Термопари для газових котлів – принцип дії, заміна своїми руками

Термоелектричні датчики – термопари – застосовуються в газових котлах і водогрійних колонках, оснащених енергонезалежною автоматикою безпеки. Функція елемента – відстежувати наявність полум’я пальника, безперервно подаючи струм до електромагнітного клапану блока управління SIT 630 (чи подібного). Наша мета – розповісти, що таке термопара котла, як вона працює та замінюється в разі несправності.

Конструкція термоелектричного датчика полум’я

Термопара – це елемент безпеки газового котла, що виробляє напругу від нагрівання та підтримує клапан подачі палива у відкритому стані, поки горить запальник. Зображений на фото датчик діє автономно, без підключення до зовнішнього джерела живлення. Сфера застосування термопар – газові енергонезалежні установки: печі, кухонні домашні плити і водонагрівачі.

Пояснимо принцип роботи термопари для котла, що базується на ефекті Зеебека. Якщо спаяти або зварити кінці 2 провідників з різних металів, то при нагріванні цієї точки в ланцюзі виникне електрорушійна сила (ЕРС). Тобто, струм. Різниця потенціалів залежить від температури спаю і матеріалу провідників, зазвичай це напруга 20…50 мілівольт (на побутовій техніці).

Датчик складається з наступних деталей (будова показана нижче на схемі):

• термоелектрод з «гарячим» спаєм з двох різних сплавів, прикручений гайкою до монтажної пластині поряд з пілотним пальником котла;
• подовжувач – провідник, укладений всередині мідної трубки, яка одночасно виступає мінусовим контактом;
• плюсова клема з діелектричної шайбою, що вставляється у гніздо автоматичного газового клапана і фіксується гайкою;
• є різновиди термопар, які приєднується до автоматики за допомогою звичайних клем на гвинтиках.

Примітка. Мідна трубка потрібна для захисту плюсового провідника від зовнішніх наведень, що створюються будинковою мережею 220 В та іншими електроприладами. Згадайте: мінімальна величина напруги термопари становить лише 20 мВ.

Для виготовлення електродів, які виробляють струм, використовуються спеціальні металеві сплави. Найпоширеніші термічні пари:

• хромель – алюмель (тип K за європейською класифікацією, позначення – ТХА);
• хромель – копель (тип L, абревіатура – ТХК);
• хромель – константан (тип E, позначається ТХКн).

Довідка. Алюмель – це сплав нікелю з алюмінієм, марганцем і кремнієм. Хромель складається з 90% нікелю та 10% хрому. Копель теж включає нікель, сплавлений з міддю і кремнієм.

Застосування сплавів в конструкції термопар обумовлене кращою генерацією струму. Якщо зробити термічну пару з чистих металів, отримаємо надто малу вихідну напругу. В більшості теплогенераторів, що експлуатуються у приватних будинках, встановлені датчики ТХА (хромель – алюмель). Детальніше про конструкцію термопар дивіться на відео:

Принцип дії у складі котла

Схема підключення термоелектричного датчика в різних газових приладах приблизно однакова. Вимірювальний електрод знаходиться в зоні дії запальника чи основної горілки, плюсовий провідник приєднаний до електромагніту, що відкриває подачу газу.

Довідкова інформація. В турбованих і атмосферних теплогенераторах, що підключаються до будинкової електромережі, замість термопари може застосовуватися фотоелектричний датчик. Він реєструє наявність вогню без прямого нагріву.

Як працює термопара на підлогових котлах типу АОГВ і подібних апаратах:

1. Користувач однією рукою натискає кнопку та примусово відкриває електромагнітний клапан подачі газу.
2. Другою рукою домовласник включає п’єзоелемент розпалювання, утримуючи першу клавішу. Спалахує запальник.
3. За інструкцією з експлуатації кнопка утримується 5-30 секунд (залежно від моделі котла і автоматики), за цей час запальник прогріває вимірювальний електрод.
4. В ланцюзі електромагніту виникає постійний струм, який надходить від датчика полум’я. Користувач відпускає клавішу, але подача палива не припиняється, бо тепер клапан утримує напруга від термопари.

Якщо з різних причин вогонь згасне, нагрівання термоелемента припиниться, струм зникне. Електромагніт відключиться, пружина відкине клапан і прохід для газу закриється.

Довідка. Газові водогрійні установки, що працюють без електрики, комплектуються автоматикою різних виробників: EuroSIT, ЖМЗ, «Арбат», «Оріон» та інших. Термопара всюди працює за однаковим принципом – поки електрод гріється полум’ям, подача газу не припиниться.

