Czujniki do kotłów gazowych: rodzaje, zasada działania, charakterystyka

Nowoczesny kocioł gazowy to skomplikowany agregat inżynieryjny, używany do ogrzewania wody i pomieszczeń mieszkalnych. Kontrolować i koordynować pracę wszystkich mechanizmów pomagają mu specjalne czujniki do kotłów gazowych. Warto zapoznać się z zasadą ich działania. Czy Pan/Pani się zgadza?

To właśnie dzięki czujnikom przestrzegane są kluczowe zasady eksploatacji urządzeń gazowych – zapewniane są bezpieczeństwo i automatyzacja pracy. W prezentowanym przez nas artykule szczegółowo opisano wszystkie rodzaje tych kompaktowych urządzeń oraz specyfikę ich montażu. Dzięki naszym radom będzie Pan/Pani mógł/mogła bezbłędnie wyposażyć kocioł.

Podstawowe rodzaje czujników

Główną zasadą działania wszystkich czujników jest przekształcanie sygnału i interpretacja wyniku w celu szybkiego informowania użytkownika o zmianach w pracy kotła gazowego.

Urządzenia gazowe są wyposażone w zestaw dodatkowego sprzętu, dzięki któremu można je zaprogramować do pracy w określonym trybie.

Kompaktowy czujnik przegrzania przedłuża żywotność kotła gazowego i nie pozwala mu się zepsuć z powodu wysokiej temperatury wody

Kluczowe czujniki odpowiadające za bezpieczeństwo urządzenia:

• ciągu;
• temperatury (zewnętrzny i pokojowy);
• płomienia;
• czujniki ciśnienia (presostat);
• przegrzania.

Omówmy cechy i specyfikę eksploatacji każdego z nich.

Do określenia siły ciągu w urządzeniu używa się czujnika ciągu lub termostatu do kotła gazowego, który odpowiada za prawidłowe spalanie gazu.

Dzięki temu małemu czujnikowi ciągu tlenek węgla nie przedostanie się do pomieszczenia, a zostanie wyprowadzony przez komin na zewnątrz

Ciąg jest niezbędny do usuwania tlenku węgla z kotła. Normalny ciąg „wyprowadza” produkty spalania z pomieszczenia, a nie do niego, słaby może spowodować zgaśnięcie kolumny i w konsekwencji awarię.

Najczęściej takie czujniki instaluje się w wyłapywaczu dymu. W przypadku awarii czujnika dym z produktów spalania przenika do pomieszczenia i stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa życia.

Typ czujnika zależy od rodzaju kotła, do którego chce go Pan/Pani podłączyć. Pierwszy rodzaj – kotły z ciągiem naturalnym, drugi – z wymuszonym.

Na schemacie wyraźnie pokazano różnicę w działaniu otwartej i zamkniętej komory spalania w kotłach gazowych, a także w budowie komina.

W urządzeniach z naturalnym ciągiem komora spalania jest otwarta. Podczas normalnej pracy tlenek węgla wydostaje się przez komin, a termostat bezpieczeństwa monitoruje ciąg i temperaturę spalin. W takich kotłach stosuje się czujnik w postaci metalowej płytki z przymocowanym do niej stykem.

Zasada jego działania polega na wysyłaniu sygnału do zaworu, który w odpowiednim momencie odcina dopływ gazu do palnika. Wewnątrz przekaźnika termicznego znajduje się metalowa listwa reagująca na zmianę temperatury.

Przekaźnik termiczny jest ustawiony na określoną temperaturę zgodnie z paliwem znajdującym się w kotle. W przypadku gazu ziemnego zakres temperatur wynosi od +75 °C do +950 °C, w przypadku gazu płynnego – +75-+1500 °C.

Jeśli wystąpi awaria w procesie odprowadzania tlenku węgla (przez komin na zewnątrz), innymi słowy, siła ciągu zostanie zakłócona, urządzenie zadziała. Gdy to nastąpi, temperatura wewnątrz urządzenia wzrasta, metal rozszerza się, czujnik się uruchamia, a kocioł stygnie.

Właściciele urządzeń gazowych z naturalnym ciągiem powinni zwrócić uwagę na pojęcie „ciągu wstecznego”. Mówiąc prościej, jest to proces, w którym tlenek węgla przedostaje się do pomieszczenia, a nie jest odprowadzany do komina.

Awaria występuje przy wahaniach temperatur, nieprawidłowym montażu komina lub jego zapchaniu, a także nieprecyzyjne obliczenia wymiarów komina mogą mieć wpływ. Niezależnie od przyczyny wystąpienia ciągu wstecznego należy go natychmiast wyeliminować, aby uniknąć zatrucia tlenkiem węgla.

Silny ciąg wsteczny w działaniu. Może spowodować zatrucie mieszkańców mieszkania lub domu z powodu dużej ilości tlenku węgla w pomieszczeniu

W urządzeniach z wymuszonym ciągiem zamontowano zamkniętą komorę spalania, a gaz jest usuwany za pomocą turbiny-wentylatora. Stosuje się tu czujnik-przekaźnik pneumatyczny wykonany w postaci membrany.

Przy normalnym ciągu membrana lekko odkształca się pod wpływem siły gazów spalinowych. Gdy przepływ staje się zbyt słaby, a membrana pozostaje nieruchoma, styki rozłączają się i zawór gazowy zamyka się. Taki czujnik kontroluje zarówno pracę wentylatora, jak i prędkość produktów spalania.

Jeśli istnieją wątpliwości co do zadziałania urządzenia przerywającego dopływ gazu w przypadku jego wycieku, obok urządzenia gazowego zaleca się zainstalowanie czujnika tlenku węgla. Jego montaż jest stanowczo zalecany, ale nieobowiązkowy.

Przyczyny zadziałania czujnika ciągu: błędy w instalacji kotła lub komina, zapchanie komina lub zatrzymanie wentylatora (tylko w urządzeniach z wymuszonym ciągiem).

Zasada działania i budowa układu automatyki pracy kotła gazowego zostały szczegółowo opisane w następnym artykule, z którym zalecamy się zapoznać.

Zasada działania presostatu

Presostat lub czujnik ciśnienia chroni kocioł przed przegrzaniem podczas gwałtownej zmiany ciśnienia gazu lub spadku przepływu wody.

Zainstalowanie presostatu chroni urządzenie gazowe przed nagłymi lub zbyt dużymi skokami ciśnienia i, w razie potrzeby, wyłączy aparat gazowy.

Wizualnie jest to standardowy czujnik elektryczny lub przekaźnik, w większości przypadków z dwoma obwodami korekcyjnymi. To właśnie te obwody określają dwa kluczowe tryby pracy urządzenia:

• Tryb 1 zakłada normalne ciśnienie, podczas którego membrana termostatyczna czujnika nie zmienia swojego położenia i zamyka się pierwsza grupa styków. Kocioł działa w normalnym trybie dzięki przepływowi prądu przez ten obwód. Jest on również zawsze połączony z głównym obwodem urządzenia.
• Tryb 2 włącza się, gdy jakiś parametr systemu wykracza poza normę. Wewnątrz przekaźnika membrana termostatyczna przesuwa się i ugina. Pierwszy obwód kontrolera zostaje rozłączony dzięki membranie, a drugi zamyka się. Urządzenie kotłowe przestaje działać poprawnie. Działanie trybu czuwania, który informuje użytkownika kotła o awarii, jest aktywowane za pomocą wtórnego obwodu czujnika.

Czujnik zadziała nawet w przypadku najmniejszego wzrostu temperatury w komorze spalania. Monitoruje minimalną/maksymalną wartość ciśnienia, a także rejestruje początek kondensacji wilgoci w produktach spalania lub bezpośrednio w samym gazie.

Co kontroluje czujnik przegrzania?

Czujnik przegrzania to małe urządzenie, które zabezpiecza kocioł gazowy przed zagotowaniem, które może wystąpić, gdy temperatura wzrośnie powyżej +100 °C. Gdy w obwodzie grzewczym zostanie osiągnięta temperatura graniczna, czujnik przegrzania rozłącza styki i wyłącza aparat gazowy.

Specjalny czujnik NTC (skrót oznacza „dodatni współczynnik temperaturowy”) – jest to urządzenie zanurzeniowe, które kontroluje temperaturę wewnątrz kotła gazowego.

Podstawę urządzenia stanowią termistory lub płytki bimetaliczne, czasami mogą to być czujniki robocze NTC.

Przyczyny przegrzania kotła gazowego i sposoby ich usunięcia:

1. Brak cyrkulacji w obiegu grzewczym z powodu zatkania filtrów. Należy dokładnie wyczyścić wszystkie filtry, przepłukać je lub, w razie potrzeby, wymienić na nowe.
2. Zapowietrzenie obiegu grzewczego. Można się go pozbyć, po prostu usuwając powietrze.
3. Zatkał się przepływ z powodu dużej warstwy kamienia kotłowego, przy czym słychać, jakby kocioł „stukał” lub wydawał trzaski. Nadmiar usuwa się za pomocą specjalnych środków chemicznych lub kwasów.
4. Podczas uruchamiania kotła słychać odgłosy szumu, a urządzenie może wyświetlać błąd „niewystarczająca cyrkulacja”. Taka sytuacja jest możliwa przy uruchamianiu kotła po długim postoju i bez wcześniejszego przepompowania systemu wentylacyjnego. Przyczyną może być zatkanie pompy z powodu postoju. Należy rozebrać pompę i dokładnie ją przepłukać, a następnie ponownie uruchomić.
5. Miejsce instalacji urządzenia zostało wybrane nieprawidłowo. W takim przypadku, jeśli w pomieszczeniu panuje podwyższona wilgotność powietrza lub niska temperatura, metal, z którego wykonany jest kocioł, zacznie szybko ulegać zniszczeniu.

W przypadku każdej przyczyny przegrzania należy ją natychmiast usunąć, aby uniknąć uszkodzenia kotła lub wybuchu. Użytkownik może pozbyć się przegrzania samodzielnie lub korzystając z usług doświadczonego specjalisty.

Zewnętrzne i pokojowe czujniki temperatury

Głównym zadaniem czujnika temperatury do kotła gazowego jest kontrola temperatury i informowanie na bieżąco o jej zmianach. Nowoczesne urządzenia reagujące działają na zasadzie oporu elektrycznego, umożliwiającego rejestrowanie wskazań roboczych.

Ze względu na sposób przekazywania informacji czujniki temperatury dzielą się na:

• przewodowe (łączą się z kontrolerem za pomocą kabla);
• bezprzewodowe (do przesyłania sygnału wykorzystuje się bezprzewodową łączność radiową; modele te składają się z 2 części).

Ze względu na typ sterowania dzielą się na proste (utrzymują temperaturę w pomieszczeniu) i programowalne (posiadają wiele funkcji pozwalających wpływać na reżim cieplny w domu).

Zaawansowany programowalny czujnik temperatury można wygodnie umieścić w pokoju i za pomocą kilku przycisków regulować reżim temperaturowy

W niektórych modelach czujników wbudowany jest termostat, który umożliwia kontrolowanie poziomu wilgotności w pomieszczeniu. Dostępna jest również funkcja zmniejszania/zwiększania wilgotności.

Ze względu na sposób umieszczenia rozróżnia się następujące urządzenia:

• nakładane – mocowane są na rurach obiegu grzewczego;
• zanurzeniowe – pozostają w stałym kontakcie z czynnikiem grzewczym.

Natomiast czujniki pokojowe znajdują się bezpośrednio w pomieszczeniu, a zewnętrzne instaluje się na zewnątrz i reagują na zmiany temperatury za oknem.

Pierwsze dwa rodzaje są używane do czynnika grzewczego, czyli do bojlera, a drugie dwa – do kontroli temperatury powietrza. Czujniki nakładane montuje się na zewnętrznej powierzchni rurociągu za pomocą specjalnej taśmy lub opaski.

Za pomocą prostego nakładanego czujnika temperatury użytkownik może bez trudu ustawić komfortowe wartości temperatury, które będzie utrzymywał kocioł.

Zanurzeniowe czujniki nagrzewania wody do kotła umieszcza się tylko w specjalnych miejscach wewnątrz urządzenia, w bezpośredniej bliskości czynnika grzewczego.

Elementem reagującym do pomiaru stopnia temperatury może być przetwornik elektryczny (termopara, termometr oporowy), wcześniej ustawiony na określony zakres. Takie urządzenia mogą być wyposażone w wyświetlacz, a w niektórych modelach jest wbudowana możliwość kalibracji.

Zewnętrzny czujnik temperatury pozwala, aby kocioł pracował nie cały czas, a tylko w razie potrzeby. Zwiększa to żywotność kotła gazowego i zużycie samego gazu. Przy jego instalacji należy wcześniej przewidzieć ochronę przed wpływami mechanicznymi i pogodowymi (wilgocią, mrozem).

W skład zestawu wyposażenia zewnętrznego wchodzą:

• sam czujnik;
• zaciski do mocowania kabla elektrycznego;
• złączka kablowa;
• plastikowa obudowa, w której znajdą się wszystkie elementy urządzenia.

Przy zmianach temperatury na zewnątrz czujnik kotła gazowego uruchamia program pogodowy, który wprowadza zmiany w trybie ogrzewania wody do celów grzewczych.

Zewnętrzny czujnik temperatury montuje się na zewnętrznej ścianie pomieszczenia. Przy jego wyborze należy wcześniej sprawdzić mechanizmy ochronne urządzenia.

Czujnik pokojowy reaguje na zmianę temperatury w pomieszczeniu, a następnie przesyła informację do automatyki sterującej kotłem. A ta daje sygnał do zmniejszenia lub zwiększenia mocy grzewczej obiegu grzewczego.

Zasada działania polega na tym, że użytkownik musi początkowo ustawić żądaną temperaturę w pomieszczeniu, a urządzenie samo będzie kontrolować pracę kotła gazowego.

Kocioł będzie włączony tylko wtedy, gdy temperatura powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu będzie niższa od wcześniej ustawionej. W ten sposób zmniejszy Pan/Pani miesięczny rachunek za gaz o około jedną trzecią.

Czujnik temperatury pokojowej pozwoli Panu/Pani ustawić granice komfortowego zakresu temperatur, a następnie urządzenie będzie go utrzymywać w sposób ciągły.

Przy wyborze czujnika temperatury należy zwrócić szczególną uwagę na zakres temperatur. Optymalnym zakresem będzie od – 10 °C do + 70 °C. Należy również wziąć pod uwagę temperaturę progową. Istnieją modele reagujące na spadek temperatury o 1/4 stopnia.

Nie jest to zbyt wygodne, ponieważ kocioł będzie często się wyłączał. Jednak większość reaguje na zmianę temperatury o 0,5 lub 1 stopień.

Wymiary samego urządzenia są przeważnie niewielkie: 2×3 cm. W modelach przewodowych długość kabla powinna wynosić co najmniej 5 m. Jeśli będzie używane połączenie bezprzewodowe, należy koniecznie przetestować sygnał radiowy.

Zasady i niuanse regulacji automatyki gazowego urządzenia grzewczego zostały szczegółowo opisane w artykule, który w całości poświęcony jest temu zagadnieniu.

Czujnik płomienia – niezawodna ochrona Pana/Pani kotła

Jednym z kluczowych gwarantów bezpiecznej pracy kotła gazowego jest czujnik płomienia. Jego głównym zadaniem jest jak najszybsze wysłanie sygnału o zgaśnięciu płomienia na palniku do systemu automatyki w celu odcięcia dopływu gazu, aby zapobiec jego wyciekowi i wybuchowi całego urządzenia. Ponadto czujnik ten powinien informować sterownik o jakości spalania gazu, obecności płomienia oraz intensywności spalania.

Rodzaje czujników płomienia

Są one zależne od metody kontroli płomienia podczas pracy kotła gazowego. Kontrola może być bezpośrednia lub pośrednia. Metody termometryczne, fotoelektryczne, ultradźwiękowe, jonizacyjne należą do metod bezpośrednich.

Za pośrednią uznaje się kontrolę powstawania tlenku węgla w komorze spalania, kontrolę ciśnienia paliwa w rurociągu, przez który jest dostarczane, kontrolę siły ciśnienia lub jego wahań przed palnikiem. Obejmuje to również sprawdzanie nieprzerwanego źródła zapłonu.

Czujnik oparty na termoelektrycznej metodzie kontroli zawiera termoparę (w jej skład wchodzi czujnik i elektrozawór). Termopara znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie palnika kotła, a elektrozawór montowany jest na gazociągu, którym gaz jest dostarczany do zapalanego palnika.

Podłączenie czujnika płomienia pozwala na korzystanie z kotła gazowego lub przepływowego podgrzewacza wody w warunkach domowych, bez obaw o własne życie.

W wielu nowoczesnych urządzeniach montuje się czujniki jonizacji płomienia. Ich zasada działania polega na tym, że podczas spalania płomienia między obudową a elektrodą czujnika powstaje prąd jonizacyjny. Powstaje on w wyniku przyciągania jonów. Jeśli taki prąd nie występuje, stanowi to sygnał do wstrzymania dopływu gazu.

Jeśli podczas spalania płomienia palnika zapłonowego powstanie wystarczająca ilość wolnych elektronów i jonów ujemnych, automatyka aktywuje kluczowe urządzenie, zezwalające na pracę głównego palnika.

Należy pamiętać, że prawidłowa praca czujnika jonizacji jest możliwa tylko przy dokładnym podłączeniu fazowym kotła grzewczego do sieci elektrycznej.

To właśnie ten mechanizm jest znacznie skuteczniejszy od innych w przypadku spalania gazu, ponieważ gaz praktycznie nie wytwarza światła, dlatego fotokomórka nie zawsze reaguje. Promieniowanie podczerwone utrzymuje się jeszcze przez krótki czas, który może być wystarczający do nagromadzenia dużej ilości gazu, co automatycznie czyni podczerwony czujnik płomienia mniej bezpiecznym.

Czujnik jonizacji montowany jest wewnątrz samego kotła. Zapobiega on awariom na urządzeniach gazowych oraz chroni życie i mienie właścicieli domu lub mieszkania.

Czujniki fotoelektryczne kontrolują płomień głównego palnika, ale nie są stosowane do diagnostyki płomienia palnika zapłonowego z powodu jego zbyt małego rozmiaru. Dzieli się je ze względu na reakcję na długość fali strumienia świetlnego: niektóre reagują na widzialne i podczerwone widmo światła płonącego płomienia, inne natomiast „widzą” tylko jego składnik ultrafioletowy.

Do prawidłowej pracy czujniki fotoelektryczne muszą mieć „bezpośredni kontakt” z płomieniem palnika, dlatego montuje się je w bezpośrednim jego sąsiedztwie. Instaluje się je po stronie palnika pod kątem 20–30° do jego osi. Z tego powodu czujniki fotoelektryczne są narażone na przegrzanie przez promieniowanie cieplne ze ścianek agregatu oraz nagrzewanie przez okienko obserwacyjne.

Aby chronić fotoczujnik przed przegrzaniem, stosuje się żaroodporne szkło kwarcowe oraz wymuszony nawiew, który jest realizowany za pomocą sprężonego powietrza o obniżonym ciśnieniu lub powietrza wytwarzanego przez wentylator.

Czujnik płomienia może zadziałać, gdy zostanie naruszone kluczowe proporcje gazu i powietrza lub nastąpi zanieczyszczenie urządzenia zapłonowego lub zaworu. Jeśli czujnik płomienia ulegnie awarii z jakiegokolwiek powodu, należy go natychmiast wymienić. To ochroni życie i zdrowie Państwa i Państwa rodziny.

Wyposażenie gazowego urządzenia grzewczego w pełen zestaw czujników bezpieczeństwa i urządzeń automatyki nie wyklucza konieczności regularnego serwisowania. O tym, jak przeprowadzane są przeglądy techniczne i naprawy agregatów gazowych, szczegółowo opisano w polecanym przez nas artykule.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Jeszcze więcej ciekawych informacji o czujnikach do kotłów – w poniższych filmikach.

O różnych typach kotłów i pasujących do nich czujnikach. Na przykładzie pokazano instalację czujnika ciągu.

Autor na przykładzie szczegółowo opowiada o czujnikach ciągu i temperatury: lokalizacja, zasady działania i przydatne niuanse.

Pokazana jest pełna, krok po kroku, kontrola czujnika płomienia w warunkach domowych, cechy jego działania.

Czujniki, jeśli nie są dołączone do kotła, należy dobierać tego samego producenta co urządzenie gazowe. Awaria któregokolwiek z nich grozi wypadkiem lub uszkodzeniem kotła, dlatego wymaga natychmiastowej interwencji.

Wszystkie opisane czujniki służą jednemu celowi – zabezpieczeniu użytkownika kotła gazowego przed awariami i sytuacjami zagrażającymi życiu. Zakup każdego z nich to inwestycja w bezpieczeństwo urządzenia, mieszkania i ludzkiego życia.

Chcecie Państwo opowiedzieć, jak dobierali czujniki do własnego urządzenia gazowego? Dysponujecie przydatnymi danymi, nieodnotowanymi w artykule? Proszę pisać komentarze, dzielić się opinią i informacjami, zamieszczać zdjęcia związane z tematem artykułu w bloku poniżej.