Термопара для газового котла: принцип работы, как поменять

Как работает термопара для газового котла – устройство, принцип действия на видео. Как проверить датчик пламени в домашних условиях. Замена термопары своими руками.

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.

Разновидности термоэлектрических датчиков

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.

Как устроена термопара водонагревателяВ 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).

Как работает термическая пара сплавовПринцип 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:

Технические характеристики

Согласно ГОСТу P 8.585-2001, термопара представляет собой контролирующий температуру прибор, состоящий из 2-х проводников, изготовленных из разных сплавов. Каждый сплав отличается своим сопротивлением и электрическим потенциалом. Контакт между проводниками происходит как в одной, так и в нескольких точках, причём в некоторых моделях он возможен благодаря наличию компенсационной проволоки. Для изготовления термопар используются неблагородные металлы.

Термопара выглядит очень просто и состоит из литого корпуса головки, оснащённого крышкой и фосфорными колодками, благодаря которым происходит компенсация линейного расширения электродов. Наконечник изделия служит для надёжной изоляции рабочего спая, а защитная трубка состоит из рабочего и нерабочего участков. Все соединительные провода проводятся через штуцер, имеющий уплотнитель из асбеста. В случае если электроды изготовлены из благородных металлов, в качестве защитных труб могут быть использованы изделия из фосфора или кварца.

Погрешность показаний приборов составляет один градус, что считается довольно значимым показателем в работе газового отопительного оборудования, и не позволяет считать устройства приборами высокой точности. Неточность измерения температур объясняется конструктивными особенностями термопары. Дело в том, что соединение пластин-проводников между собой происходит по-разному. В одних моделях соединение происходит с помощью точечной сварки, в других – посредством пайки или обжима.

В случае если стык двух проводников выполнен некачественно, то погрешность будет составлять один или более градусов. Это является критической величиной погрешности, увеличение которой может негативно сказаться на работе и безопасности котла. Поэтому при выборе термопары необходимо ориентироваться на продукцию известных и проверенных производителей, так как для АОГВ погрешность в один градус является непозволительной роскошью.

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 установки для сварки термопар

Внимание! При повторении и эксплуатации предлагаемой установки для сварки термопар, в связи с отсутствием гальванической развязки контактов для подключения термопары, необходимо соблюдать полярность подключения установки к электропроводке. К термопаре должен быть подключен исключительно нулевой провод

Прикосновение к фазному проводу может привести к поражению электрическим током.

Существует несколько способов сварки термопар: в электрической дуге, в соляном электросварочном аппарате, с помощью ацетиленовой горелки и в графитном или угольном порошке. Я свариваю термопары для измерения температуры с помощью ЛАТРа и керамической емкости, наполненной порошком из графита. Технология простая, не требует специального оборудования, опыта и доступна для любого домашнего мастера.

По наследству мне досталась самодельная установка для сварки термопар, представленная на фотографии. Установка представляет собой металлическую коробку, в которой установлен ЛАТР, вольтметр переменного напряжения и керамический стакан для графитного порошка.

Электрическая схема установки представлена выше. Питающее напряжение через электрическую вилку подается с бытовой электропроводки через включатель и предохранитель на ток 5 А на первичную обмотку лабораторного автотрансформатора. Неоновая лампочка HL1 служит для индикации включенного состояния установки. Резистор R1 ограничивает ток через HL1.

На дне керамической чаши, наполненной графитным порошком, для подачи тока имеется медная пластина, на которую через латунный винт подается питающее напряжение с переменного контакта ЛАТРа. Нулевой провод, идущий с сетевой вилки, подключается к общему проводу ЛАТРа и к свариваемой термопаре с помощью зажима типа «крокодил».

Величина тока сварки зависит от величины напряжения. Для этого в установке имеется вольтметр переменного напряжения, обозначенный на схеме буквой V. Величина напряжения устанавливается вращением ручки ЛАТРа и подбирается экспериментально в зависимости от диаметра свариваемых проводов и лежит в пределах 20-90 В. В схеме нет специальных элементов, ограничивающих величину тока. Он ограничивается за счет сечения проводов схемы и величины сопротивления графитного порошка.

На фотографии показана лицевая панель установки для сварки термопар с обратной стороны. Как видите, ЛАТР закреплен непосредственно на дне коробки, а все остальные элементы электрической схемы закреплены непосредственно на панели.

Для сварки термопары на установке достаточно свить проводники, зажать их крокодилом и плавно прикоснуться к поверхности графита. Возникнет электрическая дуга, выделяющая большое количество тепловой энергии в одной точке. Проводники начинают оплавляться, и расплавленные металлы, смешавшись друг с другом, за счет сил поверхностного натяжения в жидкостях образуют аккуратный шарик, как на фотографии.

Время сварки обычно не превышает трех секунд. Горение дуги сопровождается характерным шипящим звуком, с понижающейся во времени частотой. При наличии опыта по звуку можно легко определить момент окончания процесса сварки. В связи с большой массивностью термопары для газовой колонки, на ее сварку понадобилось около пяти секунд.

Вот фотография хромель-алюмелевой термопары из проводов ∅0,5 мм, сварка которой продемонстрирована в видеоролике выше. Как видите, в месте сварки проводов образовался аккуратный спай круглой формы. Такая термопара прослужит долго.

На установке для сварки термопар мне приходится в основном сваривать хромель-копелевые (ТХК, Тип L) и хромель-алюмелевые (ТХА, Тип K) термопары с диаметром проводников 0,2-0,5 мм. Случалось при ремонте сваривать даже термопару типа К с диаметром проводников 3 мм. Хорошо свариваются между собой медные и алюминиевые провода диаметром до 2,5 мм. Но при монтаже электропроводки установку применять для сварки соединений из-за ее габаритных размеров сложно.

Для защиты глаз от яркого света при визуальном контроле над процессом сварки очки или защитную маску сварщика использовать неудобно, поэтому я использую нейтральный светофильтр высокой плотности от фотоаппарата.

Как показала практика, с помощью простейшей установки, представляющей собой ЛАТР и керамическую чашу с графитным порошком, можно успешно выполнять ремонт термопар, применяемых в системах автоматики газовых колонок, в домашних условиях своими руками.

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.

Как разжечь пилотную горелку АОГВ

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.

Устройство подачи газа в аппаратах ЛемаксЭлектрод термопары располагается рядом с запальником на всех водогрейных аппаратах

Достоинства и недостатки применения термопары

Достоинства:

  • Несложная и недорогая конструкция;
  • Термопара является одновременно и температурным датчиком, датчиком контроля пламени;
  • Продолжительный срок эксплуатации ввиду отсутствия движущихся деталей;
  • Большой спектр фиксируемых температур;
  • Производимые измерения отличаются достаточной точностью;
  • Элемент легко монтируется и переустанавливается.

Недостатки:

  • Зависимость между разницей потенциалов и температурой не является линейной;
  • Существует предельный уровень напряжения в 50 мВ, что создаёт некоторую неточность при выявлении температурных значений;
  • Возможность ремонта элемента практически отсутствует, в большинстве случаев приходится прибегать к полной замене.

Обратите внимание: вполне возможно, что термопара не функционирует должным образом по той причине, что в точке подключения возникли проблемы с контактом. В такой ситуации будет разумно снять удерживающие контакты гайки, а потом извлечь элемент и привести контакты в порядок. Далее термопару нужно будет просто вмонтировать на прежнее место.

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.

Устройство блока управления 630 SIT

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.

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.

Контроль горения пламени для газовой плиты

Для современных газовых плит характерна достаточно сложная конструкция, однако, именно эта внутренняя сложность обеспечивает комфортное пользование функциями плиты. Многие из моделей оснащены электроподжигом, поэтому, как и другие бытовые устройства, они могут полноценно функционировать только при наличии подключения к источнику питания.

Работает электроподжиг следующим образом: специальный конденсатор накапливает заряд, а как только достигается необходимое значение, высвобождает его с помощью ключевого элемента. Высоковольтный импульс осуществляет пробой разрядника, локализованного около конфорки, и формирует электродугу, которая в свою очередь и зажигает газ.

Применение электроподжига актуально только для конфорок. Аналогичные конструкции в духовках требуют использования дополнительной проводки и общего видоизменения системы. Но кроме этого и для конфорок, и для духовок с электроподжигом в обязательном порядке необходим термоэлемент, отслеживающий наличие/отсутствие пламени.

Термопара в газовой плите

С помощью термопары, встроенной в газовую плиту, можно избежать неприятностей, связанных с внезапным отключением газа. При снятии с конфорки отражателя и рассекателя, должны обнаружиться:

  • Свеча, вроде автомобильной (требуется для розжига пламени);
  • Термопара (отвечает за контроль процесса горения).

Как только термоэлемент газовой плиты отмечает угасание пламени, производится перекрытие канала подачи газа. Это очень удобно, однако, необходимо учитывать, что существуют разные конструкции и модели газовых плит, но не каждая из них подразумевает наличие одновременно и электроподжига, и контролирующего элемента (термопары). Поэтому, следует обязательно уточнять данный момент. Удобнее всего это делать ещё до покупки, обратившись за помощью к консультанту, либо после, самостоятельно изучив инструкцию по применению и всю прилагаемую к прибору документацию.

zen.yandex.ru

Как и в случае с газовыми котлами, для газовых плит применяются преимущественно термоэлементы типа хромель-алюминь, который при нагреве в точке спая до 300оС даёт уровень напряжения в 12-13 мВ. В случаях, когда нет необходимости в абсолютно точном контроле температурного режима возможно использование компаратора (от «compare» – сличать, сравнивать), который будет соотносить заданный уровень напряжения с тем, который выдаёт термоэлемент. Когда будет зафиксировано соответствие – схема сработает. В чём это будет выражаться, зависит от того какими именно алгоритмами руководствуется каждое отдельно взятое устройство.

В стандартном варианте контакты термоэлемента защищаются специальным экраном, это позволяет избежать помех и неполадок в работе (неправильных замеров или несвоевременных срабатываний). Также возможно использование варианта с «витыми» проводками.

Обычно элемент розжига имеет дополнительное оснащение в 4-6 пар контактов, любая из которых может сформировать искру. Это возможно благодаря тому, что соединение у этих контактов не общее, а параллельное. Это помимо прочего даёт возможность для дооборудования духовки. Например, для некоторых моделей даже предоставляются специальные указания относительно того, как и где понадобится провести проводку, чтобы вмонтировать электроподжиг внутри духовки. Аналогичным образом можно установить и дополнительный термоэлемент. Особенно этот вариант подходит тем, кто имеет достаточный опыт в работе с электротехникой.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала

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.

Как почистить термопару газового напольного котлаНагреваемый 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.Как самостоятельно снять 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.

Цены

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.

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

Как правильно выбрать

Фото 6

Чтобы прибор исправно работал и не привёл к сбою всю систему, необходимо внимательно выбирать устройство. Для этого учитываются такие особенности:

  1. Технические параметры термопары должны полностью соответствовать характеристикам газового котла.
  2. На устройстве не должно быть видимых повреждений (микротрещины, сколы, потёртости).
  3. Маркировки должны быть видны.
  4. Предпочтение отдают продукции только проверенных компаний, которые несут ответственность за качество изделий.

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

Погрешность измерений

Правильность температурных показателей, получаемых с помощью термопары, зависит от материала контактной группы, а также внешних факторов. К последним можно отнести давление, радиационный фон либо иные причины, способные повлиять на физико-химические показатели металлов, из которых изготовлены контакты.

состоит из следующих составных частей:

  • случайная погрешность, вызванная особенностями изготовления термопары;

  • погрешность, вызванная нарушением температурного режима «холодного» контакта;

  • погрешность, причиной которой послужили внешние помехи;

  • погрешность контрольной аппаратуры.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...