Термопара для газового котла: принцип работы, характеристики, устранение неисправностей. Как проверить термопару на газовом котле — принцип работы

Что такое термопара?

В конструкцию термопары входят два разнородных проводника, которые непосредственно контактируют между собой в одной или нескольких точках (в редких случаях соединяются компенсационными проводами). Когда на участке датчика происходит изменение температуры, внутри устройства создается напряжение.

За счет этого осуществляется контроль температуры и защита от перегрева. Также термопары могут применяться для конвертации тепловой энергии в другие виды энергии, в том числе и в электрический ток.

Главные характеристики термоэлектрического преобразователя напрямую зависят от материала, из которого они производятся. Любой термодатчик сделанный из двух разных металлов будет вырабатывать электрический потенциал под воздействием температуры, но для каждой комбинации металлов температура срабатывания будет разной. За счет этого термопары различаются по уровню контроля температуры.

Видов терморегуляторов большое множество, но важным будет их устойчивость к коррозии. В тех моделях термоэлектрических преобразователях, где температурный датчик находится на достаточном удалении от измерительного прибора, в конструкции для их соединения применяют расширительную проводку, благодаря чему снижается стоимость устройства.

Большинство термопар при производстве стандартизируют по эталону температуры, который составляет 0 градусов Цельсия. Большинство производителей применяют технологии электронной компенсации холодной спайки, за счет чего производится корректировка перепадов температуры на клеммах устройства.

Также за счет специальной электротехники можно сводить к минимуму отклонение других характеристик, что делает термопары более точными, а измерения максимально приближенными к действительности.

Термоэлектрические преобразователи получили большое распространение как в бытовой, так и в промышленной нагревательной технике. Эти простые, но полезные устройства можно найти в конструкции газовой колонки, кухонной печи, промышленной печи, газовой турбины выхлопных газов, дизельного двигателя и т. д.

Основные моменты

Мультитметр используют в качестве термометра, если надо провести измерения температуры в сложных условиях – открытое пламя, ядовитые вещества, трудный доступ к объекту, слишком горячий объект.

Многие мультиметры обладают встроенной функцией измерения температуры. В этом случае пользоваться прибором несложно, так как не придется вносить никаких изменений в его конструкцию, достаточно только разобраться, какой режим выбрать. Обычно этот режим промаркирован буквами «temp», а в комплекте с мультиметром идет термопара, представляющая собой провод с датчиком. Для подключения термопары на корпусе предусмотрено два гнезда.

Большинство тестеров способно работать с температурой от -40 до 1000 градусов по Цельсию. Если вы приобрели недорогой мультиметр, стоит обратить внимание на то, какая термопара идет в комплекте. Дело в том, что большинство мультиметров имеют достаточно тонкие провода, которые могут оплавиться при воздействии на них температур свыше 250 °C. Надо также обращать внимание на то, возможно ли измерение температуры жидкостей или только газов.

Если вы собираетесь работать с высокими температурами, то штатную термопару лучше сменить на специальную, конструкция которой рассчитана на измерения в более сложных условиях.

Для некоторых приборов потребуется использовать специальный переходник, так как мультиметры имеют одинарные входы, а профессиональная термопара – миниатюрную вилку. После подключения термопары необходимо выбрать режим измерения температуры: он может быть в градусах по Цельсию или Фаренгейту.

Для того чтобы узнать, какая температура, необходимо коснуться кончиком термопары интересующего объекта. Данные сразу же появятся на электронном дисплее.

Длительность контакта с объектом составляет всего 2-3 секунды, для точности измерений контакт должен быть плотным. Проверить правильность работы мультиметра можно, сравнив его показания с показаниями термометра. Важно также следить за полярностью подключения термопары.

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.

Замена термопары самостоятельно в газовой плите

Для того чтобы выполнить замену термопары, с газплиты необходимо осторожно снять переднюю рабочую панель, поднять панель с установленными конфорками.

Наконечник термодатчика жестко закреплен около конфорки либо горелочного устройства посредством гайки. Возможно, что она в процессе работы закипела и сразу не откручивается.

В этом случае не рекомендуется сильно нажимать на гаечный ключ, так как возможно сломать крепление и повредить плиту. Предварительно потребуется обработать соединение специальным аэрозолем для растворения накипи.Алгоритм замены термопары на газовой плите:

1. При помощи гаечного ключа откручивают гайки, которыми зафиксирован термодатчик к электромагнитному клапану.
2. Осторожно достают один из рабочих зон термодатчика.
3. Осматривают рабочую зону. Если она покрыта различными загрязнениями либо поверхность повреждена процессами окисления, ее потребуется зачистить мелкой наждачной бумагой.
4. Второй наконечник датчика к э клапану монтируется посредством резьбового соединения или 2-х обжимных соединений. Убрать их не сложно.
5. Проверяют при помощи мультиметра датчик.
6. Один из наконечников присоединяют к мультиметру, а второй нагревают при помощи обычной зажигалки.
7. Прибор должен показать значение не ниже 20 мВ.
8. Исправный первичный датчик устанавливается в обратной очередности. Одним наконечником он укрепляется около конфорки, а другим к электромагниту.

Пользователю газовой плиты, который самостоятельно решил заменить неисправную термопару нужно обратить внимание на ее конструкцию при выборе. Лучше использовать родную термопару согласно модификации газовой плиты.

Все термопары выпускаются разными по длинам от 45 до 120 см, что связано с конструкцией плит. Важно при установке обратить внимание на то, что проводники датчика в зоне до клапана не должны быть перетянуты либо болтаться. Их соединение с клапаном обязано быть жестким, свободный разъем в данном соединении непозволительно.

Смена в духовке термопары для газовой плиты Hansa производится несколько другим образом. Прежде необходимо убрать крышку газплиты, которая располагается на обратной стороне конструкции.

Далее находят термопару и отсоединяют ее от рассекателя пламени в духовке. Проверку на работоспособность проводят аналогично вышеобозначенному алгоритму.

Как определить неисправность датчика температуры редуктора?

Определить, когда датчик температуры газового редуктора вышел из строя, можно по следующим признакам, которые сложно не заметить:

1. Двигатель внутреннего сгорания не переходит на газовую смесь.
2. Испаритель не прогрелся до оптимального показателя температуры, а двигатель уже перешёл на газовую смесь.

Как проверить датчик температуры на редукторе ГБО? Нужно выкрутить его из редуктора и измерить сопротивление. При комнатной температуре оно должно выжать 1,6 кОм, при нагреве будет начинает падать. Если при нагреве датчика примерно до 60℃ сопротивление падает до 0,5 кОм и вновь резко идёт до бесконечности, значит, присутствует обрыв цепи.

Если прибегнуть к хитрости, и запрограммировать ЭБУ на функцию «теплый старт», машина заведётся сразу на газе. При такой раскладке быстрее изнашиваются инжекторы и редуктор, а на холоде в зимнее время двигатель машины не заведётся вообще.

В настоящее время в продаже имеются несколько моделей газовых контроллеров которые не требуют подключения датчика температуры редуктора. Этим системам, чтобы они перешли со штатного топлива на газовую смесь, нужны такие параметры, как давление и температура газа, количество оборотов ДВС. Данная модификация газобаллонного оборудования имеет свои достоинства и недостатки.

Мастера не видят особых отличий в функционировании ЭБУ ГБО с возможностью подключения температурного датчика или без него. В целом на производительность ГБО это не влияет.

Современное газобаллонное оборудование относится к новым технологиям в области питания горючим транспортных средств. Производители постоянно работают над совершенствованием своих систем. Принцип работы ГБО 4 -й генерации остаётся прежним, но вот его конструктивные элементы могут по-разному настраиваться и монтироваться.

Как сварить сгоревшую термопару газовой колонки

В связи с профессиональной необходимостью мне периодически приходится заниматься изготовлением термопар для приборов поддержания заданной температуры в сушильных шкафах и в оборудовании отжига витых магнитопроводов для трансформаторов при температуре 800°С.

Центральный провод термопары был сварен с медным проводом электропроводки и имел длину около 5 см. На фотографии место спайки хорошо видно слева. Такой длины провода хватило бы на несколько ремонтов.

Трубчатый проводник термопары длиной около сантиметра весь выгорел, но осталась его часть с более толстой стенкой.

С центрального проводника было удалено место прежней сварки, и детали термопары были очищены от копоти и нагара с помощью мелкой наждачной бумаги.

Центральный проводник был вставлен в основание термопары с таким расчетом, чтобы его конец выступал на один миллиметр. Сварка производилась на специальной установке, устройство и схему которой я опишу ниже, в течение около четырех секунд при напряжении 80 В и силе тока около 5 А.

Видеозапись процесса сварки термопары я не стал делать из опасения повреждения фотоаппарата от яркой дуги, но сделал через пару секунд после окончания сварки снимок раскаленного графитного порошка.

Спай термопары получился, вопреки моим ожиданиям, отличного качества и красивой формы. Появилась уверенность, что ремонт термопары затеял я не зря.

Для исключения замыкания центрального проводника термопары на ее корпус, в зазор была плотно набита вата из стекловолокна. Хорошо для этих целей подойдет и асбест.

Для уверенности в том, что термопара работает, она была нагрета с помощью паяльника до температуры около 140°С.

Мультиметр зафиксировал ЭДС, вырабатываемую термопарой, величиной 5,95 мВ, что подтвердило исправность термопары. Осталось провести проверку работоспособности термопары в газовой колонке.

Хотя термопара стала на сантиметр короче, но все равно ее длины вполне хватило, чтобы месту спая находится в пламени запальника. Реставрированная термопара безотказно работает в газовой колонке уже несколько месяцев, и, полагаю, проработает намного дольше, чем термопара заводского изготовления, так как место спая стало гораздо массивнее.

Преимущества и недостатки

В силу того, что изготавливать термопару достаточно просто и недорого, она стала незаменимым элементом автоматики и контроля в газоиспользующем оборудовании. Помимо этого, есть и другие преимущества данных изделий:

• Выступая в роли датчика контроля пламени, термоэлектрический элемент может работать и как датчик температуры.
• Отсутствие движущихся частей, сложных комплектующих и дорогих материалов делает изделие недорогим и долговечным.
• Широкий диапазон измеряемых температур.
• Достаточная точность измерений, позволяющих использовать данное устройство в отопительной технике.
• Простота, с которой производится монтаж или замена термопары в газовом котле.

