Как сделать термопару своими руками - рекомендации по монтажу и обслуживанию электрических сетей и приборов

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.

Первый способ

В железный тигель с металлической подставкой насыпают угольный порошок — измельченные дуговые электроды или электроды от гальванических элементов.

Один конец электрического провода от тигля соединяют с клеммой автотрансформатора (ЛАТРа), другой электропровод от автотрансформатора подсоединяют к скрученной термопаре, которую захватывают плоскогубцами с изолированными ручками (рисунок 1, а) и подают от автотрансформатора напряжение порядка 60—80 В.

Скрученные проволочки (например, хромель-копель диаметром 0,3—0,5 мм) опускают в угольный порошок, в который добавлено немного флюса (бура), в результате чего возникает небольшая электрическая дуга, и концы термопары свариваются, образуя шарик на концах проволочек.

Такой способ сварки пригоден для сварки хромоалюминиевых, медноконстантановых и платиноплатинородиевых термопар, спиралей нагревательных элементов и проводов обмоток трансформаторов и -электродвигателей.

Второй способ

Скручивают проволочки хромель-копель толщиной 0,3—0,5 мм -»а длину 6—8 мм. При сварке (рисунок 1, 6) скрученные и зачищенные концы захватывают, так же как и в первом способе, плоскогубцами с -изолированными ручками.

Напряжение от понижающего трансформатора 12 В подводят к ручке плоскогубцев и к угольному электроду. При прикосновении угольного электрода к скрутке концы проволочек оплавляются, образуя на конце шарик.

Что это и для чего нужно?

Приобретение термопары для газовой плиты – забота о безопасности своей семьи.

По сути – это датчик, регистрирующий температуру. Но только не окружающей среды, а пламени горелки плиты. Впрочем, разработчики не пытались следить за изменением температуры огня, а лишь за его наличием. Горит огонь, датчик нагрет, все работает нормально. Погас огонь, датчик остыл, отключается газ.

Покупка газовой плиты с термопарой не намного дороже, чем без нее, зато гарантирована профилактика утечки газа.

Все просто, эффективно и незатратно. Наличие опции незначительно влияет на цену модели. А безопасность такой плиты повышается.

В общих чертах термодатчик представляет собой небольших размеров цилиндр из спаянных вместе двух металлов. От него идут провода к электромагнитному клапану. Именно он и контролирует подачу газа. Работа системы построена на физических законах, о которых многие забыли сразу после школы

Назначение термопары

Данное устройство преобразовывает тепловую энергию в электрический ток и позволяет измерять температуру. В отличие от традиционных ртутных градусников, способно работать в условиях как экстремально низких, так и экстремально высоких температур. Данная особенность обусловила широкое применение термопары в самых разнообразных установках: промышленные металлургические печи, газовые котлы, вакуумные камеры для химико-термической обработки, духовой шкаф бытовой газовой плиты. Принцип работы термопары всегда остается неизменным и не зависит от того, в каком устройстве она монтируется.

От надежной и бесперебойной работы термопары зависит работа системы аварийного отключения приборов в случае превышения допустимых лимитов температур. Поэтому данное устройство должно быть надежным и давать точные показания, чтобы не подвергать риску жизнь людей.

Повторим физику

Устройство термопары основано на законах физики: закрытый контур из металлических проводников при нагревании производит электрический ток.

Первым эффект, легший в основу термопары, открыл немецкий физик Т. Зеебек. В своих опытах он установил, что закрытый контур из двух проводников различных металлов при нагревании образует электрический ток. При этом, чем больше нагревать спайку проводников, тем больший ток возникает.

Немецкий ученый Т. Зеебек первым обнаружил физическое явление, на котором основано действие термопары.

Один контакт контура нагревается и называется «горячим». Другой, «холодный» должен быть при более низкой температуре. С него и снимается показание температуры. Поскольку зависимость полученного тока от температуры нагревания строго линейна.

Маркировка термопар

Перед приобретением прибора важно разобраться в маркировке изделия, чтобы выбрать подходящий вариант.

Опытным путем были установлены пары металлов, использование которых наиболее эффективно. В зависимости от использованных металлов, прибор имеет свою маркировку. Зная ее и характеристики полученных спаев, можно выбрать подходящий для своих нужд датчик.

Различают следующие типы:

• K (ТХА/ХА) – никель с хромом или алюмелем. Распространенный, точный и недорогой с точностью +/- 1.10 С и диапазоном от -270 до 12600C.
• L (ТХК) – хромель с копелем. Основная черта – долговечность.
• J – железо с константаном. Второй по популярности с диапазоном от -210 до 7600C, не долговечен.
• T – медь с константаном. Прибор узкой специализации для особо низких температур.
• E – никель или хром с константаном. Высокоточный прибор для средних температур до 8700С.
• N – нихросил. Чрезвычайно точный, но дорогой прибор с диапазоном измерений до 3920C.

В продаже есть сплавы с добавлением усилителей. Они не так популярны, но имеют применение.

Конструктивные особенности

Если относиться более скрупулезно к процессу замера температуры, то эта процедура осуществляется с помощью термоэлектрического термометра. Основным чувствительным элементом этого прибора считается термопара.

Сам процесс измерения происходит за счет создания в термопаре электродвижущей силы. Существуют некоторые особенности устройства термопары:

• Электроды соединяются в термопарах для измерения высоких температур в одной точке с помощью электрической дуговой сварки. При замере небольших показателей такой контакт выполняется с помощью пайки. Особенные соединения в вольфрам-рениевых и вольфрамо-молибденовых устройствах проводятся с помощью плотных скруток без дополнительной обработки.
• Соединение элементов проводится только в рабочей зоне, а по остальной длине они изолированы друг от друга.
• Метод изоляции осуществляется в зависимости от верхнего значения температуры. При диапазоне величины от 100 до 120 °C используется любой тип изоляции, в том числе и воздушный. При температуре до 1300 °C применяются трубки или бусы из фарфора. Если величина достигает до 2000 °C, то применяется изоляционный материал из оксида алюминия, магния, бериллия и циркония.
• В зависимости от среды использования датчика, в которой происходит замер температуры, применяется наружный защитный чехол. Выполняется он в виде трубки из металла или керамики. Такая защита обеспечивает гидроизоляцию и поверхностное предохранение термопары от механических воздействий. Материал наружного чехла должен выдерживать высокую температуру воздействия и обладать отличной теплопроводностью.

Где и как это используют?

В конфорках термопара для газовой плиты работает по простому принципу: есть или нет пламени.

Принцип действия термопары для газовой плиты не сложен, она реагирует на наличие и отсутствие пламени.

В духовке уже требуется контролировать температуру нагревания. Хозяйка устанавливает температуру и, в зависимости от того, насколько близка реальная температура в духовке, датчик регулирует интенсивность подачи газа через электромагнитный клапан.

Термопара для газового духового пара контролирует степень нагрева, а не только наличие пламени.

На том же принципе основана работа термодатчика газовых котлов и колонок. Контролируется температура нагревания воды, что дает возможность экономить потребление газа.

Термопара, установленная на газовый котел и регулирующая нагрев воды, сэкономит семейный бюджет.

Часто встречаются электронные термометры. С их помощью измеряют температуру в помещениях и у человека. Такие приборы гораздо безопаснее ртутных. В свое время они широко использовались в быту.

В промышленности широко применяется такое свойство термопары, как низкая инерционность. Что дает возможность измерять малую разность температур. Высоко ценится и применение датчиков в агрессивных средах и при высоких температурах, порядка 2 000 градусов.

Есть термопары, подходящие для измерения температуры в агрессивной среде. Они обладают устойчивой защитной арматурой.

Типы термопары

Термопары конструируются с учетом диапазона измеряемых температур и могут изготавливаться из комбинаций различных металлов. Комбинация используемых металлов определяет диапазон температур, измеряемых термопарой. По этой причине была разработана маркировка с помощью букв для обозначения различных типов термопар. Каждому типу присвоено соответствующее буквенное обозначение, и это буквенное обозначение указывает на комбинацию используемых металлов в данной термопаре.

Типы термопар и диапазон их температур

Когда термопара подключается к электрической цепи, то она не будет работать нормально пока не будет соблюдена полярность при подключении. Плюсовые провода должны быть соединены вместе и подсоединены к плюсовому выводу цепи, а минусовые к минусовому. Если провода перепутать, то рабочий спай и холодный спай не будут в противофазе и показания температуры будут неточными.
Одним из способов определения полярности проводов термопары -это определение по цвету изоляции на проводах. Помните, что минусовой провод во всех термопарах — красный.

Цвет изоляции проводов термопар

Во многих случаях приходится использовать провода для удлинения протяженности цепи термопары. Цвет изоляции соединительных проводов также несет в себе информацию. Цвет внешней изоляции соединительных проводов — разный, в зависимости от производителя, однако цвет первичной изоляции проводов обычно соответствует кодировке, указанной в таблице выше.

Термопара хромель-алюмель (ТХА)

Положительный электрод: сплав хромель (90% Ni, 10% Cr).
Отрицательный электрод: сплав алюмель (95% Ni, 2% Mn, 2% Al, 1% Si).

Изоляционный материал: фарфор, кварц, окиси металлов и т.д.

Диапазон температур от -200°С до 1300°С кратковременного и 1100°С длительного нагрева.

Рабочая среда: инертная, окислительная (O2=2-3% или полностью исключено), сухой водород, кратковременный вакуум. В восстановительной или окислительно-восстановительной атмосфере в присутствии защитного чехла.

Недостатки: легкость в деформировании, обратимая нестабильность термо-ЭДС.

Возможны случаи коррозии и охрупчивания алюмеля в присутствии следов серы в атмосфере и хромеля в слабоокислительной атмосфере («зеленая глинь»).

Термопара хромель-копель (ТХК)

Положительный электрод: сплав хромель (90% Ni, 10% Cr).
Отрицательный электрод: сплав копель (54,5% Cu, 43% Ni, 2% Fe, 0,5% Mn).

