Как сделать термопару

Большинство предметов для обогрева и измерения, которые мы применяем в быту, требуют использования особых элементов контроля. Такие контроллеры (термопары) предохраняют приборы от перегрева и поломок. Термопару можно использовать и для небольших домашних измерений, и для лабораторных опытов. Для этого не нужно специально искать ее в магазинах. Можно разобраться в ее устройстве и сделать термопару для мультиметра своими руками.

Содержание

Описание и характеристики

Термопара — это прибор, состоящий из двух различных проводников, которые соединяются в одной или нескольких точках компенсационными проводами. Когда на одном конце провода происходит измерение температуры, на другом создается напряжение определенного значения и силы. Это устройство используется для контроля температуры, а также для преобразования температуры в электрический ток.

Стоит термодатчик совсем недорого. Этот прибор вполне стандартный и измеряет большой диапазон температур. Единственным минусом в работе элемента является неточность, которая может составлять до 1 °C, а это немало для таких значений.

Сделать термопару в домашних условиях не составит труда. Необходимо только помнить, что эти устройства создаются из специальных сплавов, поэтому прослеживается предсказуемая и стойкая зависимость между напряжением и температурой.

Датчики бывают разных типов. Они классифицируются по типу используемых металлов для сплава:

1. хромель — алюмелевые;
2. платинородий — платиновые.

От состава зависит и среда применения, ведь такие контроллеры используют как в науке и промышленности, так и в домашних условиях — для котлов, колонок, духовых шкафов.

Принцип работы

Термопара — это самый популярный термодатчик, который был открыт в 1822 году немецким физиком Томасом Зеебеком. Именно поэтому принцип работы такого элемента часто называют эффектом Зеебека.

В книгах и учебниках этот эффект описывают так: если спаи проводников имеют неидентичные температуры, то между ними образовывается электрическая сила (термоэдс), значение которой пропорционально разности температур спаев.

Здесь нужно подчеркнуть, что принимать во внимание стоит именно разность температур, а не какой-либо показатель вообще. Кроме того, если оба спая имеют равнозначную температуру, то термоэдс в цепи не возникнет.

Перед тем как приступить к изготовлению термодатчика, нужно подготовить все материалы и инструменты. Электроды термопары состоят из разнородных материалов, для выбора которых нужно определиться с типом изделия и сферой использования.

Типы термодатчиков обозначаются буквами латинского алфавита и имеют свои характеристики. Например, популярная модель TYPE K состоит из сплава хромель-алюмель, а диапазон ее измерений — 200−1200 °C. Произведя несложные расчеты, можно говорить о нелинейности (термоэдс -35 — 32 мкВ/°C), в то время как нелинейность характеристики должна быть наименьшей. В этом случае погрешность при измерениях будет совсем небольшой.

Термопара может располагаться на удаленном расстоянии от самого оборудования. Для этого ее подключают с помощью специального кабеля. Сам кабель делают из тех же материалов, что и термопару. Разница только в диаметре.

Для изготовления термопары своими руками необходимо приобрести проволоку из подходящих материалов. Здесь важное значение имеет диаметр, так как от него зависит погрешность при измерении температуры. Рекомендуется брать проволоку меньшего диаметра, особенно если исследоваться будут объекты небольших размеров.

Материал зависит от диапазона температур, с которым предполагается работа. Наиболее распространенные варианты: хромель-алюмель, медь-константан. Само изготовление заключается в создании соединения, сплава двух проволок. Зачастую для этого используется какой-то источник напряжения (к примеру, автомобильный аккумулятор или трансформатор).

Дальнейшие этапы работы таковы:

1. свободные концы скрученной проволоки подключают к одному из полюсов источника напряжения;
2. вывод подсоединяется к другому из полюсов, который дополнительно соединен еще и с графитным карандашом.

При возникновении электрической дуги возникает соединение проволок термопары. При этом напряжение для соединения проводов подбирается путем эксперимента. Как правило, оптимальное значение 40−50 В, но оно может быть меньше, так как зависит от материалов и длины изделия.

Еще один главный момент — соблюдение техники безопасности. Очень важно не использовать слишком высокое напряжение и не касаться оголенных проводов. Лучше заизолировать их специальной лентой или закрыть керамической трубкой.

Это самый простой и доступный способ изготовления термопары для мультиметра своими руками. Иногда проволоки для термопар спаивают с помощью паяльника. Но тогда придется дополнительно приобрести специальный припой и придерживаться определенных температур в работе.

Электронные тестеры-мультиметры применяются, как на производстве, так и в быту. Приборы отличаются удобством работы и надежностью. Но иногда показания тестеров начинают «плавать», прибор «сбоит» в работе. Часто неисправность мультиметра кроется в плохих щупах, в которых нарушаются контакты, трескается изоляция провода. Бюджетные варианты мультиметров имеют простейшие электрические щупы. Ремонт тестера в этом случае прост. Требуется поменять имеющиеся щупы на новые, хорошего качества, с надежными проводами и разъемами.

Универсальные щупы

Универсальные щупы

Чаще всего в комплекте с мультиметром идут универсальные щупы. Ими можно касаться контактных точек электрических схем, плат, приборов. Контакты таких щупов сделаны в виде заточенных игл. Такие щупы имеют самое широкое применение при использовании мультиметра.

Как всякие универсальные устройства, они имеют недостатки:

• Относительно высокие сопротивления проводников;
• Невозможность закрепления на необходимых контактных точках устройств и схем;
• Не всегда возможно подключиться к компонентам микромонтажа;
• Слабая термоустойчивость материала изоляции проводов при случайном касании жала паяльника.

Такие комплекты щупов мультиметров, при всех своих недостатках, недороги, поэтому популярны. Они вполне подходят для проведения простых работ, измерения напряжения, тока, «прозвонки» цепей, в местах, где имеется легкий доступ к электрическим или электронным компонентам и системам.

Фирменные изделия

Тестер напряжения

Высококачественные наборы щупов имеют в комплекте различные насадки, позволяющие произвести более точные измерения в сложных, труднодоступных местах электронных плат, приборов, схем с микромонтажем.

Высококачественные наборы для щупов

В таких наборах могут быть:

• Переходники – клеммы для стационарного присоединения проводов, например, к блокам питания;
• Тонкие игольчатые насадки для доступа к малоразмерным контактным площадкам печатных плат;
• Зажимы «крокодил», подключаемые к клеммам или контактным штырькам приборов;
• Специальные насадки зажимы для присоединения к элементам поверхностного монтажа – электронным компонентам SMD;
• Пружинные зажимы для установки на ножки микросхем или навесных элементов монтажных плат.

Такие наборы расширяют спектр использования мультиметров, улучшают условия работы измерителя. При этом комплекты имеют серьезный недостаток – высокую цену, которая иногда доходит до нескольких тысяч рублей, что сопоставимо с ценой самого мультиметра.

Щупы для SMD-монтажа

Светодиод, способы определения его полярности

Предназначены для подключения к элементам поверхностного микромонтажа – SMD компонентам, которые не имеют проволочных выводов и крепятся к печатной плате припоем за торцы-контакты. Применяются в виде специальных насадок – зажимов, одеваемых на стандартные щупы.

Печатная плата с SMD элементами

Такие приспособления надежно прикрепляются к торцевым контактам SMD компонентов.

Щуп пинцет для SMD компонентов

При необходимости с помощью таких насадок на щупы можно точно измерить напряжение на SMD элементе. Если это резистор, то, зная его номинал, легко рассчитать ток в цепи.

Наконечники-«крокодилы»

Индукционная паяльная станция

Для удобного подключения к выводам электронных устройств, к контактным штырям плат и приборов применяются самозажимные устройства, насадки-«крокодилы».

Различные виды исполнения «крокодилов»

Существует много вариантов исполнения «крокодилов». Они могут отличаться размерами, быть «голыми» либо изолированными. Крокодилы для мультиметра производятся как из стали, так и из латуни, могут быть «позолоченными» – с покрытием из нитрида титана.

Как изготовить самодельные щупы

В ряде случаев нет возможности приобрести дорогие фирменные приспособления, а надо сделать удобные, надежные и долговечные щупы для мультиметра своими руками.

Стандартные самодельные щупы

Для изготовления самодельных щупов применяют пластиковые корпуса авторучек или цанговых карандашей. В качестве контактных штырей используют толстые швейные иглы. Кабель для провода щупов следует брать многожильный медный, с силиконовой изоляцией либо с изоляцией из EPDM каучука. Такие провода обладают большой гибкостью, не подлежат растрескиванию, не ломаются. Кроме того, имеют хорошую механическую стойкость к возможным прожогам при случайном касании горячего жала. Для подключения проводов к мультиметру используются разъемы «банан».

Разъем «банан»

Заднюю часть иглы облуживают и припаивают к ней провод. Чтобы припой лег надежно, следует применить паяльный флюс на базе соляной или ортофосфорной кислоты. Сборку помещают в корпус будущего щупа. Наконечник закрепляют термоклеем или эпоксидной смолой либо полиуретановым клеем. На выступающий из ручки провод одевают термоусадочную трубку-кембрик и осторожно прогревают ее. Второй конец провода закрепляют пайкой или винтовым зажимом в разъеме «банан». Здесь для прочности провода также необходимо применить термоусадочную трубку. В результате получатся удобные и надежные изделия.

Самодельные щупы для мультиметра

Сопротивление проводов должно быть в районе 0,05-0,08 Ома. Щупы изготовлены под конкретного пользователя. Такие провода для электронного тестера – мультиметра будут надежно служить пользователю долгое время.

Тонкие самодельные щупы для прокалывания изоляции

Бывает, что необходимо измерить напряжение в проводах, при этом снять с них изоляцию не представляется возможным. На помощь приходят щупы, способные без лишних повреждений проколоть изоляцию и обеспечить надежный контакт с жилой провода.

Изготавливаются такие щупы аналогично стандартным, но иглы для контактных штырей берутся более тонкими, короткими и острыми. Такие щупы позволят легко подключиться к изолированным проводам.

Термопара для мультиметра

При наличии в «арсенале» приспособления к мультиметру – термопары становится возможным точно измерять температуру промышленных или бытовых объектов и устройств.

