Термопара для газового котла: устройство, типы, ремонт своими руками

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.

Автоматические блоки напольных котлов

Подавляющее большинство напольных газовых котлов оснащается автоматикой безопасности, действующей без внешнего источника электропитания (энергонезависимая). Согласно требованиям нормативных документов, средства автоматизации должны перекрывать подачу газа на горелку и запальник в трех аварийных случаях:

1. Затухание пламени основной горелки вследствие задувания либо по другим причинам.
2. Когда в дымоходном канале отсутствует или резко снижается естественная тяга.
3. Падение давления природного газа в основной магистрали ниже критического уровня.

Для справки. Реализация перечисленных функций является обязательным для газовых котлов всех типов. Многие производители добавляют четвертую ступень безопасности – защиту от перегрева. Когда температура теплоносителя достигает 90 °С, клапан по сигналу датчика прекращает подавать газ к основной горелке.

В различных моделях газовых напольных котлов от разных производителей применяется энергонезависимая автоматика следующих видов (марок):

• итальянские блоки EuroSIT (Евросит) серии 630, 710 и 820 NOVA (отопительные агрегаты «Лемакс», «Житомир 3», Aton и многие другие);
• польские устройства «КАРЕ» (теплогенераторы «Данко», «Ривнетерм»);
• американские приборы автоматического регулирования Honeywell (отопители Жуковского завода линейки «Комфорт»);
• отечественные изделия фирм ЖМЗ, САБК, «Орион», «Арбат».

Мы перечислили наиболее распространенные марки автоматики, которые зачастую устанавливаются на водогрейные котлы одной фирмы. Например, Жуковский завод комплектует бюджетные версии аппаратов АОГВ собственными блоками безопасности ЖМЗ, теплогенераторы средней ценовой категории – устройствами EuroSIT, а мощные модели – автоматическими клапанами Honeywell. Рассмотрим каждую группу отдельно.

Возможные неисправности и методы их устранения

Если при нажатии кнопки подачи газа горелка включается и тут же гаснет, это говорит о неисправности термопары. Также это может быть результатом плохого контакта преобразователя с электромагнитным клапаном.

Ремонт неисправности термопары газового котла заключается в следующем:

• извлекают конец термопары, открутив гаечным ключом прижимную гайку, при помощи которой преобразователь прикрепляется к клапану,
• если при осмотре обнаруживается наличие загрязнений или окислов, зачищают место контакта мелкой шкуркой,
• далее при помощи мультиметра проверяют работоспособность устройства.

Если при проверке датчик показывает напряжение 50 мВ, можно попробовать запустить котел. Если проблема осталась, и горелка гаснет, это может свидетельствовать о неисправности электромагнитного клапана.

В случае если клапан в рабочем состоянии, следует обеспечить корректное соединение преобразователя с клапаном: найти соответствующее положение прижимной гайки для оптимального контакта.

Следует знать, что если преобразователь газового котла вышел из строя, прибор не подлежит восстановлению. Здесь необходимо выполнить замену термопары, установив вместо нее новый образец. Продукция этой категории предлагается множеством отечественных и зарубежных производителей, среди которых «Арбат», Жуковский завод АОГВ, концерн Honeywellи другие промышленные компании. Ценовой диапазон на это устройство варьируется в пределах 600-2000 р.

Основные сферы применения термопар – автоматика газового оборудования, установки литейной промышленности и множество других направлений производства. На базе этого прибора разработан целый ряд терморегуляторов и термометров бытового и промышленного назначения.

В руках народных умельцев термоэлектрический преобразователь может стать основой для мини электростанции, его используют для создания зарядных устройств, при помощи которых можно заряжать маломощные устройства от открытого огня, в том числе, и от костра.

Газовые клапаны бренда sit group

Из всех видов автоматики, встречающихся на котельных установках, блоки безопасности EuroSIT – самые популярные и надежные в эксплуатации. Они рекомендованы компаниями — поставщиками природного топлива, в том числе для замены старой газовой аппаратуры котлов КЧМ, АГВ и так далее. Без проблем работают в составе микрофакельных горелок Polidoro, «Искра», «Вакула», «Термо» и прочих.

Точные названия трех используемых моделей выглядят так:

• 630 SIT;
• 710 MiniSIT;
• 820 NOVA.

Для справки. Компания SIT Group прекратила производство серий 630 и 710, считая их устаревшими. На смену пришла новая автоматика безопасности котлов отопления – газовые клапаны 820 NOVA, 822 NOVA, 840 SIGMA и 880 Proflame (работает от батареек). Но старые изделия нетрудно найти в продаже.

Чтобы не утомлять вас подробностями конструкции автоматических устройств EuroSIT, кратко поясним принцип работы на примере простейшего блока 630-й серии:

1. При повороте рукоятки в положение «розжиг» и нажатии сверху вы принудительно открываете электромагнитный клапан, пропускающий газ к пилотной горелке (запальнику). Щелкаете кнопкой пьезоэлемента, вырабатывающего искру, которая поджигает фитиль.
2. Удерживая основную рукоятку 30 секунд, вы позволяете термопаре прогреться пламенем запальника. Термобаллон вырабатывает напряжение (ЭДС) 20—50 милливольт, фиксирующее электромагнит в открытом состоянии. Теперь ручку можно отпустить.
3. Выставляете главную рукоятку в нужную позицию и таким образом подаете газ на основную горелку. Последняя разжигается и начинает греть теплообменник с водой системы отопления, как показано на схеме.
4. При достижении водой определенной температуры срабатывает капиллярный датчик, постепенно закрывающий второй клапан — термостатический. Подача горючего к горелочному устройству останавливается, пока датчик не остынет и клапанная тарелка не откроет путь газу. Запальник продолжает гореть в дежурном режиме.

Примечание. Более старые модификации автоматики не оснащались температурными датчиками и блоками розжига, поэтому для запуска теплогенератора требовались спички.

За нормальную подачу газа в устройстве отвечает мембранный клапан, играющий роль регулятора давления. Когда оно падает ниже заданной величины, топливный канал закрывается и происходит аварийное отключение котла. К отказу приводят и другие ситуации:

1. Гаснет горелка и фитиль, нагревающий термопару. Генерация напряжения прекращается, электромагнитный клапан закрывает проход горючего.
2. Если неожиданно пропала тяга в дымоходе, размещенный в этом канале датчик перегревается и разрывает цепь питания электромагнита. Результат аналогичен – топливоподача блокируется.
3. В отопителях, оборудованных датчиками перегрева, электрическая цепь разрывается после достижения водой температуры 90—95 °С.

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.

Изделия отечественных фирм

Как вы понимаете, автоматике котла, сделанная на постсоветском пространстве, не содержит каких-либо революционных решений и технологических прорывов. Для реализации трех функций безопасности использованы те же принципы – включение электромагнита напряжением (ЭДС) термопары, мембранный газовый клапан и датчик тяги, разрывающий цепь.

Подробно рассказывать о конструкции блоков от брендов САБК, «Орион» и ЖМЗ (Жуковский завод) не имеет смысла. Перечисленные изделия отличаются простейшим устройством, невысокой стоимостью и низкой надежностью. Термопары прогорают чуть ли не ежегодно, а термостат слишком резко отключает и запускает горелку, отчего возникает громкий хлопок, иногда смахивающий на микровзрыв.

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.

https://www.youtube.com/watch?v=KDwSORzCe3E

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.

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.

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.

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:

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.

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 моделей 710 minisit и 820 nova

По принципу работы указанные блоки не отличаются от предшественника – 630-й серии. Изменения автоматики 710 MiniSIT – чисто конструктивные:

• 2 кнопки «Старт» и «Стоп» вынесены отдельно вместе с электромагнитным клапаном;
• главная рукоятка только вращает шток термостата и регулирует температуру теплоносителя;
• блок розжига с кнопкой пьезовоспламенителя встроен в корпус изделия;
• в базовую комплектацию прибора включен температурный датчик сильфонного типа с капиллярной трубкой;
• добавлен стабилизатор давления газа.

Для справки. В первых версиях 710-го семейства искровой воспламенитель не предусматривался.

В последнюю линейку изделий 820 NOVA внесены изменения, направленные на повышение стабильности работы, надежности и пропускной способности. Мы хотим выделить 2 усовершенствования, важных с точки зрения пользователей:

1. Изделие оборудовано разъемом для подключения комнатного термостата и погодозависимой автоматики. Теперь отопительный агрегат способен поддерживать температуру воздуха в квартире.

   

2. Появилась модификация с собственным источником питания – термогенератором, монтируемым на планке рядом с пилотной горелкой, как изображено на схеме. Принцип действия схож с термопарой, но величина вырабатываемой ЭДС гораздо больше.

В данном разделе есть смысл упомянуть об автоматических газовых клапанах Honeywell, работающих по аналогичной схеме. Их основное отличие – повышенная пропускная способность, позволяющая задействовать блоки в котлах большой мощности (30—70 кВт).

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.

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.

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.

Польская автоматика «каре»

Установку польских систем безопасности на газовые котлы практикуют немногие производители. Причина банальна: по надежности продукт проигрывает изделиям из Италии, США и Германии, но по цене дороже отечественной котловой автоматики.

Мы назвали продукт «системой», потому что он состоит из нескольких блоков, хотя общий принцип действия остается неизменным:

• газовый фильтр;
• клапан – регулятор давления газа;
• отдельно стоит термостат с регулирующей рукояткой;
• мембранный термостатический клапан;
• кнопка пьезоэлектрического воспламенителя.

Между собой узлы и датчики соединены капиллярными трубками. По сути, это тот же прибор SIT либо Honeywell, только разбитый на отдельные части. В этом плюс: детали менять удобнее и дешевле.

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.

Термопара в системе газового контроля

При эксплуатации газового оборудования требуется энергонезависимая автоматика, что способствует оперативному перекрытию подачи газа в случае, если внезапно погаснет пламя. В современных отопительных котлах с газовой горелкой предусмотрена система газ-контроль, которая включает в себя электромагнитный клапан и термопару. К составным элементам электроклапана относятся:

• сердечник с обмоткой,
• колпачок,
• возвратная пружина,
• якорь,
• резинка, перекрывающая подачу газа.

При нажатии на кнопку подачи газа, шток заглубляется внутрь катушки и заряжается пружина. По регламенту клапан подачи следует удерживать около 30 секунд, чтобы термопара прогрелась, и на концах образовалось напряжение для удержания клапана внутри катушки. Термопара начинает остывать, если гаснет горелка. Что дальше происходит:

• это сопровождается уменьшением напряжения на концах термопары,
• возвратная сила пружины превышает электромагнитную силу, которая удерживает шток внутри катушки,
• клапан возвращается в исходное положение и перекрывается подача газа.

В этом заключается работа термопары в газовом котле. Система газ-контроль на термопаре отличается высокой надежностью, в том числе и благодаря тому, что она способна функционировать без подключения к энергосети.

Устройство и принцип работы термопары в газовом котле

Термопара предусматривает два проводника из различных видов металла, устойчивых к максимальным температурам, которые соединены в кольцо. Одна из точек спайки устанавливается в зоне измерения, вторую подключают к преобразовательному устройству. Физическое явление в виде термоэлектрического эффекта (эффект Зеебека) составляет основу принципа работы термопары:

• два элемента из различных металлических основ прочно соединяют в одной точке. Отличие в составах проводников – основополагающий фактор в работе устройства,
• когда место стыка помещают в открытый огонь, на других концах спаянного проводника появляется разница потенциалов.

Далее к холодным концам устройства подсоединяют вольтметр, цепь замыкается и измерительный прибор показывает напряжение.

Электроника настенных агрегатов

Особенность данных теплогенераторов – электронное управление процессами розжига, горения и поддержания температуры теплоносителя. То есть, настенные газовые котлы (и некоторые напольные) оснащаются энергозависимой автоматикой, работающей от электричества.

Важный момент. Невзирая на множество «наворотов», внедренных в конструкцию мини-котельных, функциями безопасности по-прежнему ведает механика. Три типа аварийных ситуаций, перечисленных выше, будут отрабатываться аппаратурой независимо от наличия напряжения в электросети.

Автоматический газовый котел создан для максимального удобства хозяев квартир и частных домов. Чтобы запустить отопитель, достаточно нажать 1 кнопку и установить желаемую температуру. Кратко опишем алгоритм работы агрегата и задействованные в ней элементы:

1. После указанных действий по запуску контроллер генератора тепла собирает показания датчиков: температуры теплоносителя и воздуха, давления газа и воды в системе, проверяет наличие тяги в дымоходе.
2. Если все в порядке, электронная плата подает напряжение к электромагнитному газовому клапану и одновременно – разряд на запальные электроды. Фитиль отсутствует.
3. Основная горелка разжигается и дает полную мощность с целью скорейшего нагрева теплоносителя. За ее работой следит специальный датчик пламени. Контроллер включает встроенный циркуляционный насос.
4. Когда температура теплоносителя приблизится к установленному порогу, что зафиксирует накладной датчик, интенсивность горения снизится. Ступенчатые горелки переходят в режим малой мощности, а модуляционные плавно уменьшают подачу горючего.
5. Достигнув порога нагрева, электроника перекроет газ. Когда датчик зафиксирует охлаждение воды в системе, автоматический розжиг и нагрев повторится.

Примечание. В турбированных котлах с закрытой камерой сгорания контроллер вдобавок запускает и отключает вентилятор.

В инструкции к настенному газовому котлу указано, что агрегат рассчитан на работу в закрытой системе отопления, поэтому автоматика следит за давлением воды. Если оно опустится ниже допустимого предела (0.8—1 Бар), то горелка погаснет и не зажжется, пока неполадка не будет устранена.

По энергозависимой схеме работают многие импортные котлы, например, Buderus Logano, Viessmann и так далее. Как происходит монтаж электронной газовой аппаратуры, на доступном языке расскажет мастер в видеосюжете:

Заключение

Многие домовладельцы самостоятельно занимаются обслуживанием своих отопительных агрегатов. Отсюда возникает интерес к работе автоматики газовых котлов различных типов. Мы осветили данный вопрос, но не советуем самостоятельно ремонтировать клапаны безопасности, если вы не разбираетесь в теме.

Примечание. В статье использованы материалы производителя котлов «Лемакс», размещенные на официальном ресурсе.