Основные типы термопар для газового котла: плюсы и минусы устройства

Даже далекому от газовых дел обывателю по одному названию становится понятным, что это один из элементов автоматики котельного оборудования. На самом деле термопара для газового котла – ключевая деталь системы безопасности. Без исправно работающего датчика агрегат не сможет работать, а новые модели с электронными блоками даже не запустятся. Поэтому термопару с проблемами нужно менять, иначе газовый котел выйдет из строя.

Как работает датчик пламени в газовом котле

По внешнему виду термопара напоминает обычную медную трубку с фиксирующей гайкой на конце. Несмотря на внешнюю простоту, устройство термопары газового котла оптимизировано для получения максимальной чувствительности и надежности датчика.

Термопара состоит из четырех частей:

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

Наконечник – спай из двух разнородных металлов или сплавов. Две небольшие детали, одна из которых выглядит, как закругленный конус, вторая – тот же конус, но меньшего размера.

Внутренний конус наконечника из одного сплава, это может быть «копель», вставлен в наружную оболочку из «хромеля». Обе части под давлением спаиваются так, чтобы между ними получилась общая поверхность. Чем больше ее площадь, тем выше чувствительность термопары и ниже рабочая температура.

Гильза изготавливается из бронзы или латуни, ее задача – защищать шов между головкой термопары и медным удлинителем. Внутри медной трубки проложен проводник из меди, который выходит и заканчивается контактной площадкой с изолирующей диэлектрической шайбой. Этот конец вставляется в контактный разъем (+) на АОГВ и жестко фиксируется гайкой-штуцером. Горячий спай устанавливается на кронштейн рядом с запальным устройством.

Для газовых котлов используются АОГВ с термопарой, фиксируемой штуцером или электрической колодкой. Если есть возможность выбирать, то лучше предпочесть модель с гайкой-штуцером.

Проблема в том, что напряжение на термопаре крайне мало, для хром-копелевого спая оно не превышает 25 мВ. Это значит, что даже небольшое окисление поверхности контактов может стать причиной неустойчивой работы системы розжига газового котла. В тех моделях, где контактная площадка фиксируется гайкой-штуцером, таких проблем не возникает.

Применение

Термопары используются везде, где требуется измерение температуры в технологической среде. Они применяются в автоматизированных системах управления в качестве датчиков температуры. Термопары типа ТВР, у которых внушительный диаметр термоэлектрода, незаменимы там, где требуется получать данные о слишком высокой температуре, в частности в металлургии.

Газовые котлы, конвекторы, водонагревательные колонки также оборудованы термоэлектрическими преобразователями.

Преимущества

• высокая точность измерений;
• достаточно широкий температурный диапазон;
• высокая надёжность;
• простота в обслуживании;
• дешевизна.

Недостатки

Недостатками изделий являются факторы:

• влияние свободных спаев на показатели приборов;
• ограничение пределов рабочего диапазона нелинейной зависимостью ТЭДС от степени нагревания, порождающей сложности в разработке вторичных преобразователей сигналов;
• при длительной эксплуатации в условиях перепадов температур ухудшаются градуировочные характеристики;
• необходимость в индивидуальной градуировке для получения высокой точности измерений, в пределах погрешности в 0,01 ºC.

Благодаря тому, что проблемы связанные с недостатками решаемы, применение термопар более чем оправдано.

Как работает «горячий» сплав термодатчика в пламени

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

У термопары для газового котла наружная поверхность головки-спая выполняет роль горячего проводника, внутренняя – холодного. От него тепло отводится по медному проводнику. Разность температур снаружи и внутри может достигать нескольких сот градусов.

Напряжение на термопаре при горящей газовой горелке зависит от использованных в спае сплавов и металлов. Самые чувствительные на основе металлов платиновой группы длительно выдают до 50 мВ. Датчики на основе цветных металлов дают 17-25 мВ.

Термодатчик не погружают непосредственно во фронт пламени. Этого делать нельзя, так как при контакте термодатчика с раскаленным газовым пламенем все детали разогреются до высокой температуры, и эффект термоЭДС исчезнет.

Поэтому ставят термопару на удалении 3-4 см от запальника. Это обеспечит нагрев горячего спая и нормальное охлаждение медной трубки. Термопары также устанавливают в твердотопливных котлах отопления. Например, у модели Лемакс термодатчик устанавливается над колосниковой решеткой.

Конструкция

Эффективность работы и высокая точность срабатывания данного первичного датчика температур базируется на простом принципе.

Его работа обеспечена такими основными элементами конструкции:

1. Спай термопары из 2-х разнородных проводников. Иногда вместо проводников могут быть установлены полупроводники.
2. Изолированные проводники, составляющие цепь от места спайки до точки вывода сигнала к внешним токоприемникам.
3. Экранирующее защитное покрытие — металлическая трубка, закрывающая провода цепи от воздействия открытого огня в газовом факеле.

Важно! В состав спая могут быть включены как цветные, так и благородные металлы. В зависимости от этого термопары группируются по нескольким модификациям, характеристика которых представлена ниже.

Основные типы термопар для газового котла

Моделей термодатчиков фронта горения газового оборудования много. На термопары существует даже ГОСТ Р 8.585-2001. Отличаются они между собой длиной медной трубки, оформлением и толщиной головки горячего спая и способом фиксации контактной площадки на блоке АОГВ.

Все модели выпускаются стандартной длины, от 30 до 150 см с шагом 30 см. Гайка штуцер может иметь резьбу М8х1, М9х1, 11/32 дюйма или цанга М10х1. Для некоторых моделей АОГВ используется контактная колодка-разъем.

Также термопары отличаются по используемым сплавам.

Для систем контроля газовых котлов используются четыре типа сплавов:

• тип Е изготавливается спаем сплавов константа и хромель. Работает при температуре до 740 ℃;
• тип J выполнен на основе железа и константа. Рабочая температура до 600 ℃;
• тип К имеет спай из алюминия и хромеля. Устойчиво работает до 1350 ℃, отличается быстрым откликом на изменение температуры. Для котлов, работающих на угольном брикете и газовом топливе, не используется из-за высокой чувствительности к повышенному содержанию СО, СО2;
• тип N работает при температуре до 1200 ℃. В спае использованы нихросил и нисил. Обладает высокой точностью. Применяется в газовых котлах большой мощности.

Кроме термопар на цветных металлах существуют модели на основе платино-платинородиевого спая. Обладают высокой стабильностью работы и низкой чувствительностью к загрязнению продуктами горения газового и брикетного топлива.

Стоимость платиновых термопар на порядок выше хромовых и железных, но применяются термодатчики на платинородиевых спаях преимущественно в промышленности. Пытаться ставить их на бытовые газовые котлы без шунтирования не имеет смысла, так как рабочее напряжение почти вдвое превышает потенциал на наиболее распространенных хромель-копелевых моделях.

Плюсы и минусы

Казалось бы, зачем ставить в газовый котел дополнительное устройство, если на теплообменнике уже стоит тепловой датчик. Как только температура медных стенок и воды поднимется на десяток градусов, автоматика поймет, что горение газового топлива происходит в штатном режиме. Но не все так просто.

Положительные стороны использования термодатчика на спае двух металлов

Первым и наиболее важным преимуществом термопары является простая конструкция и запредельная надежность устройства. Если горелка газового котла регулярно проходит обслуживание и настройку, то датчик горения может прослужить 20-25 лет.

Еще один плюс – небольшая инертность устройства. Термопара срабатывает за 20-25 сек с момента появления или исчезновения пламени. Были попытки упростить конструкцию газового котла и переложить функции термодатчика фронта горения на датчик температуры. Но оказалось, что время нагрева или остывания спирали датчика на порядок больше, чем у термопары. Соответственно в газовом котле успевает скопиться опасно большое количество газа и воздуха, топка могла попросту взорваться.

Минусы применения термопары

Отрицательных сторон немного. Долговечность датчика зависит от качества газа, полноты сгорания топлива и интенсивности отложения сажи на поверхности спая. Если газ загрязнен летучими карбонилами металлов, парами тяжелых нефтепродуктов, то головка спая покрывается белесым или угольным налетом.

Другие недостатки:

Термопара не подлежит капитальному ремонту или восстановлению. Потому при выходе ее из строя другого выхода нет, как поменять термопару в газовом котле. Причем желательно той же модели.

Деталь подвержена замыканию. Причины неизвестны, но считается, что это из-за скопления конденсата внутри медной трубки.

Руководство по ремонту газконтроля

Если газ на плите гаснет, то проблема может крыться не только в термопаре. Однако чаще всего дело именно в ней.

Основной признак проблем с газконтролем – после розжига конфорки и отпускания ручки или кнопки открытия «голубого топлива» пламя сразу тухнет. Это происходит из-за перекрытия клапана, так как термо-ЭДС для поддержания его открытым отсутствует либо недостаточна.

Причины шума конфорок газовых плит подробно изложены в статье, с полезной информацией которой стоит ознакомиться.

Самостоятельно выполнять проверку, производить ремонт и замену термопары в газовой плите своими руками следует только при полном перекрытии газа. Сначала необходимо закрыть вентиль на баллоне с газовой смесью или трубе с метаном, а только потом приступать к каким-либо работам. Также не стоит забывать об отключении электроснабжения, если в конструкции есть энергозависимые приборы.

Наконечник термопары располагается непосредственно возле конфорки и газового огня. А в духовке его найти можно возле рассекателя пламени в верхней части духового шкафа. Этот кончик должен быть без нагара, минеральных отложений и каких-либо повреждений.

Если рабочий наконечник термопарного датчика покрыт окалиной, то ее в обязательном порядке следует счистить наждачной бумагой. Чем больше нагара, тем меньше тепла доходит до термопары, а тем меньше она соответственно создает ЭДС. Полученных милливольт может банально не хватать для открытия электромагнитного клапана.

Как проверить перед заменой?

Термопара обычно имеет один наконечник для установки возле огня. Но есть и варианты с двумя или тремя кончиками контроля температуры. Их обычно используют в духовках, однако все зависит от конкретной модели плиты.

У термопар с несколькими рабочими наконечниками имеется особенность – если лишь один из них не нагрет или вышел из строя, то электромагнитный клапан окажется закрыт. Поэтому, чтобы точно найти причину проблем, подобные термопарные устройства проверять придется особенно внимательно. Неисправным может быть лишь один из датчиков.

Еще один момент – проводники термопары на участке до клапана должны быть натянуты или болтаться в корпусе плиты. При этом их подсоединение к электромагниту должно быть жестким, висящий «на честном слове» разъем здесь недопустим.

Выпускаются рассматриваемые устройства с длиной от 40 до 130 см. Выбирать по этому показателю термопарный прибор газконтроля следует очень внимательно. С одной стороны проволоку проводников нельзя излишне натягивать, а с другой она не должна лежать на нагреваемых поверхностях или свободно болтаться.

Как поменять устройство?

Перед тем как поменять поврежденную термопару в газовой плите, следует осмотреть прибор на:

• наличие на рабочем наконечнике нагара (если есть, надо счистить наждачной бумагой);
• отсутствие прогара данного наконечника (в этом случае только полная замена);
• жесткость соединения контактов термопарного датчика и клапана (при необходимости следует подтянуть);
• исправность самой термопары с выдачей при нагреве ЭДС на уровне минимум 15 мВ.

Менять рассматриваемый прибор следует только тогда, когда он точно неисправен. Во многих случаях, чтобы газовая плита вновь заработала, можно обойтись очисткой наконечника от нагара и проверкой контактов.

Рабочий наконечник термопары жестко зафиксирован возле конфорки или горелки с помощью гайки. Если она из-за накипи не поддается откручиванию, то излишне давить на ключ не стоит. Так можно лишь сломать крепление. Лучше воспользоваться сначала растворителем.

Второй конец термопары к электромагнитному клапану крепится с помощью резьбового разъема либо двух обжимных контактов. Снять их не представляется чем-то сложным. Новый термопарный датчик ставится в аналогичной последовательности – одним концом он крепится возле конфорки, а вторым к электромагниту.

Термопара в системе газового контроля

Существует два варианта работы датчика фронта горения. Первый используется в современных котлах, оснащенных электронной автоматикой контроля и управления процессом отопления. Как правило, контакт от термопары заведен в блок розжига. Напряжение от термоЭДС, поступающее на плату, открывает электронный ключ на базе тиристора или транзистора. А тот, в свою очередь, открывает электромагнитный клапан подачи газа.

В момент включения котла, в течение 20-25 секунд, пока спай не прогрелся, электронный ключ в открытом состоянии удерживается за счет конденсатора. Если от термопары не поступило напряжение на ключ, конденсатор разряжается, закрывается клапан, подача газа прекращается.

Второй вариант используется в старых напольных газовых котлах без электронных компонентов. Включение выполняется нажатием кнопки и механическим разблокированием магнитного клапана. Если розжиг газовой горелки состоялся, и на термопаре появилось термоЭДС, то сгенерированное напряжение блокирует клапан в открытом положении.

Переходим к чистке колонки

Перекрываем кран подачи газа к котлу. Ключом № 10 откручиваем винт крепления под дверцей котла и снимаем дверцу.

Отсоединяем провод, соединяющий пьезоэлемент и электрод розжига.

Ключом № 10 откручиваем фиксатор термопары. Ключом № 9 откручиваем термопару от клапана.

Примечание: необходимо следить, чтобы термопара во время откручивания не проворачивалась.

Отмечаем глубину вхождения форсунки в основную горелку, чтобы не нарушить настройку котла.

Ключом № 17 откручиваем гайку крепления медной трубки от горелки к клапану. Ключом № 10 откручиваем электрод розжига от пилотной горелки и медную трубку от пилотной горелки и клапана. Отверткой с плоским шлицем откручиваем два винта крепления пилотной горелки.

Прокладка, установленная под пилотной горелкой, пришла в негодность. Ее необходимо будет заменить.

Извлекаем форсунку из пилотной горелки.

Совет: если форсунка застряла, можно легонько обстучать горелку ключом.

Откручиваем четыре винта крепления основной горелки к корпусу котла и винт крепления корпуса, чтобы иметь возможность извлечь основную горелку.

Опуская основную горелку вниз, извлекаем медную трубку из клапана.

Извлекаем основную горелку.

Вынимаем гильзу термометра из корпуса котла.

Ключом № 10 откручиваем четыре винта крепления верхней крышки котла и снимаем ее и лист изоляции под ней.

Откручиваем две гайки крепления газохода к корпусу котла.

Снимаем клеммы с датчика тяги.

Снимаем газоход.

Извлекаем завихрители из теплообменника котла. Очищаем их щеткой. При необходимости, пользуемся щеткой по металлу.

Очищаем наружную часть теплообменника щеткой по металлу. Прочищаем каналы теплообменника ершиком на полную глубину. Прочищаем нижнюю часть теплообменника щеткой. Также очищаем зазор между корпусом котла и полом. Очищаем отслоившийся мусор с помощью пылесоса.

Ключом № 13 отпускаем винт, фиксирующий глубину вхождения форсунки в основную горелку и извлекаем ее.

Очищаем горелку ершиком и щеткой, прочищаем ее отверстия пылесосом. Очищаем газоход от пыли снаружи и изнутри.

Прочищаем наружную поверхность форсунки щеткой, затем чистим отверстия форсунки иглой или проволокой.

Примечание: игла должна быть меньшего диаметра, чем диаметр отверстия форсунки. Даже незначительное увеличение диаметра отверстия форсунки может повлиять на режим горения.

Устанавливаем основную горелку на место.

Устанавливаем медную трубку с форсункой и наживляем ее гайку на газовый клапан.

Только после этого закрепляем форсунку на горелке по метке ключом № 13.

Примечание: такая последовательность необходима для того, чтобы не сорвать резьбу в теле клапана.

Окончательно зажимаем гайку медной трубки ключом № 17.

Прочищаем пилотную горелку щеткой по металлу.

Так должна быть установлена термопара в пилотной горелке (кончик термопары напротив языка пламени).

Устанавливаем пилотную горелку на новую прокладку.

Перед установкой форсунки в пилотную горелку, ее необходимо немного притереть к наконечнику медной трубки для лучшей герметизации. Форсунку также следует прочистить или продуть.

Присоединяем медную трубку к пилотной горелке и к клапану ключом № 10.

Остальные детали котла собираются в обратном порядке. Электрод розжига при присоединении не следует зажимать ключом, достаточно сделать это от руки, т. к. он выполнен из керамики и может легко треснуть.

Производим контрольное обмыливание всех соединений. Проверить герметичность присоединения медных трубок к основной и пилотной горелкам удастся только при включении котла.

Нюансы подключения и проверка

Проверочную процедуру приходится выполнять при неустойчивом, затянутом старте котла, или если электронный блок розжига неожиданно перейдет в непрерывный цикл старт-стоп. В последнем случае часто необоснованно предъявляют претензии к контактам на термопаре. В реальности виноват компенсирующий конденсатор блока розжига.

Обязательно нужно проверять новую термопару. Для этого достаточно подключить к центральному контакту (+) и медной трубке (-) щупы мультиметра. Выставить предел измерения 1 В или 0,1 В, нагреть спай свечкой или газовой зажигалкой. На экране должно быть не менее 18 мВ.

Старую термопару на котле с АОГВ можно проверить, не демонтируя устройство:

• откручивают гайку-штуцер блока АОГВ;
• зажечь папальник;
• подключить щупы и снять показания.

Этот метод позволяет снять наиболее точные данные. Мультиметр должен показать не менее 25-28 мВ.

Обращайте внимание на положение гильзы с головкой спая. Она должна стоять вертикально, а пламя запальника обтекать только верхние 3 мм термодатчика. Любые другие варианты ведут к перегреву или недогреву устройства.

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.

Возможные неисправности и методы их устранения

Несмотря на то, что конструкция термодатчика проста, не содержит сложных, ломающихся элементов, термопара может также быть причиной регулярных выключений газовой горелки.

Проверку начинают с теста запуска котла. Если подача газа блокируется через несколько секунд после запуска автоматики, то первое, что нужно сделать, это закоротить контакты на прессостате. Датчик тяги находится в контрольной цепи автоматики, как и термодатчик, поэтому на момент проверки его нужно исключить.

Отсутствие надежного контакта

Часто работа горелки блокируется по элементарным причинам. Например, открутилась гайка-штуцер, или загрязнилась поверхность контактной площадки. Нужно выкрутить штуцер, дпротереть резьбу и контактную площадку спиртом, проверить состояние изолирующей прокладки и завернуть гайку-штуцер обратно.

Загрязнение или окисление поверхности спая

Температура спая всегда на 100-150 ℃ ниже, чем у фронта пламени. Поэтому при работе поверхность зарастает налетом, из-за которого точность термопары значительно снижается. Органическая грязь смывается уайт-спиритом и ацетоном, все остальное убирается щеткой с бронзовой щетиной.

Прогар

Определяется по наличию микроскопических каверн и участков выгоревшего металла. Иногда повреждение можно определить, если опустить медную трубку в воду и сильно подуть. Появятся пузырьки воздуха. В этом случае термопару в газовом котле нужно менять на новую.

Обращайте внимание, чтобы маркировка резьбы на штуцере замены совпадала со старой термопарой.

Неправильное положение

В процессе обслуживания горелки приходится снимать боковую облицовку, термоизоляцию, свечу и термопару. Нередко дело заканчивается тем, что гильза оказывается установлена ниже уровня запальника. Соответственно количество тепла, приводящего к спаю, уменьшается в разы, время срабатывания термопары увеличивается кратно.

Поэтому, прежде чем разобрать газовую горелку, будет полезным сделать пару фотографий камерой телефона. Такая подстраховка поможет поставить элементы розжига в правильном положении.

Термопара для газового котла была и остается главным элементом системы безопасности. Если выходит из строя, то лучше заменить аналогом, без экспериментирования с моделями от газовых плит, духовых шкафов или колонок.

Как проверить термопару котла, плиты, колонки: видео.

Поделитесь опытом, приходилось ли вам ремонтировать термопару или заменять датчиками с других моделей газовых котлов. Насколько успешным получилась подобная замена? Сохраните статью в закладках, поделитесь с друзьями из социальных сетей.

Какой прибор выбрать для измерения

Для выполнения тестирования термопары подойдет самый простой мультиметр, который обычно имеется в арсенале у домашнего мастера. В том случае, если потребуется купить новый, то лучше взять модель способную решать многие задачи, в том числе и замер температур.

Также нужно обратить внимание на то, чтобы мультиметр, кроме стандартных замеров напряжения, сопротивления и проводимости электроцепей, обладал такими функциями:

• «HOLD» — функция фиксации результатов измерения на дисплее;
• «REL» — функция выполняющая измерение относительно базового значения;
• ●))) — функция тестирования электроцепей с подачей звукового сигнала.

Важно! Мультиметр обязан быть безопасным для пользования. Данные по его электробезопасности указывается в инструкции завода-изготовителя и наносятся на корпус прибора. Для тестирования термопары достаточно приборов класса CAT II / IIІ, соответствующим электробезопасности для внутридомовых распредсетей и локальных сетей питания.

Также можно проверить термопару авометром — это прибор комбинированного принципа действия. В основном измеряет постоянные характеристики тока, сопротивления и напряжения. В сущности, название «авометр» собрано из названий 3-х приборов, которые традиционно используют для замера отмеченных параметров: амперметра, вольтметра, омметра.