью, вибрациями, перепадами температур и т.д

Ремонт термопары своими руками

В 95% случаев ремонт термопары не целесообразен или невозможен. Исключения — следующие ситуации:

1. Причиной неисправности является наличие нагара или сажи в рабочей области (где находится спайка). Удалить его можно с помощью спирта или других растворителей. А вот шлифовать или обрабатывать наждачной бумагой — не стоит.
2. Окислившиеся контакты в месте соединения с клеммами. Их убрать можно аккуратной шлифовкой на «нулевой» наждачке. Иногда помогает и обработка спиртом.

Рекомендуем прочитать на нашем сайте: Порядок замены старого котла на новый

А вот чего делать точно не следует, так это фиксировать кнопку розжига для принудительного открытия клапана подачи газа. Так иногда поступают, когда модуль термодатчика неисправен, а заменить его прямо сейчас нет возможности. Нужно понимать, что это несет потенциальный риск для всех, кто находится в помещении, где установлен котел. Ведь в случае его затухания (например, из-за задувания со стороны дымохода) подача газа не будет автоматически перекрыта.

Принцип работы

Многие газовые плиты иностранного производства имеют такую комплектующую термопары, как датчик газового контроля. Это устройство часто капризничает и перекрывает подачу газа тогда, когда это совершенно неуместно. Например, если на газовую плиту попадет немного воды или в кухне будет сквозняк, датчик сработает и перекроет подачу газа. Термопара в газовой плите устанавливается возле газовых конфорок и в духовке.

Для начала необходимо определить, в чем причина плохой работы датчика. Он может либо не работать вообще, либо работать с перебоями, отключить подачу газа без причины.

Часто причиной могут стать отходящие контакты.

Иногда термопару нужно лишь поправить либо же убрать загрязнения. Чтобы почистить термопару, возьмите кусочек наждачной бумаги и проведите несколько раз под конструкцией рассекателя пламени.

Проверить, нужна ли чистка вашему датчику, можно с помощью двух простых способов.

1. Нажать на кнопку и вызвать электрический розжиг. Если конфорка горит, но, как только вы отпускаете кнопку, она тухнет, значит, не работают контакты. Их нужно почистить или поправить.
2. После того как вы зажгли конфорку и отпустили руку, через несколько секунд пламя потухло – необходимо проверить контакты.

Отличия от датчика температуры

В автоматических газовых котлах, помимо термопары, может устанавливаться ещё и датчик температуры — он позволяет снизить интенсивность пламени при достижении заданной пользователем температуры.

Визуально они похожи, поэтому их можно перепутать. Основные отличия:

• у датчика температуры основа — это массивный цилиндрический сифон в форме запаянной медной колбы;
• у термодатчика — более тонкая капиллярная трубка;
• термодатчик устанавливается возле водяного радиатора (так как замеряет температуру теплоносителя, а не пламени в камере горения);
• термодатчик соединяется с клапаном автоматики.

Термопара Датчик температуры
Принцип работы температурного датчика также отличается. Внутри колбы — специальная жидкость, которая при нагревании расширяется, передает давление в автоматику, а та, в свою очередь, регулирует положение клапана.

Рекомендуем статью: Как правильно выбрать источник бесперебойного питания

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.

Виды термопар

Термопары для бытовых газовых котлов преимущественно хромель-алюмелевые. Они одни из самых дешевых в производстве, выдерживают нагрев до температуры порядка 1500 градусов (в камере горения она в среднем 1000 – 1200 градусов). Но изготавливают их и из других материалов. Самые распространенные:

• платинородий-платинродиевые (ТПР);
• платинородий-платиновые (ТПП10);
• вольфрамрениевые.

Преимущественно такие вариации используются в промышленных котлах. Принцип их устройства и работы — аналогичен. Единственное отличие — это максимально допустимая рабочая температура (а также генерируемый ток).

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:

• один конец устройства соединяют с мультиметром;
• второй конец вручную нагревают при помощи зажигалки или газовой горелки.

Как соединить прогоревшую термопару автоматики газового котла

В теории, спаять прогоревший модуль можно. Возможные варианты сварки:

• в соляном электросварочном аппарате;
• с помощью ацетиленовой горелки;
• сварка в угольном или и графитном порошке (в керамической емкости).

А вот ток сварки — примерно 80В 5А. Это показания для хромель-алюмелевой термопары. То есть без лабораторного автотрансформатора (он же ЛАТР) не обойтись. И в дополнение к этому — вероятность того, что шов получится неровным и при нагревании модуль вообще не будет вырабатываться электричество — большая.

Стоимость же новой термопары для котла — от 200 до 1500 рублей (в зависимости от модели). Самые дешевые действительно можно отремонтировать в домашних условиях, если есть подходящее для этого оборудование. А вот дорогие (с платиновыми или вольфрамовыми проводниками) ремонту, как правило, не подлежат, их просто заменяют.

Итого, термопара — это простое с технической стороны устройство, которое обезопасит от протечки газа в случае затухания котла. Средний срок службы такого модуля — 5 лет. Производители котлов рекомендуют производить их диагностику не реже 1 раза в 3 года.