Основные типы термопар для газового котла: плюсы и минусы устройства

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.

Любой из этих факторов влияет на степень нагрева «горячего» спая и одновременно на безопасность работы газового котла:

• «блуждающий» контакт на термопаре;
• неправильное смешение газа с воздухом;
• нарушение стехиометрического горения, из-за которого температура фронта пламени получается ниже или выше;
• отложение сажи на рабочем конце термодатчика.

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, 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. 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.

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.

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.

Другие недостатки:

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.