Из недостатков термоэлектрических датчиков можно отметить то, что возрастание разницы потенциалов происходит не пропорционально росту температуры, то есть, зависимость нелинейная. Кроме того, рост напряжения имеет предел и он невелик, в термопаре газовых котлов его значение достигает 50 мВ.

Простота и надежность конструкции термоэлектрического датчика имеют и отрицательную сторону. Когда этот элемент выходит из строя, что иногда случается по причине некачественного выполнения спая, то ремонт термопары невозможен. Изделие может просто прогореть и ремонтировать там нечего, остается только произвести замену, причем как можно быстрее, поскольку газовый котел без термопары работать не будет. Но тут не должно возникнуть особых проблем, устройство легко снимается и отсоединяется, да и цена его вовсе не велика.

Совет. Иногда термопара прекращает работать только потому, что в месте соединения слабый контакт. Нужно ослабить и открутить прижимную гайку, извлечь из газового клапана проводник и очень аккуратно очистить его конец, после чего собрать все обратно.

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.

Электрод термопары располагается рядом с запальником на всех водогрейных аппаратах

Принцип работы датчика

Газовый котел работает за счет сжигания голубого топлива. Естественно, при этом выделяются продукты горения. Если они будут попадать в помещение, то это чревато тяжелым отравлением всех жильцов дома, вплоть до летального исхода. Поэтому конструкция колонки предусматривает подсоединение к дымоходу, через который и происходит вывод всех вредных веществ на улицу.

Естественно, для качественного отвода вентиляционная шахта должна обладать безупречной тягой. Но бывает так, что происходит какое-то нарушение — например, дымоход может забиться мусором или сажей. Если в подобной ситуации котел будет упорно продолжать сжигать топливо, то продукты горения неизбежно пойдут в дом.

Чтобы это предотвратить, в конструкцию газового котла входит такой элемент, как датчик тяги дымохода. Он располагается в том месте, которое находится между вентиляционным каналом и корпусом оборудования. Разновидность датчика зависит от типа котла:

• в котле с открытой камерой сгорания защитный датчик — это металлическая пластина, к которой подсоединен контакт. Эта пластина и есть тот индикатор, который отслеживает повышение температуры. Дело в том, что нормально выводящиеся газы обычно нагреты до 120–140 градусов. Если же отток нарушен, и они начинают скапливаться, то это значение повышается. Металл, из которого сделана пластина, реагирует на подобную ситуацию и расширяется. Прикрепленный к элементу контакт смещается и перекрывает клапан, отвечающий за подачу газа. Таким образом, процесс горения прекращается, а вместе с этим предотвращается и поступление новой порции вредных веществ;
• в котле с закрытой камерой сгорания отвод продуктов осуществляется по коаксильному каналу, при этом используется вентилятор. Датчик в данной случае представляет собой пневмореле с мембраной. Реагирует он не на температуру, а на скорость потока. Пока она в пределах допустимого, мембрана изогнута, а контакты находятся в замкнутом положении. Когда скорость потока становится слабее, чем нужно, мембрана выпрямляется, контакты размыкаются, и это приводит к перекрытию клапана подачи газа.

Как видите, если датчик тяги срабатывает, отключая газовую колонку, это означает какие-то неполадки в работе оборудования. Например, это может быть:

• изначально некачественная тяга. Это первая и главная причина, по которой может срабатывать датчик. Как правило, данное явление связано с неправильным монтажом вытяжной конструкции. Если продукты сгорания плохо вытягиваются, то это представляет опасность для всего живого в доме;
• обратная тяга. Это явление происходит при образовании в дымоходе воздушной пробки. Газы, которые в норме должны продвигаться до самого верха трубы и выходить затем наружу, не могут преодолеть это препятствие и возвращаются назад, наполняя собой помещение. Эффект обратной тяги может возникнуть в том случае, если теплоизоляция дымохода сделана очень плохо. Перепад температур и приводит к образованию воздушных пробок;
• засорение дымохода. Неопытным хозяевам может показаться, что труба, выходящая на крышу, просто не может ничем забиться. На самом деле, есть немало факторов, которые влекут за собой образование засора. Первый из них — это птицы. Они могут вить гнезда на трубе, которые затем падают вниз. Да и сами пернатые нередко умудряются застрять в дымоходе, а затем гибнут там. Кроме птиц, следует учитывать еще и возможность попадания, например, листьев, а также отложение сажи на внутренних стенках трубы. Если дымоход засорен, интенсивность тяги становится слишком низкой, и выход здесь только один — прочистка;
• сильный ветер. В случае неправильного расположения трубы порывы могут попадать в нее и задувать горелку. Естественно, в таких случаях датчик перекрывает подачу топлива. Чтобы избежать подобной опасности, необходимо приобрести и установить стабилизатор.

Термопара газовой колонки — назначение, устройство, ремонт

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.