Термопара своими руками для газового котла

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Даже далекому от газовых дел обывателю по одному названию становится понятным, что это один из элементов автоматики котельного оборудования. На самом деле термопара для газового котла – ключевая деталь системы безопасности. Без исправно работающего датчика агрегат не сможет работать, а новые модели с электронными блоками даже не запустятся. Поэтому термопару с проблемами нужно менять, иначе газовый котел выйдет из строя.

Устройство и принцип работы газового котла

Функционирование датчика напрямую связано с горелкой. Чтобы понять работу термопары в газовом котле, нужно разобраться с тем, как организовано сжигание газа в горелке, а точнее – как контролируется процесс сжигания газовоздушной смеси.

Современный газовый котел, оснащенный АОГВ, работает в следующем порядке:

по сигналу прессостата и датчика давления воды открывается газовый клапан;
розжиг пламени на горелке;
если появился сигнал с термопары, то газовый клапан блокируется в открытом положении, если нет – пружина отбрасывает запорную иглу, перекрывая подачу газа.

Работа газовой горелки котла построена на обратном принципе. Для того чтобы газ постоянно подавался в зону горения, термодатчик должен быть исправным.

Соответственно, термопара реагирует пониженным напряжением, а котельная автоматика отключает подачу газа в котел.

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 – спай из двух разнородных металлов или сплавов. Две небольшие детали, одна из которых выглядит, как закругленный конус, вторая – тот же конус, но меньшего размера.

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. Этот конец вставляется в контактный разъем (+) на АОГВ и жестко фиксируется гайкой-штуцером. Горячий спай устанавливается на кронштейн рядом с запальным устройством.

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.

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.

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.

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.

Плюсы и минусы

Казалось бы, зачем ставить в газовый котел дополнительное устройство, если на теплообменнике уже стоит тепловой датчик. Как только температура медных стенок и воды поднимется на десяток градусов, автоматика поймет, что горение газового топлива происходит в штатном режиме. Но не все так просто.

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. Но оказалось, что время нагрева или остывания спирали датчика на порядок больше, чем у термопары. Соответственно в газовом котле успевает скопиться опасно большое количество газа и воздуха, топка могла попросту взорваться.

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.

Термопара не подлежит капитальному ремонту или восстановлению. Потому при выходе ее из строя другого выхода нет, как поменять термопару в газовом котле. Причем желательно той же модели.

Деталь подвержена замыканию. Причины неизвестны, но считается, что это из-за скопления конденсата внутри медной трубки.

Термопара в системе газового контроля

Существует два варианта работы датчика фронта горения. Первый используется в современных котлах, оснащенных электронной автоматикой контроля и управления процессом отопления. Как правило, контакт от термопары заведен в блок розжига. Напряжение от термоЭДС, поступающее на плату, открывает электронный ключ на базе тиристора или транзистора. А тот, в свою очередь, открывает электромагнитный клапан подачи газа.

В момент включения котла, в течение 20-25 секунд, пока спай не прогрелся, электронный ключ в открытом состоянии удерживается за счет конденсатора. Если от термопары не поступило напряжение на ключ, конденсатор разряжается, закрывается клапан, подача газа прекращается.

Второй вариант используется в старых напольных газовых котлах без электронных компонентов. Включение выполняется нажатием кнопки и механическим разблокированием магнитного клапана. Если розжиг газовой горелки состоялся, и на термопаре появилось термоЭДС, то сгенерированное напряжение блокирует клапан в открытом положении.

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.

Возможные неисправности и методы их устранения

Несмотря на то, что конструкция термодатчика проста, не содержит сложных, ломающихся элементов, термопара может также быть причиной регулярных выключений газовой горелки.

Проверку начинают с теста запуска котла. Если подача газа блокируется через несколько секунд после запуска автоматики, то первое, что нужно сделать, это закоротить контакты на прессостате. Датчик тяги находится в контрольной цепи автоматики, как и термодатчик, поэтому на момент проверки его нужно исключить.

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.

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.

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.

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.

Все о газовых котлах

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

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.

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.

Диагностика, ремонт и замена

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

Как проверить термопару на работоспособность

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).

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.

Можно ли восстановить работоспособность

Если при нагреве модуля вырабатывается хотя бы незначительный ток, а в самом датчике нет заметных прогаров, то восстановить работоспособность можно. Но в большинстве случаев целесообразней просто выполнить его замену.

Порядок замены термопары

Замена термопары выполняется просто. Примерный алгоритм следующий:

открутить фиксирующую гайку возле клапана (возле кнопки, с помощью которой открывается подача газа), потребуется гаечный ключ;
вынуть датчик из паза, если есть подведенные провода — снять клеммы;
подключите в обратном порядке новую термопару;
провести тестовый пуск котла и проверку работоспособности клапана (после розжига и обогрева камеры горения он должен оставаться в открытом состоянии).

Как правильно установить термопару

Устанавливая новую термопару, необходимо убедиться, что при работе котла пламя полностью окутывало капсулу модуля. Проследить за этим можно через смотровое окошко (если оно предусмотрено конструктивно). Ещё нюанс: фиксирующая гайка должна быть диэлектриком. Поэтому заменять её на любую другую — нельзя, в противном случае генерируемый датчиком ток будет уходить в корпус котла, клапан будет оставаться в закрытом положении после отпускания кнопки розжига.

Преимущества и недостатки использования термопар

Есть 2 ключевых преимущества таких модулей:

дешевизна производства;
автономная работа.

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.

Ремонт термопары своими руками

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

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

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.

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.

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.

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.

Читайте также: