Термопара для газового котла: принцип работы, проверка работоспособности, замена

Фактически, для проверки корректности работы сенсора можно использовать любой подходящий источник тепла, например, простую зажигалку. Однако нужно учитывать, что в зависимости от мощности нагревающего источника показания на измерительном приборе могут быть как ниже, так и выше нормального уровня.

Термопары: устройство и принцип работы простым языком

Термопара, которую также называют термоэлектрическим преобразователем, представляет собой устройство, предназначенное для измерения температуры, а ее функционирование основано на термоэлектрическом эффекте.

В бытовых условиях термопары применяются в самых разных устройствах, начиная от простейших, как утюги и паяльники, до более сложных систем, таких как холодильники, автомобили и отопительные котлы. Из-за своего широкого диапазона измеряемых температур, который варьируется от -250 °С до +2500 °С, термопары нашли применение в различных сферах, включая промышленность, коммунальное хозяйство, научные исследования и медицину. Кроме того, термоэлектрические преобразователи используются в рамках автоматизированных систем для контроля и управления, обеспечивая сбор и передачу данных о изменениях температуры. Эти датчики отличаются высокой надежностью, относительно невысокой ценой, необходимой точностью измерений и малой инертностью.

Работа термопары заключается в изменении термо-ЭДС (термоэлектродвижущей силы) в зависимости от повышающейся или понижающейся температуры. Точность измерений напрямую зависит от конструкции термопары, соблюдения технологических норм и схемы подключения проводников.

Структура термоэлектрического преобразователя определяется такими факторами, как тепловая инерция и чувствительность используемых элементов, а также условиями применения, включая температурные диапазоны, агрессивность и состояние среды, необходимость в защите устройств от внешних факторов.

Принцип работы термопары

Основой действия термопары выступает термоэлектрический эффект, известный как эффект Зеебека. Данное явление было открыто ученым в 1821 году и заключается в следующем:

в замкнутой цепи, состоящей из двух различных проводников, возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), если соединения, или спаи, этих проводников находятся при разных температурах. Эффект не наблюдается в случаях применения однородных материалов или при равенстве температур спаев. Величина термоэлектродвижущей силы зависит от материала проводников и разницы температур в контактных точках, а направление тока в контуре зависит от того, какой именно спай нагрет сильнее.

На практике используется два разных проводника, которые формируют термопару и одновременно называются термоэлектродами. Один спай, называемый горячим, осуществляется путем сварки или скручивания и находится в среде, температура которой измеряется; другой, холодный спай, подключается к контактам измерительного прибора или соединяется с устройством автоматического управления. В современных термопарах применяются цифровые сигналопреобразователи для повышения точности измерений.

Термо-ЭДС образуется благодаря разнице потенциалов между спаями проводников при значительном нагреве или охлаждении горячего спая. Значение напряжения на холодном спае прямо пропорционально температуре на горячем спае. При этом для получения высокой точности измерений температура на холодном спае должна оставаться постоянной; в противном случае могут возникнуть значительные погрешности. Для гарантии стабильности показаний холодный контакт помещается в специальные камеры, где поддерживается постоянная температура.

Устройство и назначение термопары

Сенсорные элементы, конструктивно представляющие термопару, широко применяются не только в учебных и профессиональных лабораториях, но также и в бытовом оборудовании и промышленных устройствах. По сути, термопара является термоэлектрическим преобразователем.

Наиболее распространенным применением данного преобразователя является измерение температуры окружающей среды или конкретных объектов. Например, в конструкции газового котла термопара предназначена для контроля температуры пламени газовой горелки.

Именно так выглядит термопара, однако следует понимать, что существуют и другие конструкции термопар, которые могут быть использованы в газовых колонках, которые могут отличаться конфигурацией и функционалом в зависимости от производителя и модели.

Конструктивные особенности термопары

Конструкция термопары не является сложной, но с точки зрения технологий, процесс ее изготовления требует высокой точности и строгости в соблюдении характеристик используемых компонентов.

Основные элементы термопары состоят из двух металлических проводников, обладающих различными физическими свойствами.

Эти проводники соединяются по концам с одной стороны, в то время как концы другой стороны остаются открытыми для подключения к измерительным приборам, обеспечивая передачу разницы потенциалов.

Схема работы классической термопары: 1 – точка спая (фактически контрольный элемент); 2 – металл с определенным значением ЭДС; 3 – металл с другим значением ЭДС; 4 – вольтметр, с помощью которого можно считывать показания в милливольтах во время нагрева датчика.

Принцип работы и назначение датчика

Принцип работы рассматриваемого устройства полностью определяется термоэлектрическим эффектом (или эффектом Зеебека). Соединенные в одной точке проводники, выполненные из различных металлов, создают разность потенциалов, поскольку каждому металлу присущ различный коэффициент термо-ЭДС.

Когда речь идет о газовой колонке, работа термопары обеспечивает контроль за процессом горения и защиту от возможного утечки газа. Когда горелка газового котла или водонагревателя находится в активной фазе (пламя горит), термопара, расположенная в зоне пламени, нагревается и генерирует электрический ток. Этот ток достаточно силен для управления открытием и удерживанием газового клапана.

На представленной схеме газовой колонки показано, как функционирует данное оборудование: 1 – датчик контроля пламени (термопара); 2 – реле, ответственное за тепловую защиту; 3 – электромагнитный клапан.

Если температура нагрева резко снижается (например, в случае потухания пламени горелки), величина создаваемого тока также уменьшается, что является причиной закрытия газового клапана. В итоге подача газа в систему блокируется, что обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования.

Если у вас возникают проблемы с срабатыванием газового клапана на газовой колонке, настоятельно рекомендуем ознакомиться с методами проверки и ремонта устройства.

Проверка термопары домашней газовой колонки

Долговременная эксплуатация домашней газовой колонки может привести к ситуации, когда термопара выходит из строя. В таком случае необходимо проверить работу системы и, соответственно, сам сенсор контроля пламени.

Конечно, не каждый владелец газового оборудования способен справиться с такими задачами самостоятельно. Более того, с учетом вопросов безопасности, разумно будет обратиться в соответствующую газовую службу для решения данной проблемы.

Однако жизнь порой ставит владельцев в такие обстоятельства, когда обратиться за помощью к специалистам невозможно по какой-то причине. В таких случаях остается единственный вариант – попытаться выполнить проверку самостоятельно.

На представленном изображении показан один из способов установки термопары, которую необходимо проверить: 1 – область нагрева, которая чаще всего подвержена повреждениям; 2 – гайка крепления, которую следует открутить для демонтажа; аналогичная гайка может находиться и на другом конце термопары.

Для неискушенного в делах газа пользователя становится актуальным вопрос: как можно проверить термопару на газовом котле с помощью тестера – распространенного прибора для диагностики как электрическкого, так и электронного оборудования. Попробуем более детально рассмотреть этот технологический момент, чтобы облегчить процесс.

Этап #1 — подготовка к проверке тестером

Прежде всего, давайте напомним, что тестер представляет собой измерительный прибор, который может быть стрелочным или цифровым и на котором можно измерить:

• сопротивление;
• напряжение (как переменного, так и постоянного тока);
• силу тока (переменного и постоянного).

Эти значения являются основными и наиболее важными. Кроме того, современные тестеры могут проверять множество других параметров, например, индуктивность и емкость.

С учетом принципа работы термопары в бытовом газовом котле, вполне достаточно будет режима измерения напряжения в милливольтах.

На изображении представлена процедура тестирования термопары с использованием измерительного прибора и простого нагревательного элемента, такого как парафиновая свеча. Как видно из показаний тестера (25 мВ), датчик контроля пламени газовой горелки работает исправно.

Кроме тестера, наладчику потребуется еще одно довольно простое устройство – источник нагрева. Идеальным вариантом будет использование прибора, который способен создавать открытое пламя, например, обычной парафиновой свечи.

Этап #2 — визуальный осмотр на наличие дефектов

Процедура тестирования сенсора контроля пламени на самом деле не сложная. Тем не менее, прежде чем переходить к горячему тесту, рекомендуется тщательно осмотреть термопару визуально снаружи.

При осмотре области спая и нисходящей части стержня на этих участках не должно быть видимых физических дефектов металла, включая области сгорания или коррозии.

Этап #3 — тестирование работоспособности датчика

После завершения визуального осмтора можно перейти к горячей проверке. Для этого область спая и нисходящий участок стержня термопары необходимо расположить над фитилем свечи.

Затем на терминальные концы термопары подключается измерительный прибор (тестер), после чего зажигается свеча. Создаваемый при этом потенциал наблюдается на шкале измерительного прибора.

Проверка термопары

Основным признаком неисправной термопары является затухание пламени, когда пользователь отпускает кнопку зажигания. Есть и более редкий случай: фитиль может не угаснуть при отпускании кнопки, но при включении главной горелки пламя гаснет полностью.

Есть несколько причин, по которым это может происходить:

• электрод недостаточно нагревается из-за большого количества сажи на его поверхности;
• крепежная гайка открутилась, что приводит к смещению стержня, и он не прогревается;
• датчик тяги оказался неисправным;
• обрыв в электрической цепи;
• в области спайки пропал контакт;
• в корпусе датчика возник прогар.

Иногда проблема заключается не в термопаре, а в датчике тяги. Чтобы исключить этот вариант, можно временно замкнуть контакты датчика тяги.

Некоторые пользователи, сталкиваясь с неисправностями термопары, фиксируют кнопку в нажатом состоянии, например, обвязывая ее изолентой или помещая на нее тяжелый предмет. Однако делать этого крайне не рекомендуется, так как если пламя погаснет, а подача газа не прекратится, это может привести к возникновению опасной ситуации, вплоть до взрыва.

На видео представлены методы, как проверить термопару на работоспособность.

Как проверить термопару при помощи мультиметра

Для того чтобы понять, требуется ли замена термопары на газовом котле, необходимо провести проверку ее работоспособности. Для этого понадобится мультиметр или другой прибор, имеющий функцию измерения низкого напряжения (до 100 Милливольт).

Инструкция по проверке термопары мультиметром на газовом котле:

• Закройте подачу газа, используя кран в подводящей трубе.
• Снимите переднюю панель устройства.
• Открутите гайку, удерживающую термопару.
• Осмотрите электрод, предварительно очистив его от всех загрязнений (осторожно, чтобы не поцарапать поверхность). Чистка может быть выполнена с помощью мягкой щетки или ватки, смоченной в спирте. Если на корпусе имеются видимые прогары – датчик подлежит замене.

• Проверьте наличие окислов на контактах. Если они есть, их следует удалить с помощью мелкой наждачной бумаги.
• Подключите первый зажим прибора к медной трубке, а второй к центральному контакту термопары.
• Нагрейте рабочий стержень термопары для получения необходимого напряжения. Эта процедура удобно выполнять над открытым пламенем. В качестве источника нагрева можно использовать парафиновую свечу или конфорку газовой плиты.
• После того, как термопара хорошо прогреется (примерно через минуту), обратите внимание на показания измерительного прибора. Если он показывает напряжение от 20 мВ (0,02 В) до 60 мВ (0,06 В), значит, элемент функционирует исправно. Если же значение меньше 20 мВ, термопара неисправна и требует замены, так как современные термопары не подлежат ремонту.

Проверка напряжения термопары в газовом водонагревателе может быть выполнена без снятия термопары с устройства. Для этого следует открутить гайку, что позволит получить доступ к термопаре, и затем отсоединить трубку и автоматику. После этого, подключив измерительный прибор описанным выше образом, нажмите на кнопку и зажгите запальник, наблюдая за показаниями прибора.

Замена термопары

При выборе новой термопары важно подбирать модель, идентичную той, которая была установлена на устройстве.

Процесс замены термопары на газовом котле не сложный и состоит из двух основных шагов:

• Установите и закрутите гайку, фиксируя рабочий электрод на module горелки.
• К клапану необходимо подключить диэлектрическую шайбу.

Важно правильно настроить положение стержня по отношению к горелке. Он должен оставаться в горизонтальном положении; в противном случае термопара может работать некорректно.

Термопара подключена к левой конфорке газовой плиты.

Замена термопары в газовой плите: в системе газового контроля

Когда газовая плита начинает гаснуть, причина чаще всего скрыта в термопаре. Это может проявляться следующим образом: когда пользователь разжигает конфорку и отпускает ручку, пламя сразу гаснет.

Перед заменой термопары в газовой плите обязательно перекрывается вентиль на трубе. Также если конструкция плиты это предполагает, требуется отключение от электропитания.

Рабочий наконечник датчика находится непосредственно рядом с конфоркой, а также в верхней части духового шкафа (по соседству с рассекателем пламени).

В первую очередь следует убедиться, что наконечник термопары не загрязнен. Нагар или другие загрязнения могут препятствовать правильному прогреву термопары, изменяя ее функциональность.

У моделей с несколькими наконечниками имеется один конструктивный нюанс. Если ломается хотя бы один из наконечников, это автоматически блокирует подачу топлива.

Прежде чем заменять термопару, стоит провести осмотр и убедиться в отсутствии нагара или последствий прогара корпуса. Также нужно помнить, что проводники термопары надежно фиксированы на корпусе газовой плиты.

Во многих случаях после очистки наконечника от нагара термопара восстанавливает свою работоспособность. Тем не менее, если она все же нуждается в замене, для этого нужно открутить гайку, которая крепит рабочий наконечник рядом с конфоркой. Затем отключите второй конец термопары от электромагнитного клапана, который может быть закреплен обжимными контактами или разъемами (резьбовыми). Новую деталь устанавливают также: одним концом к конфорке, а другим – к клапану.

Отличия от датчика температуры

Кроме термопары, к автоматическому топливному клапану котла может подключаться термобаллон, который отвечает за отключение основной горелки по достижении заданной температуры теплоносителя. На первый взгляд, колбы этих элементов и медные соединительные трубки могут казаться схожими. Однако менее опытный домовладелец вполне может перепутать эти датчики.

Порассмотрим основные отличия термометра от термопары:

• строение датчика – цилиндрический сильфон, выполненный в виде колбы из меди с запаянным концом;
• термобаллон подключается к газовой автоматике более тонкой капиллярной трубкой, чем электрогенерирующий датчик;
• сама термочувствительная колба помещается внутрь погружной гильзы или скрывается под обшивкой возле водяной рубашки, а не располагается недалеко от запальника;
• измеритель температуры не может быть отсоединен от автоматики, или отличается крепежной гайкой по размеру.

Примечание. Термобаллон действует по иному принципу: при нагреве специальная жидкость внутри колбы расширяется. Давление передается через капилляр к клапану автоматического управления, отключая основную горелку. Пламя запальника не затухает.

Как проверить и заменить термопару

Основным признаком неисправности датчика пламени является то, что фитиль гаснет в момент отпускания кнопки. Иногда проблемы проявляются иным образом: пламя на запальнике остается, однако, после активации основной горелки подача горючего снова прекращается и котел гаснет. Причины этой неисправности могут быть различны:

• термический электрод покрылся сажей, что препятствует его нормальному прогреву, в результате чего напряжение в цепи падает ниже допустимого минимума;
• прогар корпуса измерителя;
• нарушение контакта в области горячего спая;
• крепежная гайка открутилась, что приводит к перекосу рабочего стержня и плохому прогреву запальником;
• неисправность датчика тяги или разрыв в его электрической цепи.

Уточнение. Неисправность датчика тяги может вызывать аналогичные проблемы, поскольку этот переключатель соединен последовательно с термопарой в цепи. Чтобы исключить влияние датчика, на время замкните его провода.

Для диагностики необходимо использовать мультиметр или другой прибор, способный измерять низкое напряжение (до 100 мВ). Порядок проверки осуществляется следующим образом:

1. Перекройте подачу газа к теплогенератору (или проточному водонагревателю) с помощью крана, расположенного на подводящей трубе. Удалите кожух или переднюю панель агрегата.
2. С помощью рожковых ключей открутите гайки крепления термоэлектрода и соединительной трубки. Снимите датчик пламени.
3. Тщательно проверьте рабочий электрод, очистите его от сажи при помощи кисточки и тряпки. Если при визуальном осмотре вы обнаружите прогары, такая термопара подлежит немедленной замене.
4. Перейдите на кухню, зажгите горелку газовой плиты. Подключите зажимы мультиметра к центральному контакту и медной трубке. Установите низкий предел измерения (0.1 или 1 В).
5. Нагрейте термоэлемент конфоркой газовой плиты и следите за показаниями вольтметра.

Главное условие: исправная термопара для котла должна генерировать напряжение не менее 0.02 вольта. Если показания прибора равны нулю, скачут или не превышают 20 мВ, этот элемент необходимо заменить, поскольку современные термопары невозможно ремонтировать путем перепайки.

Совет. При покупке новой термопары всегда ориентируйтесь на марку и конкретную модель котла, чтобы избежать путаницы в маркировках и обозначениях.

В том случае, если вам не хочется снимать элемент раньше времени, диагностику можно провести прямо на котле. Просто открутите гайку, отсоедините трубку термопары от автоматики и подключите мультиметр, как описано выше. Удерживая кнопку, зажгите запальник и смотрите на показания прибора. Недостаток данного метода заключается в том, что у вас не будет возможности визуально осмотреть и очистить электрод от сажи.

При установке новой термопары в газовый котел обязательно настройте положение нагреваемого стержня так, чтобы он находился в горизонтальном положении, не отклоняясь вверх или вниз, а также чтобы поддерживалось хорошее омывание пламенем фитиля.

Плюсы и минусы

Как и у любого устройства, у термопар есть свои как плюсы, так и минусы. Среди основных преимуществ термопар можно выделить их невысокую стоимость, что связано с относительной простотой конструкции, а также длительный срок службы. Долговечность термопар объясняется отсутствием сложных узлов и подвижных элементов, подверженных износу. Кроме того, важным достоинством считается широкий диапазон измеряемых температур, а также простота монтажа и демонтажа этих приборов. Не следует упускать из виду их многофункциональность, позволяющую использовать термопары как для контроля пламени, так и в роли термометров.

К недостаткам относятся ограничения по пределу напряжения, который не превышает 50 мВ. Это становится одной из причин возникновения погрешностей при измерении температур. Недостаток линейной зависимости между значениями температур и разностью потенциалов также является минусом устройства. Кроме того, этот элемент не подлежит ремонту, и при выходе из строя его заменяют на новый. Тем не менее иногда неисправная работа термопары может быть вызвана плохим контактом. Чтобы восстановить работу котла, нужно снять термопару, очистить проводники и снова установить прибор на место.

Разновидности термопар

Современный рынок отопительных систем предлагает четыре основных типа термопар, которые могут быть установлены в газовых котлах.

• Модели типа Е отличаются высокой производительностью и широким диапазоном измеряемых температур, который варьируется от -50 до +740 градусов. Пластины-проводники изготавливаются из константа и хромеля. Заводская маркировка этих термопар представлена буквенным обозначением ТХКн.
• Модели типа J имеют более низкую стоимость по сравнению с первым типом и обозначаются маркировкой ТЖК. Контактные пластины изготавливаются из железа и константа, а диапазон рабочих температур составляет от -40 до +600 градусов.

• Модели типа К являются наиболее популярными и предназначены для работы при температурах от -200 до +1350 градусов. Пластины сделаны из алюминия и хромеля. Однако важно отметить, что при повышенном содержании углекислого газа хромель может подвергаться коррозии, что сокращает срок службы устройства. Эти термопары имеют маркировку ТХА и отличаются высокой чувствительностью к малейшим колебаниям температуры.
• Модели типа N являются модификацией моделей типа Е и способны работать при температуре до +1200 градусов. Пластины изготавливаются из нихросила и нисила. Модель данного типа является самой точной среди устройств, используемых в котельном оборудовании.

Кроме описанных типов термопар, существуют также изделия, для изготовления которых применяются дорогие металлы. Это значительно увеличивает их стоимость и делает установку в газовые котлы экономически нецелесообразной. Например, пластины высокоточных устройств типа М изготавливаются из никеля и молибдена и устанавливаются в дорогие вакуумные котлы, но в газовом оборудовании не применяются.

Термопары для газовых котлов являются важными защитными устройствами. Они полностью контролируют работу электромагнитного клапана, обеспечивая адекватную подачу топлива и стабильную безопасную работу котла.

Чтобы узнать, как правильно проверить термопару для газового котла, смотрите следующее видео.