Такое приспособление продается в специализированных магазинах, однако термопара своими руками изготавливается достаточно несложно, иногда бывает проще сделать ее самому. Нужны опыт, соответствующие материалы и некоторое несложное оборудование.

Внимание! При проведении работ необходимо позаботиться о пожарной безопасности, защите рук, лица и глаз.

Основная операция – сварить концы двух отрезков проволоки из разных сплавов. Сварку лучше всего произвести электрической дугой. Потребуется силовой сетевой трансформатор с выходным напряжением 6-12 Вольт и током вторичной обмотки 5-8 ампер. Один провод обмотки подключается к тискам, где закрепляются отрезки проволоки, второй – к графитовому стержню-контакту. В качестве графита можно применить щетку от электродвигателя, электрод от гальванического элемента (батарейки) либо толстый грифель от карандаша.

Схема для сварки термопары

Следует сделать скрутку проводов на одном из концов будущей термопары. Включить трансформатор в сеть и коснуться графитовым контактом скрутки проводов. Может быть не с первого раза, но после нескольких попыток на конце проволок появится шарик сплава.

Замечание. Вместо трансформатора можно применить автомобильный аккумулятор.

Полученная термопара

Затем провода термопары следует изолировать друг от друга керамическими трубками или тонким «чулком» из стеклоткани. Свободные концы термопары с помощью зажимов «крокодил» подключить к мультиметру. Имеются специальные адаптеры для подключения термопар к мультиметрам.

Следует провести градуировку термопары:

• Вариант 1. Провести измерения температуры эталонной термопарой и определить соответствие температуры для термоЭДС изготовленной термопары.
• Вариант 2 (менее точная градуировка). Если эталонной термопары нет, замерить сделанным термодатчиком температуру тающего льда – 0 0С и кипящей воды – 100 0С. Делая допущение, что характеристика термопары линейна, построить график-экстраполяцию за пределы значений 0-100 0С.

Пары сплавов для изготовления термопары

Одна из лучших пар – сплавы хромель и алюмель. Здесь хорошая линейность зависимости температуры от термоЭДС, пределы измерения температур от – 200 до 1300 0С.

Чуть хуже результаты у пары хромель – копель.

Лучший результат у пары платина – платинородий, максимальная измеряемая температура – до 1600 0С, высокая точность и стабильность, но эта пара – драгметаллы.

В домашних условиях можно сварить термопару из нихрома – стали и самую простую из меди – стали. Максимум измеряемой температуры – 350-400 0С, нелинейная рабочая зависимость, зато очень доступные материалы.

Зачастую отремонтировать «забарахливший» мультиметр возможно заменой или изготовлением собственными руками комплекта щупов, именно той комплектации, которая потребуется в работе. Такой набор приспособлений для электронного тестера будет оптимальным для конкретного измерителя.

Видео

Термопара представляет собой измеритель температуры, действие которого основано на способности двух разнородных металлических проводников или полупроводников, соединенных между собой, генерировать эдс, пропорциональную температуре места соединения, или, как говорят, спая. Термопары подсоединяют к милливольтметру или потенциометру, по показаниям которого и определяют температуру нагретого спая.

Подробнее про устройство и принцип действия термопар читайте здесь: Термоэлектрические преобразователи

Термопару легко сделать своими силами (рис. 1, а, б). Для этого две проволоки 4 (например, из сплавов хромель и копель) скручивают между собой на длине 6 — 8 мм и после тщательной зачистки пропаивают чистым оловом или сваривают. При пайке применяют только бескислотные флюсы. После сварки головку 5 термопары можно проковать легкими ударами молотка для получения лопатообразной формы.

Термопары с такой головкой используют для измерения температуры сердечников машин и трансформаторов. Для установки термопары листы сердечника раздвигают и в образовавшуюся щель вставляют лопатообразную головку термопары.

Часто в электротехническое изделие закладывают несколько термопар для измерения температуры его различных частей. В этом случае концы термопар поочередно подключают к одному и тому же прибору. Конструкция переключателя должна обеспечивать отсутствие контакта между термопарами при переходе от одной термопары к другой, так как в противном случае стрелка прибора будет испытывать резкие толчки.

Для равенства сопротивления всех термопар их необходимо изготовлять с одинаковой длиной концов и из одной партии проволоки.

Рис. 2. Встречно-последовательное включение термопар: 1 — горячий спай, 2 — холодный спай

При измерениях таким методом следует помнить, что ток, проходящий по термопаре, зависит от разности температур контролируемой точки и конца термопары, к которому подключен измерительный прибор. Поэтому для нахождения температуры контролируемой точки необходимо знать температуру в месте расположения измерительного прибора.

Это свойство термопары позволяет при необходимости измерять разность температур в двух контролируемых точках, для чего две термопары включают встречно-последовательно.

Используемые источники:

• https://220v.guru/samodelki/izgotovlenie-termopary-dlya-multimetra-svoimi-rukami.html
• https://amperof.ru/instrument/shhupy-dlya-multimetra.html
• http://electricalschool.info/main/sovety/1480-kak-sdelat-termoparu.html