Термопара для газового котла: устройство и принцип работы

Термопара является практически единственным прибором, предназначенным для измерения предельно высоких температур. Прибор широко используется в различном котельном оборудовании, осуществляя контроль за терморежимом и предохраняя системы от перегрева.

Согласно ГОСТу P 8.585-2001, термопара представляет собой контролирующий температуру прибор, состоящий из 2-х проводников, изготовленных из разных сплавов. Каждый сплав отличается своим сопротивлением и электрическим потенциалом. Контакт между проводниками происходит как в одной, так и в нескольких точках, причём в некоторых моделях он возможен благодаря наличию компенсационной проволоки. Для изготовления термопар используются неблагородные металлы.

Термопара выглядит очень просто и состоит из литого корпуса головки, оснащённого крышкой и фосфорными колодками, благодаря которым происходит компенсация линейного расширения электродов. Наконечник изделия служит для надёжной изоляции рабочего спая, а защитная трубка состоит из рабочего и нерабочего участков. Все соединительные провода проводятся через штуцер, имеющий уплотнитель из асбеста. В случае если электроды изготовлены из благородных металлов, в качестве защитных труб могут быть использованы изделия из фосфора или кварца.

Погрешность показаний приборов составляет один градус, что считается довольно значимым показателем в работе газового отопительного оборудования, и не позволяет считать устройства приборами высокой точности. Неточность измерения температур объясняется конструктивными особенностями термопары. Дело в том, что соединение пластин-проводников между собой происходит по-разному. В одних моделях соединение происходит с помощью точечной сварки, в других – посредством пайки или обжима.

В случае если стык двух проводников выполнен некачественно, то погрешность будет составлять один или более градусов. Это является критической величиной погрешности, увеличение которой может негативно сказаться на работе и безопасности котла. Поэтому при выборе термопары необходимо ориентироваться на продукцию известных и проверенных производителей, так как для АОГВ погрешность в один градус является непозволительной роскошью.

Термопары, установленные в газовых котлах, работают синхронно с электромагнитным впускающим клапаном, который по первому сигналу термопары немедленно прекращают подачу топлива. Работа термопары полностью основана на так называемом эффекте Зеебека, когда два проводника, изготовленные из разных материалов, контактируют друг с другом одной или несколькими точками, которые носят названия рабочей части и помещаются в область открытого пламени горелки. К противоположным концам этих металлических пластин приварены или припаяны проводники в защитной оболочке, второй конец которых удерживается зажимной гайкой в гнезде автоматического датчика. В момент, когда зажигается запальник и горелка котла, подача топлива осуществляется в ручном режиме, посредством нажатия на шток.

В результате газ подаётся к запальнику и он начинает гореть, нагревая своим пламенем термопару, расположенную рядом. По прошествии 15 секунд кнопка подачи топлива отпускается и подача топлива осуществляется благодаря тому, что термопара начала выработку напряжения, удерживающего шток топливного клапана. Среднее напряжение, которое способна выработать термопара, благодаря разности потенциалов на холодных окончаниях, находится в диапазоне 40-50 мВ. В некоторых высокотехнологичных моделях клапаны отличаются максимальной чувствительностью и удерживаются в открытом положении до тех пор, пока показатель напряжения на входе не опустится ниже 20 мВ.

Как и у любого устройства, у термопар имеются как достоинства, так и недостатки. Среди преимуществ приборов можно отметить их низкую стоимость, что обусловлено достаточно простой конструкцией, и продолжительный срок службы. Долговечность устройств объясняется отсутствием сложных узлов и подверженных трению движущих элементов. Важным плюсом является широкий спектр измеряемых температур, а также лёгкий монтаж и демонтаж прибора. Нельзя оставить без внимания и многофункциональность термопар, позволяющую использовать устройство как в качестве датчика контроля за пламенем, так и в роли термометра.

К недостаткам относят предел напряжения, который ограничен 50 мВ. Это является одной из причин погрешностей показаний, возникающих при измерении температур. Отсутствие линейной зависимости между значениями температур и разницей потенциалов также является минусом устройства. К тому же деталь не подлежит ремонту, и при выходе из строя заменяется на новую. Впрочем, иногда прекращение работы термопары связано с плохим контактом. Для возобновления работы котла нужно снять термопару, зачистить проводники и установить прибор на место.

Современный рынок отопительных систем предлагает четыре вида термопар, устанавливаемых в газовых котлах.

• Модели типа Е отличает высокая производительность и широкий диапазон измеряемых температур, который варьируется от -50 до +740 градусов. Пластины-проводники изготовлены из константа и хромеля. Заводская маркировка изделий представлена буквенным обозначением ТХКн.
• Модели типа J отличается более низкой, в сравнении с первым типом, стоимостью и представлена маркировкой ТЖК. Контактные пластины изготовлены из железа и константа, а диапазон рабочих температур составляет от -40 до +600 градусов.

• Модели типа К являются наиболее распространёнными и способны работать при температуре от -200 до +1350 градусов. Пластины изготовлены из алюминия и хромеля, что требует некоторых ограничений в их применении. Дело в том, что в условиях повышенного содержания углекислого газа, хромель склонен к образованию зелёной гнили, быстро разъедающей сплав и выводящей прибор из строя. Изделие имеет маркировку ТХА и отличается повышенной чувствительностью к малейшим колебаниям температуры.
• Модели типа N являются модификацией модели Е и способны работать при температуре до +1200 градусов. Для изготовления пластин используется нихросил и нисил. Модели данного вида считаются самыми точными устройствами, используемыми в котельном оборудовании.

Кроме перечисленных типов термопар, существуют модели, для изготовления которых используются дорогие виды металлов. Это значительно увеличивает себестоимость и делает их установку в газовые котлы нерентабельной. Например, пластины особо точных устройств типа М изготавливаются из никеля и молибдена. Такое устройство устанавливается в дорогие вакуумные котлы и в газовом оборудовании не применяется.

О том, как проверить термопару для газового котла, смотрите в следующем видео.