Применение термопары
Проводки термопары помещаются в экран для избегания наводок, помех. Шаг позволит исключить ложные срабатывания оборудования, неправильные результаты измерений. Дополнительно избежать помех поможет скручивание проволочек друг с другом. На схожем принципе основана стабильность компьютерных витых пар.
Напряжение на выходе датчика зависит от разности температур между холодным и горячим концом. Поэтому в точных механизмах необходимо дополнительно оценивать параметры среды в месте снятия показаний. В бытовой технике, газовых плитах, нюансы упускаются за ненадобностью.
Термопара стоит неподалеку от свечи. Фактор контроля температуры — излучение. Огонь не задевает элемент, жар достигает датчика. Поскольку угасание конфорок происходит по раздельности, по науке выход каждой термопары подается на собственное измеряющее устройство. На практике скорее действует монтажное или схемное объединение логическим «и-не». Если один сигнал пропал, немедленно вырабатывается импульс тревоги, используемый по назначению. Отследим, чтобы работали все конфорки плюс духовка.
Плюсы и минусы
Использование термопар в системе автоматики котла имеет свои преимущества и недостатки. К плюсам стоит отнести:
- датчик имеет возможность работать в тяжелых условиях, соприкасаясь с открытым пламенем:
- поскольку изделие имеет простое устройство без движущихся частей, оно весьма надежно;
- устройство способно обеспечить уровень точности измерений, достаточный для использования в отопительных агрегатах;
- произвести замену термопары при необходимости достаточно просто.
К недостаткам элемента относят:
- нелинейную зависимость роста потенциала от повышения температуры;
- потенциал не может подняться выше определенного предела.
Недостатком является и невозможность проведения ремонта, в случае выхода термопары из строя, ее можно только заменить. Впрочем, стоимость этого элемента невысока, так что покупка нового не станет серьезным испытанием для семейного бюджета.
Устройство, принцип работы и основные типы
Термопара это классический термоэлектрический преобразователь, который используется для измерения температуры, в различных областях промышленности, науки, медицины, а также в автоматических системах управления и контроля газовых котлов, плит и колонок.
Устроена она очень просто и легко может быть изготовлена самостоятельно. Два проводника из различных материалов соединяются в кольцо. Одно из мест соединения помещается в зону измерения, а второе подключаются к измерительному прибору или преобразовательному устройству.
Фото 1: Термопара для устройства газового контроля
Принцип действия термопары основан на термоэлектрическом эффекте или как его еще называют эффекте Зеебека. Оно заключается в том, что на стыке двух соединенных в кольцо проводников из разных металлов появляется напряжение. Если температура мест спайки одинакова — разность потенциалов нулевая. Но стоит один из спаев поместить в область с более высокой или более низкой температурой, появляется напряжение отличное от нуля и пропорциональное разнице температур. Коэффициент пропорциональности различен для разных металлов и называется коэффициентом термо-ЭДС.
Фото 2: Конструкция и принцип действия термопары
Основные материалы для изготовления термопар – благородные и неблагородные металлы. Большинство сплавов из них имеют довольно экзотические названия, которые очень популярны у составителей различных кроссвордов и сканвордов. В зависимости от того какие пары металлов используются при изготовлении, термопары делятся на несколько типов. Ниже приведена таблица с их основными видами, обозначениями и характеристиками:
| Тип термопары | Сплав | Российская маркировка | Диапазон температур, °C |
|---|---|---|---|
| K | хромель-алюмель | ТХА | -200 — 1300 |
| J | железо-константан | ТЖК | -100 — 1200 |
| N | нихросил-нисил | ТНН | -200 — 1300 |
| R | платинородий-платина | ТПП13 | 0 — 1700 |
| S | платинородий-платина | ТПП10 | 0 — 1700 |
| B | платинородий-платинородий | ТПР | 100 — 1800 |
| T | медь-константан | ТМКн | -200 — 400 |
| E | хромель-константан | ТХКн | 0 — 600 |
| U | медь-медьникель | -200 — 500 | |
| L | хромель-копель | ТХК | -200 — 850 |
В системах автоматики газовых колонок, плит и котлов обычно используются термопары ТХА из хромель-алюмеля (тип K), ТХК из хромель-копеля (тип L), ТЖК из железа и константана (тип J). Датчики выполненные из сплава благородных металлов предназначены для высоких температур и в основном находят применение в литейном производстве и другой тяжелой промышленности.
Фото 3: Газовая горелка «Сахалин» для отопительных котлов и печей
Некоторые модели работающие на твердом топливе, например такие как твердотопливный котел отопления «Lemax» Forward могут комплектоваться газовыми горелками, в которых для защиты от утечек газа применяются термопары.
Устройство термоэлектрического датчика пламени
Термопара – это элемент безопасности газового котла, вырабатывающий напряжение при нагреве и поддерживающий в открытом состоянии, пока горит запальник. Изображенный на фото датчик действует автономно, без подключения внешнего источника электропитания. Сфера применения термопар – газоиспользующие энергонезависимые установки: печи, кухонные домашние плиты и водонагреватели.
Поясним принцип работы термопары для котла, основанный на эффекте Зеебека. Если спаять или сварить концы 2 проводников из разных металлов, то при нагреве этой точки в цепи вырабатывается электродвижущая сила (ЭДС). Разница потенциалов зависит от температуры спая и материала проводников, обычно лежит в пределах 20…50 милливольт (на бытовой технике).
Датчик состоит из следующих деталей (устройство показано ниже на схеме):
- термоэлектрод с «горячим» спаем из двух разнородных сплавов, прикрученный гайкой к монтажной пластине рядом с пилотной горелкой котла;
- удлинитель – проводник, заключенный внутрь медной трубки, одновременно играющей роль минусового контакта;
- плюсовая клемма с диэлектрической шайбой, вставляемая в гнездо автоматического газового клапана и фиксируемая гайкой;
- существуют разновидности термопар, подсоединяемые к автоматике с помощью обычных винтовых клемм.
В данной модели нагреваемый электрод крепится к пластине котла без гайки — вставляется в специальный паз
Для изготовления электродов, вырабатывающих ЭДС, используются специальные металлические сплавы. Самые распространенные термические пары:
- хромель – алюмель (тип K по европейской классификации, обозначение – ТХА);
- хромель – копель (тип L, аббревиатура – ТХК);
- хромель – константан (тип E, обозначается ТХКн).
Принцип действия термической пары из двух различных сплавов
Применение сплавов в конструкции термопар обусловлено лучшей генерацией тока. Если сделать термическую пару из чистых металлов, напряжение на выходе будет слишком малым. В большинстве теплогенераторов, эксплуатируемых в частных домах, установлены датчики ТХА (хромель – алюмель). Больше об устройстве термопар смотрите на видео:
Осторожно — газ!
Самая опасная неисправность газовых колонок – это утечка газа, при этом чувствуется характерный запах. При ее возникновении не стоит рисковать и пробовать починить аппарат самостоятельно. Необходимо сразу же перекрыть газ, проветрить помещение и позвонить в газовую службу. Соблюдая эти рекомендации, можно не опасаться за здоровье и жизнь свои и своих близких.
Итак, мы выяснили, как устроены данные приборы, рассмотрели их основные неисправности и способы их устранения. Данная инструкция по ремонту газовых колонок поможет вам выяснить причину поломки и устранить ее в кратчайшее время.
Руководство по ремонту газконтроля
Если газ на плите гаснет, то проблема может крыться не только в термопаре. Однако чаще всего дело именно в ней.
Основной признак проблем с газконтролем – после розжига конфорки и отпускания ручки или кнопки открытия «голубого топлива» пламя сразу тухнет. Это происходит из-за перекрытия клапана, так как термо-ЭДС для поддержания его открытым отсутствует либо недостаточна.
Причины шума конфорок газовых плит подробно изложены в статье, с полезной информацией которой стоит ознакомиться.
Прежде чем приобретать новую термопару, надо определиться с причиной плохой работы имеющегося прибора – возможно проблема в отошедших контактах на клапане, тогда надо лишь их подтянуть
Самостоятельно выполнять проверку, производить ремонт и замену термопары в газовой плите своими руками следует только при полном перекрытии газа. Сначала необходимо закрыть вентиль на баллоне с газовой смесью или трубе с метаном, а только потом приступать к каким-либо работам. Также не стоит забывать об отключении электроснабжения, если в конструкции есть энергозависимые приборы.
Наконечник термопары располагается непосредственно возле конфорки и газового огня. А в духовке его найти можно возле рассекателя пламени в верхней части духового шкафа. Этот кончик должен быть без нагара, минеральных отложений и каких-либо повреждений.
Если рабочий наконечник термопарного датчика покрыт окалиной, то ее в обязательном порядке следует счистить наждачной бумагой. Чем больше нагара, тем меньше тепла доходит до термопары, а тем меньше она соответственно создает ЭДС. Полученных милливольт может банально не хватать для открытия электромагнитного клапана.
Как проверить перед заменой?
Термопара обычно имеет один наконечник для установки возле огня. Но есть и варианты с двумя или тремя кончиками контроля температуры. Их обычно используют в духовках, однако все зависит от конкретной модели плиты.
У термопар с несколькими рабочими наконечниками имеется особенность – если лишь один из них не нагрет или вышел из строя, то электромагнитный клапан окажется закрыт. Поэтому, чтобы точно найти причину проблем, подобные термопарные устройства проверять придется особенно внимательно. Неисправным может быть лишь один из датчиков.
Исправная термопара для плиты на газу при нагреве над свечкой уже через 20–30 секунд выдает ЭДС порядка 15–20 мВ – если меньше, то датчик надо менять
Еще один момент – проводники термопары на участке до клапана должны быть натянуты или болтаться в корпусе плиты. При этом их подсоединение к электромагниту должно быть жестким, висящий «на честном слове» разъем здесь недопустим.
Выпускаются рассматриваемые устройства с длиной от 40 до 130 см. Выбирать по этому показателю термопарный прибор газконтроля следует очень внимательно. С одной стороны проволоку проводников нельзя излишне натягивать, а с другой она не должна лежать на нагреваемых поверхностях или свободно болтаться.
Как поменять устройство?
Перед тем как поменять поврежденную термопару в газовой плите, следует осмотреть прибор на:
- наличие на рабочем наконечнике нагара (если есть, надо счистить наждачной бумагой);
- отсутствие прогара данного наконечника (в этом случае только полная замена);
- жесткость соединения контактов термопарного датчика и клапана (при необходимости следует подтянуть);
- исправность самой термопары с выдачей при нагреве ЭДС на уровне минимум 15 мВ.
Менять рассматриваемый прибор следует только тогда, когда он точно неисправен. Во многих случаях, чтобы газовая плита вновь заработала, можно обойтись очисткой наконечника от нагара и проверкой контактов.
Чтоб произвести замену термопары, с газовой плиты придется снять переднюю панель, а также поднять на ней верхнюю крышку с конфорками
Рабочий наконечник термопары жестко зафиксирован возле конфорки или горелки с помощью гайки. Если она из-за накипи не поддается откручиванию, то излишне давить на ключ не стоит. Так можно лишь сломать крепление. Лучше воспользоваться сначала растворителем.
Второй конец термопары к электромагнитному клапану крепится с помощью резьбового разъема либо двух обжимных контактов. Снять их не представляется чем-то сложным. Новый термопарный датчик ставится в аналогичной последовательности – одним концом он крепится возле конфорки, а вторым к электромагниту.
Проверка термопары домашней газовой колонки
Длительная эксплуатация домашней газовой колонки вполне допускает такой момент, когда термопара выходит из строя. В этом случае необходима проверка функционирования системы и, соответственно, проверка непосредственно сенсора контроля.
Конечно, далеко не все владельцы газового оборудования способны выполнить такую работу. Да и с точки зрения безопасности, лучшим решением станет обращение в газовую компанию для решения такой задачи.
Но вместе с тем, ситуации могут быть разные, включая невозможность обращения к специалистам по каким-то причинам. Тогда остаётся единственный выход – попытаться сделать работу своими руками.
На картинке показан один из вариантов установленной термопары, которую нужно проверить: 1 – непосредственно горячая область датчика, чаще всего поддающаяся разрушениям; 2 – гайка крепления, которую нужно отвинчивать для демонтажа; Такая же гайка может использоваться на другом конце термопары
В таком варианте развития событий неискушённого в газовых делах пользователя интересует, каким образом проверить термопару на газовом котле с помощью тестера – распространенным прибором диагностики электрики и электроники. Попробуем раскрыть этот технологический момент, дабы облегчить задачу.
Этап #1 — подготовка к проверке тестером
Для начала напомним – тестер представляет собой измерительный прибор – стрелочный или цифровой, при помощи которого доступно измерить:
- сопротивление;
- величину напряжения (переменного и постоянного);
- силу тока (переменного, постоянного).
Отмеченные измеряемые значения являются своего рода основными. А еще, современные тестеры способны проверять ещё целый ряд параметров, к примеру, индуктивность или ёмкость.
Но с учётом принципа работы термопары бытового газового котла, вполне достаточно режима измерения напряжения в диапазоне милливольт.
Процедура тестирования термопары при помощи измерительного прибора и простого нагревательного элемента – парафиновой свечи. Как видно из показаний тестера (25 мВ), датчик контроля пламени газовой горелки исправен
Помимо измерительного прибора (тестера), наладчику потребуется ещё один достаточно простой инструмент – источник нагрева. Лучше, если такой источник будет иметь способность излучать открытое пламя. Поэтому, оптимальным вариантом здесь будет использование обычной парафиновой свечи.
Этап #2 — визуальный осмотр на наличие дефектов
Сама процедура тестирования сенсора контроля пламени несложная. Однако, прежде чем приступать к выполнению горячего теста, рекомендуется внимательно изучить термопару визуально с внешней стороны.
При осмотре области спая и нисходящего стержня на поверхности не должны просматриваться физические дефекты металла, в том числе области прогара.
Этап #3 — тестирование работоспособности датчика
Завершив визуальный осмотр, можно приступить непосредственно к выполнению горячей проверки. Для этого область спая и нисходящий участок стержня термопары газовой колонки помещается над фитилем свечи.
Далее на терминальные концы термопары подключается измерительный прибор (тестер), после чего свечу зажигают. Формируемый потенциал наблюдают на рабочей шкале измерительного прибора.
По сути, для проверки работоспособности сенсора допустимо использовать любой подходящий источник нагрева, например, бытовую зажигалку. Правда, в зависимости от мощности нагревающего источника, показания на тестере могут быть ниже нормы или, напротив, выше нормы
Отсутствие каких-либо показаний электрического потенциала явно свидетельствует о неисправности сенсора. При частичных дефектах на измерительном приборе могут отмечаться хаотичные (неустойчивые) показания единиц милливольт. Если же датчик газовой колонки исправен, на приборе, как правило, фиксируют стабильное значение, равное десяткам милливольт (20-30 мВ).
Причём, по мере нагрева корпуса термопары пламенем свечи, показания на шкале прибора незначительно меняется в сторону увеличения. Если же пламя свечи загасить, показания тестера устремятся к нулевому значению по мере остывания корпуса стержня и области спая. Вот, собственно и всё. При таком развитии событий, термопару, как вполне исправную, можно смело ставить по месту действия.
Принцип действия в составе котла
Схема подключения термоэлектрического датчика в различных газоиспользующих приборах примерно одинакова. Измерительный электрод находится в зоне действия фитиля либо основной горелки, проводник присоединен к электромагниту, открывающему подачу газа.
Как работает термопара на типа АОГВ и аналогичных аппаратах:
- Пользователь одной рукой нажимает кнопку и принудительно открывает электромагнитный клапан подачи газа.
- Второй рукой домовладелец включает пьезорозжиг, удерживая первую клавишу. Вспыхивает запальник.
- Согласно инструкции по эксплуатации, кнопку необходимо держать 5-30 секунд (зависит от модели агрегата), в течение которых фитиль прогревает измерительный электрод.
- В цепи электромагнита возникает постоянный ток, идущий от термоэлектродов. Пользователь отпускает клавишу, но подача топлива не прекращается – теперь клапан удерживает напряжение термопары.
Если в силу разных причин огонь потухнет, нагрев термоэлемента закончится, ЭДС исчезнет. Электромагнит отключится, пружина захлопнет клапан и перекроет путь топливу.
Электрод термопары располагается рядом с запальником на всех водогрейных аппаратах
Ремонт термопары своими руками
Чтобы устранить неполадку своими руками необходимо:
- прижимную гайку открутить гаечным ключом и и достать ее конец;
- шнуровкой-нулевкой очистить от загрязнений;
- произвести проверку термопары мультиметром;
- убедиться, что все показатели соответствуют нормам;
- собрать термопару обратно и запустить котел.
Если починить термопару не удается, то всегда есть возможность купить новую. Российский рынок предлагает большой ассортимент данных приборов, выпускаемых различными производителями, например, АБАТ, АОГВ, АКГВ. Их цена колеблется в диапазоне от 300 до 2000 рублей. На газовые котлы иностранного производства (например, Bosch, Viessmann, Vaillant) цена термопары будет выше.
О других неисправностях газового котла можете прочитать здесь.
Сегодня термопары нашли активное применение в автоматике газовых котлов, выбор их на рынке велик, и каждый имеет возможность приобрести универсальную термопару. Однако, выбирая термопару самостоятельно можно столкнуться с рядом трудностей. Следует обратиться к специалисту, который подскажет как выбрать прибор, соответствующий всем характеристикам газового котла. Также можно воспользоваться таблицей зависимости технических характеристик прибора с характеристиками газового котла.
Как устроены газовые колонки?
Теплообменник, основная и запальная горелка — три главных элемента, на которых основана работа газовых устройств.
Схема устройства газовой колонки
Основная система функционирования:
- Проходимость воды обеспечивается теплообменником. Обычно это медная труба с рёбрами, которая является главной.
- Нагрев постоянно происходит за счёт горящего газа, который повышает температуру самого теплообменника.
- Безопасная эксплуатация всей установки возможна благодаря встроенной системе регулирования.
- В случае прекращения подачи воды срабатывает защитная автоматика. При отсутствии давления работа тоже останавливается.
Принцип работы газовой колонки
Именно таким образом автоматически работает большая часть газовых колонок. Правильный ремонт предполагает изучение устройства и выявление причины проблемы на первоначальном этапе.
С какими видами неисправностей сталкиваются чаще всего при эксплуатации газового оборудования?
В большинстве случаев покупатели выбирают устройства с открытыми камерами сгорания. Есть ещё турбированные колонки с сетевым электропитанием. Но они достаточно сложны в эксплуатации и в соблюдении правил безопасности. В такие установки не рекомендуется вмешиваться людям, у которых не хватает опыта и знаний. Специалисты подскажут, как правильно разобрать газовую колонку.
Причины неисправностей:
- Подтекания и протечки.
- Работа с самопроизвольными отключениями.
- Розжиг основной горелки и пуск, работающие неправильно.
- Появление газового запаха.
Последняя проблема опаснее всего. При её появлении тут же выключают все установки, проветривают помещение. В такой ситуации не обойтись без звонка в аварийную службу.
Преимущества и недостатки
Главное преимущество газ-контроля — безопасность. В новостных сводках нередко встречаются сообщения о взрыве газа в жилых домах. Их все можно было предотвратить, если бы в плите имелась исправная система газ-контроля.
Система газ-контроля позволяет:
- немного расслабиться и не сидеть на кухне все время приготовления еды, чтобы следить за огнем;
- предотвратить случайную утечку газа, а значит, и взрывы, пожары и отравления;
- обеспечить защиту от детей, которые любят покрутить рукоятки. При непродолжительном нажатии и следующем отпускании газ перестает идти. Обычно ребенок не способен удержать ручку в одном положении достаточное время, чтобы допустить включение газа.
Но есть и у такой системы и отрицательные стороны:
- Первое, на что жалуются люди — длительность включения конфорки. Дело в том, что датчик термопары нагревается не мгновенно, поэтому ручки надо удерживать около 5 секунд до начала работы газ-контроля. Если плита старая или не подвергается должному уходу, то это время может быть увеличено и до 20 секунд.
- Второй отрицательный момент связан с тем, что газ-контроль — это устройство из нескольких частей. А это значит, что оно может сломаться, выйти из строя или просто не работать. Такое достаточно редко, но все же встречается. Заменить или починить эту систему самостоятельно не так сложно, но опасно и запрещено законодательством.
- Третья часто встречающаяся жалоба людей — газ-контроль срабатывает даже на маленький огонь и выключает его. То есть, потомить кашу на небольшом огне не получится, так как он постоянно будет тушиться. Это не совсем правильная ситуация — в идеале такого быть не должно. Скорее всего, речь идет об отошедших контактах термопары, поэтому лучше вызвать мастера.
Отдельная категория людей основывается на том, что раньше в плитах не было газ-контроля, и все как-то жили. По их мнению, такая опция лишь увеличивает стоимость газовой плиты. На самом же деле, цены на технику без газового контроля и с ним приблизительно равны. Разница в пару тысяч рублей совершенно несоизмерима с безопасностью, которую эта система обеспечивает.
Выводы
Если вы приняли решение производить отопление вашего жилища с помощью газового котла, помните, что термопара — ключевой элемент безопасной работы агрегата. Устройство термопары достаточно простое и понятное. Цена более чем приемлема, а разъемы подключения стандартные. Поэтому если вам нужно заменить температурный датчик в случае поломки, проблем не возникнет. Единственное, что следует учесть — это тип и технические характеристики устройства.
Несмотря на то, что конструкция термоэлектрического элемента очень простая, она является одной из самых важных деталей современного газового оборудования. Выступая в роли датчика температуры, обеспечивая газ-контроль и наличие пламени, термопара — идеальный элемент защиты вашей безопасности в отапливаемом с помощью газового котла доме. В любой нештатной ситуации термодатчик и отсекающий клапан сработают таким образом, что подача газа прекратится.
Видео по теме:
