De schakeling die hier besproken wordt is een waakvlamdetectie door middel van een thermokoppel. Dit is niet hetzelfde als een waakvlamdetectie door de gasionisatie zoals vroeger gebruikt werd bij mijn centrale verwarming en brander op aardgas.

In de gang heb ik een gasboiler voor de badkamer. Een boiler die me praktisch vanaf het begin problemen heeft gegeven. Maar omdat ik bijna nooit thuis ben (ik werk), heb ik de garantie niet gebruikt en de situatie laten verergeren.

Het probleem is vrij simpel: de waakvlam gaat soms uit. Dat is op zich geen ramp; ik zet hem toch uit na het douchen. Maar in de zomer begon de waakvlam ook uit te gaan als ik de gastoevoer van de hoofdvlam op de laagste stand zette. En toen werd het pas echt irritant...

Ik plakte tape over de opening van de waakvlam om de warmte binnen te houden. Dat werkte twee jaar, maar toen kwam het probleem terug. Dus besloot ik om zelf aan de slag te gaan en de boiler te repareren...

Ik heb de spanning gemeten die de sensor zou moeten leveren wanneer er een vlam is: deze zou rond de 5mV moeten liggen als alles correct werkt. Hier daalt de spanning onder de 2mV en sluit de gasklep. Dit gebeurt wanneer ik de hoofdvlamtoevoer op het minimum instel en water afneem. Het lijkt erop dat de luchtstroom de sensor te veel afkoelt.

Dit type sensor is een thermokoppel, en ik weet dat deze sensoren in de industrie regelmatig vervangen moeten worden. Op schepen van de Belgische Marine moeten ze elke 6 jaar vervangen worden (thermokoppels om de uitlaatgastemperatuur van elke cilinder van de dieselmotoren te meten).

De schakeling is extreem eenvoudig: een operationele versterker (op-amp) fungeert als interface om het sensorsignaal te versterken. Dit is voornamelijk een lichte versterking van de stroom. De voeding wordt geleverd door een 9V-batterij die ik aansluit wanneer ik warm water nodig heb.

De sensor levert een negatieve spanning ten opzichte van de aarde (het chassis van de boiler). Een klein hulpcircuit zorgt voor een nulpunt die ongeveer halverwege het spanningsbereik van de 9V-batterij ligt (de aanwezigheid van de zenerdiode wordt later uitgelegd).

Een kleine condensator van 100nF filtert de sensorspanning (om spanningspieken te elimineren die door de piëzo-ontsteking worden gegenereerd), en het signaal gaat rechtstreeks naar de op-amp. De versterkingsfactor van de versterker is ingesteld op 2x. De gasklep wordt beschermd tegen spanningspieken door twee 1N4148 diodes en een condensator van 100nF; ik weet de maximale spanning van de spoel van de gasklep niet.

Aangezien de sensor een negatieve spanning produceert, neem ik aan dat de gasklep ook een negatieve spanning nodig heeft om correct te functioneren. De spanning aan de uitgang van de op-amp is negatief ten opzichte van de aarde, en om te voorkomen dat de aardpotentiaal te veel fluctueert, heb ik een zenerdiode in de positieve tak gebruikt. De stroom vloeit van de minpool naar de op-amp, vervolgens naar de sensor, dan naar de aarde en via de zenerdiode terug naar de positieve pool. De zenerdiode stabiliseert de spanning, zelfs als de stroom enigszins varieert.

Het stroomverbruik is zeer laag; ik moet de 9V-batterij slechts één keer per maand opladen. Om de schakeling te testen heb in en spanningsdeler van 1000× aan de ingang gebruikt (weerstand van 120kΩ en 120Ω). Als de weerstand op de plus van de accu verbonden wordt heb ik ene spanning van 13.5mV op de uitgang, verbonden met de min heb ik -4.5mV: de schakeling werkt perfect!

Als je ook je waterverwarmer wilt repareren, maar de sensor een positieve spanning levert, moet je alleen de componenten om de aardpotentiaal vast te leggen van plaats verwisselen (3,9V zenerdiode en 6,8kΩ weerstand).

Als op-amp heb ik een MC1776CG gebruikt (de "G" geeft een "metal can" behuizing aan). Dit is een programeerbare versterker: ik gebruik een weerstand van 1MΩ naar de min om een laag verbruik te hebben, bij deze schakeling hebben we geen hoge slew rate nodig. De op-amp heeft ook een offsetregeling, die nodig is bij een schakeling die met mV-signalen werkt. De effectieve schakeling komt dus niet volledig overeen met het schema.

Met een uitgangsignaal van enkele mV is het niet mogelijk een indicator "waakvlam aanwezig" te laten branden: men zou een tweede op-amp moeten gebruiken om het signaal van 5mV naar 2.5V te brengen om een high brightness led te laten branden. Dit kan eventueel gebeuren met een standaard op-amp zoals een LM741 of een LM111 (comparator). Ik heb hier echter gekozen voor een zo laag mogelijk gebruik (het is de zener die het meste stroom trekt).