Відмінності від датчика температури

Окрім термопари, до автоматичного газового клапана котла підключається ще 1 датчик. Це термобалон, що відповідає за відімкнення основного пальника в момент досягнення заданої температури води. Зовні колби цих елементів та мідні з’єднувальні трубки трохи схожі. Недосвідчений домовласник може запросто переплутати датчики.

Перелічимо основні відмінності температурного вимірювача від термопари:

• конструкція датчика – циліндричний сильфон, зроблений у вигляді колби з міді, один її кінець запаяний;
• термобалон приєднаний до газової автоматики тоншою капілярною трубкою, ніж електрод термопари;
• сама термочутлива колба встановлюється всередину занурювальної гільзи чи ховається під обшивкою водяної сорочки, а не кріпиться поряд з запальником;
• температурний датчик не від’єднується від автоматики або відрізняється меншим розміром гайки, ніж прикручена термопара.

Примітка. Термобалон діє за іншим принципом: від нагрівання у колбі розширюється спеціальна рідина. Тиск передається капілярною трубкою клапану автоматики, який перекриває газ та вимикає основну горілку. Полум’я запальника не згасає.

Як перевірити і замінити термопару

Головна ознака несправності датчика полум’я – запальник гасне одразу після відпускання кнопки. Іноді проблема проявляється інакше – вогник на запальнику лишається, але після розпалювання основної горілки подача газу знову припиняється і котел затухає повністю. Причини неполадок:

• термічний електрод покрився сажею і погано прогрівається, тому напруга в ланцюзі падає нижче мінімуму;
• прогар корпусу термопари;
• порушення контакту в точці «гарячого» спаю;
• відкрутилася гайка кріплення, робочий електрод перекосився і погано прогрівається запальником;
• вийшов з ладу датчик тяги чи стався обрив дроту, що його приєднує до автоматики.

Уточнення. Несправність датчика тяги викликає такі ж симптоми, оскільки цей «кінцевик» включений послідовно з термопарою (у розрив ланцюга). Щоб виключити вплив датчика, тимчасово замкніть 2 його дроти напряму.

Для діагностики знадобиться мультиметр або інший прилад, здатний вимірювати низьку напругу (до 100 мВ). Як робиться перевірка:

1. Закрийте подачу газу до котла або проточного водонагрівача краном, розташованим на трубі газопроводу. Зніміть кожух чи передню панель агрегата.
2. Користуючись ріжковими ключами, відкрутіть гайки кріплення термоелектрода і з’єднувальної трубки. Зніміть датчик полум’я.
3. Уважно огляньте робочий електрод, очистіть його від сажі. Якщо під час візуальної перевірки виявите прогари, одразу міняйте термопару.
4. Перемістившись на кухню, запаліть конфорку газової плити. Підключіть «крокодили» мультиметра до центрального контакту і мідної трубки. Налаштуйте межу вимірювання 0.1 або 1 В.
5. Нагрівайте термоелемент конфоркою плити, спостерігаючи за показаннями вольтметра.

Головна умова: справна термопара для котла має видавати напругу щонайменше 0.02 вольта. Якщо прилад показує нулі, напруга скаче або не перевищує 20 мВ, елемент треба поміняти. Сучасні датчики не підлягають ремонту шляхом перепайки.

Порада. Купуючи нову термопару, завжди орієнтуйтеся за маркою і конкретною моделлю котла, щоб не заплутатися в маркуваннях і позначеннях.

Якщо вам не хочеться завчасно знімати елемент, діагностику можна провести прямо на котлі. Відкрутивши гайку, від’єднайте трубку термопари від автоматики та підключіть мультиметр, як описувалося вище. Утримуючи клавішу, розпаліть запальник і знімайте показання приладу. Недолік методу: неможливість візуального огляду і очистки електрода від сажі.

Встановлюючи нову термопару в газовий котел, налаштуйте положення біметалічного стрижня. В ідеалі електрод має стояти горизонтально, не відхилятися вгору чи донизу і добре омиватися полум’ям запальника.

Заключний висновок

Знаючи будову термопари котла і способи її перевірки, нескладно виявити проблему, як і замінити датчик в домашніх умовах. Тут важливо відкинути інші схожі несправності – поломку датчика тяги чи котушки електромагніту. Остання проблема характерна для російської автоматики – «Арбат», ЖМЗ тощо. Як зробити ремонт підручними засобами, дивіться в останньому відео: