Что такое термопара для газового котла – принцип работы, устройство, порядок замены

Термопара — это контрольно-измерительный модуль, устанавливаемый в газовых котлах, и выполняющий роль защитного элемента для аварийного перекрытия клапана подачи газа при затухании огня. Его работа не зависит от подачи электричества, то есть данный модуль полностью автономный. Также он активно используется в промышленности для точного измерения температуры в условиях агрессивной среды. А ещё термопары сейчас повсеместно устанавливаются в смартфонах, компьютерах. Именно с их помощью устройство отслеживает нагрев расположенных на материнских платах комплектующих.

Для чего нужна термопара в газовом котле

Термопара устанавливается на газовый котел для обеспечения дополнительной защиты от возможных протечек газа, когда огонь затухает. Иногда его ещё называют как «датчик контроля огня». Как только внутри камеры горения температура снижается, то автоматически перекрывается и блокируется клапан подачи газа. Как правило, до остывания датчика даже вручную открыть клапан — нельзя.

Читайте больше: Почему гудит газовый котел

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.

Как работает термопара в газовом котле

Принцип работы основан на таком физическом явлении, как электродвижущая сила (ЭДС, открыта Томасом Зеебеком ещё в 1821 году). Основные положения явления:

• в замкнутой цепи между двумя контактирующими проводниками из разных материалов возникает электрический ток;
• чем выше разница температур в месте контакта (спаек) — тем выше напряжение генерируемого тока.

То есть принцип работы устанавливаемой термопары газового котла следующий:

• когда внутри камеры горения отсутствует огонь, то датчик генерирует определенное напряжение;
• когда внутри камеры горения зажигается огонь, то температура вырастает, возникает большая разница температур в месте контакта проводников, из-за чего генерируется электрический ток.

А Вы до этого знали, как работает термопара?

Конечно знал

33.33%

Нет. Век живи, век учись

66.67%

Проголосовало: 6

Вырабатываемого тока при нагреве датчика достаточно для удерживания электромагнитного клапана подачи газа в открытом положении. Но как только огонь гаснет, напряжение падает, клапан автоматически закрывается.

Общее устройство термопары, устанавливаемых в газовых котлах, следующее:

• термоэлектрод со спаем двух проводников;
• удлинительный контакт (расположен внутри капиллярной трубки, он же выступает в качестве минусового контакта);
• плюсовой контакт (именно на него закручивается фиксирующая диэлектрическая шайба);
• фиксирующая шайба (диэлектрик, не пропускающий ток).

Главное преимущество данного модуля заключается в том, что для его работы вместе с электромагнитным клапаном не нужно устанавливать блока управления, микропроцессора. То есть вся система работает автономно, подключать её к электричеству не нужно. Среднее напряжение, которое генерируется модулем, установленного в газовых котлах: от 15 до 60 мВ.

Рекомендуем прочитать на нашем сайте: Почему газовый котел не набирает заданную температуру.

Принцип работы

Термопара синхронизирована с впускающим клапаном – именно он подает сигнал для прекращения подачи топлива.

В основе лежит эффект Зеебека. Его суть:

1. два разнородных проводника образуют замкнутую цепь;
2. на места соединения действуют разные температуры;
3. в цепи образуется термоэлектродвижующая сила.

Последняя возникает не сразу. Механизм работает так:

1. Одна сторона проводника разогрета, из-за чего на нем быстрее перемещаются электроды, нежели на холодной. В итоге к нему поступает более высокая энергия.
2. Энергия воздействует на электроды, «толкая» их к холодному проводнику, который копит отрицательный заряд.
3. С горячей стороны сохраняется положительный заряд.
4. Заряд копится до тех пор, пока потенциалы не будут отличаться. Электроны с холодной стороны перемещаются обратно к горячему проводнику.
5. Заключительный этап процесса – придание равновесия.

На термоэлектродвижующую силу воздействуют следующие факторы:

• показатель температуры на контактах;
• из чего сделан проводник.

В среду с контролируемой температурой погружают рабочую сторону термопары (место, в котором соединены проводники). Нерабочий спай в это время подсоединяется к измерительному прибору. Для измерения различий потенциалов пользуются милливольтметром, который позволяет вычислить показатели в привычных градусах Цельсия.

Дополнительная информация! Для подключения термопары к измерительному прибору пользуются специальными термопарными проводами (их материал изготовления аналогичен проводникам).

Диагностика, ремонт и замена

Первоначальная проверка термопары выполняется даже без разбора газового котла. Самый распространенный «симптом» — это затухание огня после отпускания кнопки розжига, даже когда котел изнутри уже достаточно сильно прогрелся. Если огонь гаснет, то это означает, что клапан не удерживается в открытом состоянии. То есть термопара не генерирует достаточное напряжение для его открытия.

С этой статьей также читают: Основные причины, почему не включается газовый котел.

Также проверяют термопару путем визуального осмотра. Наличие прогаров, отверстий или ложбин — явный признак неисправности.

Как проверить термопару на работоспособность

Для подтверждения «диагноза» следует проверить термопару мультиметром. Как извлечь модуль — точно указывается в технической документации к котлу.

Как правило, для этого необходимо:

• открутить возле электромагнитного клапана фиксирующую гайку;
• вынуть датчик из паза, отключить клеммы (если предусмотрены);
• любым удобным способом нагреть датчик (рекомендуется использовать свечу, но прогревать так, чтобы корпус модуля полностью обволакивало пламя);
• замерить напряжение (один щуп приложить к корпусу датчика, второй — к выходному контакту).

Слово эксперта!

Мартьянов Павел

Специалист в области обслуживания газового оборудования, стаж работы 20 лет

Задать вопрос

При проверке исправности термопары мультиметром один щуп устанавливайте на корпус термопары, другой на свинцовый конец. Напряжение должно постепенно расти и быть не меньше 15 мВ (в этом случае газовый клапан находится в открытом положении и фитиль не гаснет).

Как правило, рабочее напряжение термопары после тщательного прогрева составляет 0,015 – 0,06 В. Если ток меньше 15 мВ, то это однозначно указывает на неисправность датчика, требуется его ремонт или замена.

А вот проверить тестером работоспособность через «прозвонку», как это рекомендуют на многочисленных форумах — не лучший вариант. Вполне возможно, что из-за перегрева или окиси спай «разорвался» и проводник замыкает на корпус. То есть разрыв цепи фактически есть, но мультиметр этого не покажет.

Переходим к чистке колонки

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

Отсоединяем провод, соединяющий пьезоэлемент и электрод розжига.

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

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

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

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

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

Извлекаем форсунку из пилотной горелки.

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

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

Опуская основную горелку вниз, извлекаем медную трубку из клапана.

Извлекаем основную горелку.

Вынимаем гильзу термометра из корпуса котла.

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

Откручиваем две гайки крепления газохода к корпусу котла.

Снимаем клеммы с датчика тяги.

Снимаем газоход.

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

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

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

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

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

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

Устанавливаем основную горелку на место.

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

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

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

Окончательно зажимаем гайку медной трубки ключом № 17.

Прочищаем пилотную горелку щеткой по металлу.

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

Устанавливаем пилотную горелку на новую прокладку.

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

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

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

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

Преимущества и недостатки использования термопар

Есть 2 ключевых преимущества таких модулей:

• дешевизна производства;
• автономная работа.

Дополнительные преимущества установленных в котле термопар:

• могут выступать и в качестве температурного датчика;
• широкий диапазон рабочих температур (с вольфрамовым проводником могут работать при температуре выше 2000 градусов);
• точные показатели измерения;
• простой монтаж и замена.

Недостаток единственный: при плохо выполненной спайке термопара выходит из строя достаточно быстро. А это бывает даже при спайке проводников в заводских условиях. Визуально незаметная микротрещина приведет к образованию окиси, а в дальнейшем — прогара. Это дополнительная причина, почему ремонт прогоревшего модуля в домашних условиях — нецелесообразен.

Читайте на сайте больше: Рейтинг самых дешевых и экономичных газовых котлов для частного дома (квартиры)

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр. Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов. Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3. Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик:

— Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра; — Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки; — При использовании длинных удлинительных проводов, во избежание наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода; — По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары; — Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях; — Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур; — Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.

Ремонт термопары своими руками

В 95% случаев ремонт термопары не целесообразен или невозможен. Исключения — следующие ситуации:

1. Причиной неисправности является наличие нагара или сажи в рабочей области (где находится спайка). Удалить его можно с помощью спирта или других растворителей. А вот шлифовать или обрабатывать наждачной бумагой — не стоит.
2. Окислившиеся контакты в месте соединения с клеммами. Их убрать можно аккуратной шлифовкой на «нулевой» наждачке. Иногда помогает и обработка спиртом.

Если же на термопаре есть видимый прогар или вмятина, то вариант ремонта единственный — поменять датчик на заведомо исправный.

Рекомендуем прочитать на нашем сайте: Порядок замены старого котла на новый

А вот чего делать точно не следует, так это фиксировать кнопку розжига для принудительного открытия клапана подачи газа. Так иногда поступают, когда модуль термодатчика неисправен, а заменить его прямо сейчас нет возможности. Нужно понимать, что это несет потенциальный риск для всех, кто находится в помещении, где установлен котел. Ведь в случае его затухания (например, из-за задувания со стороны дымохода) подача газа не будет автоматически перекрыта.

Комментарии

Войдите, чтобы ответить

Либо это никто не читает, либо одно из двух. Интересная статья. Жаль, тяжело читается.. Шрифт мелкий и расплывчатый. А на картинках текст (в пояснительных рамках) и вовсе нечитабельный. Видимо материальчик содран откуда-то и некачественно скопирован. Посмотреть бы оригинальчик.

Войдите, чтобы ответить

сбросьте свой @ . сброшу на почту. статью. если будет тот же эффект — подкорректирую , я «афтар» этого творения. плагиатом не занимаюсь. ). ковырялся лично..

Войдите, чтобы ответить

не понятно почему потерялось качество . в оригинале Word-документ выглядит безупречно.

Войдите, чтобы ответить

Войдите, чтобы ответить

Добрый день. Хотел узнать мнение или получить совет у знатоков. «Перестал» работать клапан: проверил по отдельности термопару — выдает 40мВ от обычной горелки; проверил клапан — срабатывает начиная от 700мВ точно(дохлая батарейка ААА). В чем косяк пока не понимаю, т.к. вроде едс термопары в границах нормы(очень удивлен показателю вашей термопары. Может в нем и есть проблема. ). Т.к. клапан работает от внешнего питания, хотел узнать — обмотка на клапане не накроется при таком использовании?

Войдите, чтобы ответить

Добрый день,показателей термопары я не знаю ,т.к. она вышла из строя ,но клапан срабатывал где-то около 1в,»тянул» 400ма.Вся «кухня» моя в посте ,при питании от внешего блока питания актуальна как временное решение проблемы на период приобретения(покупки) клапана или термопары ,или комплекта в целом.Если не думаете их приобретать — выкрутите клапан,снимите прокладку резиновую,снимите пружинку -исчезнет головная боль. ) Плита превратится в СССР — девайс. )Удачи.

Войдите, чтобы ответить

PS. Попробуйте отревезировать контактные соединения со снятием термопары ,зачистки посадочного места т.п . соединения клеммы с корпусом .Сдаётся мне — больная ваша термопара. За обмотку клапана не беспокойтесь.Повышайте напряжение до срабатывания клапана — он лишнего тока не возьмёт.

Войдите, чтобы ответить

Благодарю за столь скорый ответ! Контакты термопары по мере возможности уже зачистил, но, увы, или к счастью, кроме нагара там нечего было чистить. Замеры я уже делал на тестовом стенде без лишних деталей. Учитывая прожорливость клапана, мне тоже кажется что проблема в термопаре, но в противовес этому идет таблица ТЭДС стандартных термопар(https://kipiya.ru/2008/04/04/tablica-termo-eds-standartnyx-termopar/, https://temperatures.ru/pages/graduirovochnye_tablicy), где максимальные показания не превышают 70мВ. Именно поэтому я и стал искать помощи, ибо на данный момент сложилось два впечатления: испортилась обмотка клапана раз так много требует для удержания и испортилась термопара раз выдает так мало. Но и то, и другое не выдерживает критики. Либо я что то упускаю. В общем остается два варианта, либо убрать клапан, либо покупать комплект. А пока просто обойду термопару с помощью внешнего питания.

Войдите, чтобы ответить

в плане стандартов — таблица орентирует на промышленные термопары ,слаботочные (стандарты СССР- СНГ,) что касается газ-контроля — эти термопары «заточены » под буржуйские плиты.По сути промтермопары выдают СЛАБОТОЧНЫЙ СИГНАЛ на электронные приборы (с дальнейшим усилением такового) для контроля термопроцессов. .Что касается т/п газ-контроля ,то она (она спецназом разработана для клапана) выдаёт значительный ток на клапан ,а клапану нужно преодолеть сопротивление пружины и ещё придавить прокладку. На производстве есть закалочные трансформаторы (напайка резцов). выдают 2вольта с понижающей обмотки между контактами.Зажимается резец ,накаляется. идёт ток 400 — 600а. примерно и термопара газ-контроля расчитана на ток до 500ма. Газ-контроль отсекает газ от краников духовки,горелок..Не куда он далее не пойдёт пока вы не откроете краник. Если посмотреть комменты в инете про газ-контроль ,можно сделать вывод — он не совершенен,недолговечен. = смывной бачёк с блоком электроники. ) Его ставят чтобы» срубить бабло «( ИМХО ). и запчастей нет. Для самодельщиков есть где поупражняться.

Отличия от датчика температуры

В автоматических газовых котлах, помимо термопары, может устанавливаться ещё и датчик температуры — он позволяет снизить интенсивность пламени при достижении заданной пользователем температуры.

Визуально они похожи, поэтому их можно перепутать. Основные отличия:

• у датчика температуры основа — это массивный цилиндрический сифон в форме запаянной медной колбы;
• у термодатчика — более тонкая капиллярная трубка;
• термодатчик устанавливается возле водяного радиатора (так как замеряет температуру теплоносителя, а не пламени в камере горения);
• термодатчик соединяется с клапаном автоматики.

Термопара Датчик температуры
Принцип работы температурного датчика также отличается. Внутри колбы — специальная жидкость, которая при нагревании расширяется, передает давление в автоматику, а та, в свою очередь, регулирует положение клапана.

Рекомендуем статью: Как правильно выбрать источник бесперебойного питания

Расширительный бачок

Чтобы теплоноситель не издавал журчания, система отопления должна быть полностью заполнена.
Но при этом должна быть предусмотрена возможность свободного расширения рабочей среды при нагреве. Для этого и устанавливается расширительный бачок.

Котлы оснащаются бачками мембранного типа, которые не имеют сообщения с атмосферой (закрытые). Такой бачок разделен эластичной мембраной на две части, одна из которых подсоединена к системе отопления, а другая содержит воздух при некотором давлении.

Объем первой части должен составлять примерно 10% от объема всего теплоносителя в СО. Во второй части нужно поддерживать давление на 0,2 атм меньше того, которое наблюдается в СО при работающем циркуляционном насосе.

Виды термопар

Термопары для бытовых газовых котлов преимущественно хромель-алюмелевые. Они одни из самых дешевых в производстве, выдерживают нагрев до температуры порядка 1500 градусов (в камере горения она в среднем 1000 – 1200 градусов). Но изготавливают их и из других материалов. Самые распространенные:

• платинородий-платинродиевые (ТПР);
• платинородий-платиновые (ТПП10);
• вольфрамрениевые.

Преимущественно такие вариации используются в промышленных котлах. Принцип их устройства и работы — аналогичен. Единственное отличие — это максимально допустимая рабочая температура (а также генерируемый ток).

Как соединить прогоревшую термопару автоматики газового котла

В теории, спаять прогоревший модуль можно. Возможные варианты сварки:

• в соляном электросварочном аппарате;
• с помощью ацетиленовой горелки;
• сварка в угольном или и графитном порошке (в керамической емкости).

А вот ток сварки — примерно 80В 5А. Это показания для хромель-алюмелевой термопары. То есть без лабораторного автотрансформатора (он же ЛАТР) не обойтись. И в дополнение к этому — вероятность того, что шов получится неровным и при нагревании модуль вообще не будет вырабатываться электричество — большая.

Стоимость же новой термопары для котла — от 200 до 1500 рублей (в зависимости от модели). Самые дешевые действительно можно отремонтировать в домашних условиях, если есть подходящее для этого оборудование. А вот дорогие (с платиновыми или вольфрамовыми проводниками) ремонту, как правило, не подлежат, их просто заменяют.

Итого, термопара — это простое с технической стороны устройство, которое обезопасит от протечки газа в случае затухания котла. Средний срок службы такого модуля — 5 лет. Производители котлов рекомендуют производить их диагностику не реже 1 раза в 3 года.