Термопары для газовых котлов: классификация, особенности монтажа и принцип работы

Основные типы термопар для газового котла

При изготовлении термоэлектрических преобразователей применяют сплавы благородных и неблагородных металлов. Для конкретных диапазонов рабочих температур используют определенные группы сплавов. В зависимости от металлических пар, применяемых при изготовлении, приборы делятся на несколько типов. Для работы котельного оборудования на газовом топливе чаще всего используют следующие типы устройств:

• термопара типа E. Заводская маркировка ТХКн, представляет собой пластины из хромеля и константана. Прибор предназначен для температурного диапазона от 0°C и до 600°C;
• тип J. Предусматривает композицию из железа и константана, маркировка ТЖК. Используется для рабочих температур в пределах от -100°C и до 1200°C;
• тип Kс маркировкой ТХА, изготавливается на основе пластин из хромеля и алюмеля. Температурный диапазон применения термопары типа Kзначительный – от -200°C и до 1350°C;
• тип Lс маркировкой ТХК. Элементы конструкции представляют собой хромель и копель. Устройство предназначено для температур от -200°C и до 850°C.

Следующие образцы продукции находят применение в сфере тяжелой промышленности:

• тип Sс маркировкой ТПП10 представляет собой композицию платинородий-платина. Применяется в установках при температурном режиме до 1700°C;
• тип Bс маркировкой ТПР состоит из композиции пластин платинородий-платинородий. Продукт предназначен для температурного диапазона от -100°C и до 1800°C.

Также изготавливаются и другие варианты аналогичных приборов из сплавов благородных металлов, которые актуальны в тяжелой промышленности и литейном производстве.

Бегущая термопара и ее применение

Существует отдельная разновидность данного устройства, именуемая «бегущей». Принцип действия бегущей термопары мы сейчас рассмотрим более подробно.

Эта конструкция применяется в основном для определения температуры стальной заготовки при ее обработке на токарных, фрезерных и иных подобных станках.

Следует отметить, что в данном случае возможно использование и обычной термопары, однако, если процесс изготовления требует высокой точности температурного режима, бегущую термопару трудно переоценить.

При применении данного метода в заготовку заранее запаивают ее контактные элементы. Затем, в процессе обработки болванки, данные контакты постоянно подвергаются воздействию резца или иного рабочего инструмента станка, в результате чего спай (который является главным элементом при снятии температурных показателей) как бы «бежит» по контактам.

Этот эффект повсеместно применяется в металлообрабатывающей промышленности.

Виды датчиков

1. Тип К из никель-хрома (термопара ТХА) или никель-алюмеля (ХА), имеющий следующие свойства: низкую цену, долговечность, погрешность не более 0,4%, пределы измерения от -270 до 1269 градусов. Предназначен для работы в окислительной и инертной средах.

2. L — хромель-копель(ТХК), недорогая термопара с верхним пределом в 600 градусов.

3. J — железо-константан. Датчик занимает второе место по популярности, диапазон составляет от -210 до 760 град, менее долговечный, устойчив к окислению.

4. Е — никель-хром или никель-константан с более высокой точностью и величиной сигнала, верхний предел измерений не превышает 870 градусов.

5. Датчики из благородных металлов работают при большей температуре, но имеют высокую стоимость, в связи с чем чаще всего применяются в промышленности.

Для чего нужна

Она изготавливается из нескольких видов металла, устойчивых к максимальным температурам внутри камеры сгорания. Термопара работает вместе с автоматическим отсекающим газовым клапаном, который перекрывает подачу газа в топливный тракт.

Важно знать: защитная схема работы газовых котлов устроена таким образом, что при выходе из строя термоэлектрического элемента или внезапном исчезновении пламени происходит автоматическое срабатывание отсекающих клапанов и остановка подачи газа.

Замена, если нельзя отремонтировать своими руками

Устройство вызывает сбои по разным причинам. Заменить сломанный прибор на новый можно самостоятельно. Для этого необходимо выполнить поэтапную инструкцию:

1. Сначала ключом откручивается специальная гайка, которой термопара прикреплена к патрубку.
2. Откручивается компенсационный винт, фиксирующий прибор к месту (он находится непосредственно под монтажным кронштейном).
3. Аккуратно снимается старое устройство.
4. В освободившееся отверстие вставляется новый прибор.
5. Все фиксируется компенсационным винтом, а затем гайкой.
6. Выполняется проверка на герметичность. При необходимости используется уплотнитель — полимер либо керамика.

При проведении процедуры следует помнить, что недотянутое, как и перетянутое резьбовое соединение будет опасным для исправности системы.

Из неблагородных металлов

Как работает датчик пламени в газовом котле

Датчик ионизации пламени – прибор, который призван обеспечить безопасную работу газового котельного оборудования. Устройство следит за наличием огня, и при обнаружении отсутствия пламени автоматически отключает котел. Принцип работы датчика пламени газового котла предусматривает следующее:

• функционал основан на образовании ионов и электронов при зажигании пламени. Образование ионного тока вызывает процесс притягивания ионов к электроду ионизации. Устройство подключается к датчику контроля горения;
• если при проверке датчиком контроля горения обнаруживается образование достаточного уровня ионов, это означает, что котел работает в штатном режиме. В случае снижения уровня ионов датчик блокирует работу котельного оборудования.

К ключевым причинам срабатывания датчика ионизации относят загрязнение клапана и некорректное соотношение уровня «газ-воздух». Также это происходит при оседании большого количества пыли на устройстве розжига.

Как сделать термоэлектрический преобразователь

Стоит отметить, что изготавливать термопару для газового котла самому очень сложно, поэтому если у вас нет соответствующего опыта и навыков, лучше не рискуйте.

Но если ситуация такова, что это нужно сделать, то самодельный агрегат для газового котла может на какое-то время вас спасти, пока вы не приобретете новый полноценный прибор.

Старая использованная термопара вам потребуется для работы, самое важное, чтобы наконечник был максимально подходящего размера.

Ход работы такой:

• отрежьте старый наконечник так, чтобы с ним осталась часть защитной трубки вместе с центральной частью;
• отрежьте такую же часть от старого прибора;
• скрутите центральные проводники, которые торчат из трубки, запаяйте соединение и поместите его в изоляцию;
• припаяйте к трубкам провод для их электрического соединения.

В итоге мы получим прибор, который состоит из элемента с гайкой от старой термопары и новой рабочей частью. Однако помните, что для газового котла и других приборов ее нельзя использовать слишком долго.

Назначение термопары для газовых котлов

Для чего нужна и как работает термопара, знает каждый, кто хоть единожды сталкивался с установкой газового оборудования. Термопара — это своего рода контроллер, предохраняющий приборы от перегрева и некорректной работы.

Важно: термопара или термоэлектрический элемент является наиболее оптимальным средством измерения высоких температур, которые возникают в камере сгорания работающей установки газового котла. Кроме контролирующей функции, термопара конвертирует температуру в определенную энергию, например, электроток.. Чтобы в изначально подать топливо (в нашем случае газ) на запальник, нужно вручную открыть электромагнитный клапан

После нажатия на шток газ подается на запальник и термоэлемент нагревается. Достаточно 30 секунд нажатия, после этого отпадет необходимость самостоятельного удерживания клапана открытым, так как выработка напряжения термопарой уже началась, и агрегат будет работать без вашего участия.

Чтобы в изначально подать топливо (в нашем случае газ) на запальник, нужно вручную открыть электромагнитный клапан. После нажатия на шток газ подается на запальник и термоэлемент нагревается. Достаточно 30 секунд нажатия, после этого отпадет необходимость самостоятельного удерживания клапана открытым, так как выработка напряжения термопарой уже началась, и агрегат будет работать без вашего участия.

Нюансы подключения и проверка

Подключают термоэлектрический преобразователь к измерительному прибору при помощи компенсационного кабеля. Чтобы максимально нивелировать погрешность измерения, жилы этого провода выполняют из того же материала, что и сам датчик.

Проверяют работоспособность термопары следующим образом:

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

Если прибор в исправном состоянии, об этом свидетельствует наличие напряжения в районе 50 мВ.

Особенности проверки и замены

Как показывает практика, ремонтировать термопару в случае ее поломки не имеет смысла. Основными признаками того, что клапан или терморегулятор вышел из строя, является прекращение самостоятельного розжига газового котла. Чтобы проверить исправность прибора, необходимо присоединить к одному из концов мультиметр.

Если концы проводников имеют следы окисления и грязи, а показатели измерительного прибора далеки от нормы – это верный признак поломки. Оптимальным вариантом действия в подобной ситуации является замена старого элемента на новый, так как отремонтировать термопару газового котла практически невозможно.

Особенности устройства промышленной термопары

Термодатчики изготавливаются по большей части из неблагородных металлов. От воздействия внешней среды их закрывают трубой с фланцем, служащим для крепления прибора. Защитная арматура предохраняет проводники от влияния агрессивной среды и делается без шва.

Если терминал расположен близко, то провода термопары подключаются к нему напрямую, без дополнительных разъемов. При расположении измерительного прибора на удалении, при включении его в цепь свободные концы термопары размещаются в литой головке, прикрепленной к защитной трубе.

Внутри располагаются латунные клеммники на фарфоровом основании для подключения компенсационных проводов, изготовленных из таких же материалов, что и термоэлектроды, но не обладающих точными и строго контролируемыми характеристиками. Они имеют меньшую стоимость и большую толщину.

На провода нельзя устанавливать обжимные оконцеватели, поскольку они могут ухудшить точность показаний. Из проволоки делают кольцо и зажимают его под винт.

Корректировка изменения температуры на клеммах может производиться электронным прибором, что повышает точность измерений.

Переносные и стационарные запальники для газового котла

Выше уже упоминалось, что по типу установки выделяют переносные и стационарные запальники. Рассмотрим подробнее.

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

Блок запальных электродов для газового котла Viessmann

Переносные. Такие устройства присоединяются к газопроводу при помощи резинотканевых шлангов. Обязательно наличие канатки на штуцере газопровода и запальнике (для натягивания конца шланга). Необходим монтаж крана отключения на газопроводе до шланга. Для проведения запального устройства в топку в обмуровочной кладке должно быть отверстие в диаметре d > 50 мм.

Топкам с максимальным разрежением 8 кгс/м² подходят однофакельные запальники с давлением средним или низким. Здесь устройство запальника газового котла – это горелка с частичной воздушной инжекцией. Газ удаляется из сопла, тем самым подсасывая воздух через отверстия в конструкции инжектора.

Образованная смесь газа и воздуха движется через смеситель и удаляется из огневого насадка в защитный кожух с отбортовкой. Тут начинается горение газа. С переменой давления и газового состава в запальнике нужно изменить лишь диаметр сопла. Если в топке есть избыточное давление, то запальник должен выдавать полностью подготовленную смесь воздуха и газа, которая получается при среднем газовом давлении в инжекции, а при низком – в запальнике с принудительной воздушной подачей.

Про горелки для газовых котлов можно прочитать .

Стационарные. Такие устройства имеют повышенный уровень безопасности и лёгкий розжиг главной горелки. Факел обязан быть устойчивым, какой бы ни был рабочий режим котла, должен хорошо поджигать смесь воздуха и газа горелки, с лёгкостью зажигаться запальником переносного типа либо электроприбором.

Запальная пилотная горелка Sit

Данный запальник может:

• являться отдельным блоком газовой горелки либо её частью;
• быть однофакельным либо многофакельным;
• запускаться от основной горелки или функционировать на постоянной основе;
• поджигаться электрическим способом либо на дистанции.

Стационарный запальник подразумевает подачу газа от газопровода до запорных приборов главной горелки.

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.

Полезные рекомендации

Стоит уяснить, что от того, насколько правильно работает термоэлектрический преобразователь, который установлен в газовом котле либо плите, зависит не только работоспособность всего оборудования. Под угрозой находится и личная безопасность всех обитателей дома.

Ведь если устройство неисправно, значит, оно не может сработать вовремя, что повлечет за собой утечку газа. А это в свою очередь приводит к взрыву

Поэтому крайне важно проводить регулярные проверки показаний устройства. Это позволит избежать серьезной катастрофы

На качество измерений могут влиять ряд факторов:

• качество спая;
• наличие электрического шума;
• есть утечка газа;
• термоэлектрическая неоднородность.

Мало знать, что такое термопара, необходимо понимать – те термопары, которые установлены в плитах, обеспечивают не только качественную работу техники, но и отвечают за безопасность. При ее повреждении лучше сразу заменить ее новым устройством. Сделать это можно самому, но лучше будет обратиться к специалисту.

Преимущества термопары

Почему за столь долгую историю эксплуатации термопары не были вытеснены более совершенными и современными датчиками измерения температуры? Да по той простой причине, что до сих пор ей не может составить конкуренцию ни один другой прибор.

Во-первых, термопары стоят относительно дешево. Хотя цены могут колебаться в широком диапазоне в результате применения тех или иных защитных элементов и поверхностей, соединителей и разъемов.

Во-вторых, термопары отличаются неприхотливостью и надежностью, что позволяет успешно эксплуатировать их в агрессивных температурных и химических средах. Такие устройства устанавливаются даже в термопары всегда остается неизменным, вне зависимости от условий эксплуатации. Далеко не каждый датчик другого типа сможет выдержать подобное воздействие.

Технология изготовления и производства термопар является простой и легко реализуется на практике. Грубо говоря – достаточно лишь скрутить или сварить концы проволок из разных металлических материалов.

Еще одна положительная характеристика – точность проводимых измерений и мизерная погрешность (всего 1 градус). Данной точности более чем достаточно для нужд промышленного производства, да и для научных исследований.

Принцип работы и конструкция термопары

Термопара, или преобразователь температуры включает в себя для проводника, сделанных из разных металлов, соединенные друг с другом с одного конца сваркой.

Принцип действия термопары основывается на эффекте Зеебека, суть которого такая:

• замкнутая цепь образована двумя разнородными проводниками;
• места контактов подвержены воздействию разных температур;
• в цепи возникает термоэлектродвижущая сила.

Механизм появления этой силы включает в себя пять этапов:

• один конец проводника разогрет, и на нем электроны двигаются намного быстрее, чем на холодном конце, соответственно, они получают более высокую энергию;
• под воздействием энергии электроны двигаются в сторону холодного конца проводника, вследствие чего на нем накапливается отрицательный заряд;
• на горячем конца проводника заряд продолжает оставаться положительным;
• накопление заряда происходит до тех пор, пока не получится отличия в потенциалах, вследствие чего можно повернуть поток электронов от холодного конца проводника в обратную сторону;
• в конце придается равновесие.

Такая величина, как термоэлектродвижущая сила, зависит от таких факторов:

• температура на контактах;
• особенности материала проводника.

В контролируемую в плане температуры среду нужно погрузить рабочий спай термопары, в качестве которого выступает место соединения проводников. Нерабочие спаи следует присоединить к особо точному измерительному прибору. Иногда нужно применять милливольтметр, который измеряет различие потенциалов, что потом нужно перевести в привычные градусы по Цельсию.

Чтобы подключить термопару к измерительному прибору, нужно использовать специальные термопарные провода, которые сделаны из того же материала, что и проводники.

Разновидности термопар

Основное различие между термопарами кроется в используемом материале для изготовления проводников. При этом встречаются довольно необычные названия сплавов, о которых могут знать лишь любители кроссвордов или сканвордов. В зависимости от этого все устройства делятся на несколько типов. Более наглядно это можно увидеть на таблице ниже.

При этом из всех перечисленных типов бытовое газовое оборудование с автоматикой оснащается лишь тремя – это разновидности K, E и N.

Ремонт термопары своими руками

Чтобы устранить неполадку своими руками необходимо:

• прижимную гайку открутить гаечным ключом и и достать ее конец;
• шнуровкой-нулевкой очистить от загрязнений;
• произвести проверку термопары мультиметром;
• убедиться, что все показатели соответствуют нормам;
• собрать термопару обратно и запустить котел.

Если починить термопару не удается, то всегда есть возможность купить новую. Российский рынок предлагает большой ассортимент данных приборов, выпускаемых различными производителями, например, АБАТ, АОГВ, АКГВ. Их цена колеблется в диапазоне от 300 до 2000 рублей. На газовые котлы иностранного производства (например, Bosch, Viessmann, Vaillant) цена термопары будет выше.

О других неисправностях газового котла можете прочитать здесь.

Сегодня термопары нашли активное применение в , выбор их на рынке велик, и каждый имеет возможность приобрести универсальную термопару. Однако, выбирая термопару самостоятельно можно столкнуться с рядом трудностей. Следует обратиться к специалисту, который подскажет как выбрать прибор, соответствующий всем характеристикам газового котла. Также можно воспользоваться таблицей зависимости технических характеристик прибора с характеристиками газового котла.

Советы по установке и эксплуатации преобразователя для газового котла

В ходе установки и применения термопары для газового котла помните следующее:

• во время установки приспособления, внимательно смотрите за направлением трубки подачи и отвода топлива, они должны быть расположены вниз;
• концевой выключатель – это ключевая часть, отвечающая за отключение подачи газа на горелку. Он находится в зоне контроля безопасности под пленумом, от которого подается температура на выключатель и который нагревается в зависимости от температуры самого котла;
• после выключения горелки выключается вентилятор, который подает воздух в камеру, где сгорает топливо. Если это не так, то нужно исправить выключатель. Некоторые термостаты имеют опцию постоянной работы вентилятора, которую можно выключить;
• чтобы настроить или откалибровать приспособления своими руками, нужно снять крышку с панели управления и найти там зубчатый циферблат. Его следует прокрутить до нужного показателя и запустить систему;
• обращайте внимание на газовый запах, это может быть следствием того, что крепеж был прижат неплотно, или ослабело одно из соединений. Делать это нужно максимально быстро, поскольку газовая утечка – крайне опасное явление.

Конечно же, термопары для газовых котлов – достаточно специфические приборы, которые не всегда легко выбрать без помощи специалиста. Также можно найти специальную таблицу соотношения характеристик прибора с характеристиками газовых котлов. Если показатели совпадают с точностью до градуса, значит, такая термопара вам подойдет.

Технические характеристики прибора

Примечательно, что термопарам не нужны никакие дополнительные источники питания. Они применяются для измерения температур достаточно большого диапазона: от -200 °C до 2000 °C. При этом они обладают меняющимися параметрами. Проблематично еще и то, что надо учитывать влияние температуры свободных концов на заключительные результаты измерений. Помимо этого, низкое выходное напряжение требует достаточно точных усилителей.

Выходным сигналом термопары является постоянное напряжение. Он достаточно просто преобразуется в цифровой код. А затем его можно измерить с помощью простейших приборов. Для этих целей можно взять, к примеру, малогабаритный цифровой мультиметр.

Измерительные приборы на основе термопар отличает высокая точность и чувствительность, а также правильность характеристик преобразования. Обычно напряжение на выходе колеблется от 0 до 50 мВ, а типичная производительность — от 10 до 50 мкВ/°C. Все зависит от используемых в датчике материалов.

Устройство и принцип действия термопары

Действительно, постоянно находиться в зоне открытого пламени может далеко не каждый материал. Термоэлемент же изготовлен из металла, точнее, из нескольких металлов, поэтому высокой температуры не боится. При работе газовой котельной установки без него никак не обойтись, выход из строя термопары означает полную остановку агрегата и немедленный ремонт.

Все дело в том, что термоэлемент работает совместно с электромагнитным отсекающим клапаном, перекрывающим вход в топливный тракт. Стоит только этой детали выйти из строя, как клапан закроется, подача топлива прекратится и горелочное устройство потухнет.

Чтобы лучше понять принцип работы термопары газового котла, стоит рассмотреть схему, представленную на рисунке.

Схема термопары

В основе этого принципа лежит следующее физическое явление: если надежно соединить между собой 2 разнородных металла, а потом место соединения нагревать, то на холодных концах этого спая появится разница потенциалов, то есть, напряжение. А при подключении к ним измерительного прибора цепь замкнется и возникнет постоянный электрический ток.

Для справки. Некоторые современные электромагнитные клапаны настолько чувствительны, что остаются открытыми, пока напряжение на входе не станет ниже 20 мВ. Термоэлемент в обычном рабочем режиме вырабатывает напряжение порядка 40—50 мВ.

Соответственно, устройство термопары газового котла основано на описанном явлении, носящем название эффекта Зеебека. Две детали из различных металлов прочно соединяются между собой в одной или нескольких точках, при этом качество соединения играет большую роль.

Поскольку для изготовления термоэлементов применяется множество различных пар металлов, не вдаваясь в подробности, отметим, что в термопаре для газового котла используется пара хромель – алюминий. К холодным концам этих металлов приварены проводники, заключенные в защитную оболочку. Второй конец проводников вставляется в соответствующее гнездо автоматики агрегата и закрепляется с помощью зажимной гайки.

В процессе розжига запальника и горелки газового котла для подачи топлива мы открываем электромагнитный клапан вручную, нажимая на его шток. Газ попадает на запальник и поджигается, а термопара находится рядом и нагревается от его пламени. Спустя 10—30 сек кнопку можно отпускать, так как термоэлемент уже начал вырабатывать напряжение, удерживающее шток клапана в открытом состоянии.

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.