Диапазон температур от -253°С до 800°С длительного и 1100°С кратковременного нагрева.

Рабочая среда: инертная и окислительная, кратковременный вакуум.

Недостатки: деформирование термоэлектрода.

Возможно испарение хрома при длительном вакууме; реагирование с атмосферой, содержащей серу, хром, фтор.

Термопара железо-константан (ТЖК)

Положительный электрод: технически чистое железо (малоуглеродистая сталь).
Отрицательный электрод: сплав константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn).

Используется для проведения измерений в восстановительных, инертных средах и вакууме. Температура от -203°С до 750°С длительного и 1100°С кратковременного нагрева.

Применение складывается на совместном измерении положительных и отрицательных температур. Невыгодно использовать только для отрицательных температур.

Недостатки: деформирование термоэлектрода, низкая коррозийная стойкость.

Изменение физико-химических свойств железа около 700°С и 900 °С. Взаимодействует с серой и водными парами с образованием коррозии.

Термопара вольфрам-рений (ТВР)

Положительный электрод: сплавы ВР5 (95% W, 5% Rh)/ВАР5 (BP5 с кремнещелочной и алюминиевой присадкой)/ВР10 (90% W, 10% Rh).
Отрицательный электрод: сплавы ВР20 (80% W, 20% Rh).

Изоляция: керамика из химически чистых окислов металлов.

Отмечается механическая прочность, термостойкость, малая чувствительность к загрязнениям, легкость изготовления.

Измерение температур от 1800°С до 3000°С, нижний предел – 1300°С. Измерения проводятся в среде инертного газа, сухого водорода или вакуума. В окислительных средах только для измерения в быстротекущих процессах.

Недостатки: плохая воспроизводимость термо-ЭДС, ее нестабильность при облучении, непостоянная чувствительность в температурном диапазоне.

Термопара вольфрам-молибден (ВМ)

Положительный электрод: вольфрам (технически чистый).
Отрицательный электрод: молибден (технически чистый).

Изоляция: глиноземистая керамика, защита кварцевыми наконечниками.

Инертная, водородная или вакуумная среда. Возможно проведение кратковременных измерений в окислительных средах в присутствии изоляции. Диапазон измеряемых температур составляет 1400-1800°С, предельная рабочая температура порядка 2400°С.

Недостатки: плохая воспроизводимость и чувствительность термо-ЭДС, инверсия полярности, охрупчивание при высоких температурах.

Термопары платинородий-платина (ТПП)

Положительный электрод: платинородий (Pt c 10% или 13% Rh).
Отрицательный электрод: платина.

Изоляция: кварц, фарфор (обычный и огнеупорный). До 1400°С — керамика с повышенным содержанием Al2O3, свыше 1400°С — керамику из химически чистого Al2O3.

Предельная рабочая температура 1400°С длительно, 1600°С кратковременно. Измерение низких температур обычно не производят.

Рабочая среда: окислительная и инертная, восстановительная в присутствии защиты.

Недостатки: высокая стоимость, нестабильность при облучении, высокая чувствительность к загрязнениям (особенно платиновый электрод), рост зерен металла при высоких температурах.

Термопары платинородий-платинородий (ТПР)

Положительный электрод: сплав Pt c 30% Rh.
Отрицательный электрод: сплав Pt c 6% Rh.

Среда: окислительная, нейтральная и вакуум. Использование в восстановительных и содержащих пары металлов или неметаллов средах в присутствии защиты.

Максимальная рабочая температура 1600°С длительно, 1800°С кратковременно.

Изоляция: керамика из Al2O3 высокой чистоты.

Менее подвержены химическим загрязнениям и росту зерна, чем термопара платинородий-платина.

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 действия термопары

Эти устройства работают согласно правилу Зеебека. Если определенный проводник будет подвергаться воздействию, тогда его сопротивление и напряжение будет изменяться. Чтобы измерить это напряжение необходимо подключить гибкий провод к «горячему» концу термопары. Этот гибкий провод может стать настоящим градиентом температуры и разработать собственное напряжение, которое в дальнейшем будет противостоять текущему напряжению.

Во время использования разнородных сплавов для замыкания цепи, создается новая цепь, в которой два конца смогут генерировать напряжение. В дальнейшем его можно будет измерить. Узнайте, как работает тензодатчик.

Напряжение будет генерироваться не на стыке двух металлов, а вдоль длины двух разнородных металлов. Обе длины термопары будут испытывать одинаковый температурный режим. Конечный результат можно считать результатом разности температур между термопарой и спаем. Если соединение будет выполнено некачественно, тогда соответственно в этом случае может образоваться погрешность. Особенно в высокой точности будет нуждаться мультиметр с термопарой и разнообразные производственные датчики.

Виды термопар

Сегодня рынок котельного оборудования отличается обилием разнообразных термопар, которые подразделяются на несколько типов. Металл, использующийся при их изготовлении, является главным критерием, на основе которого они дифференцируются.

Из неблагородных металлов

Из благородных металлов

В системах автоматики
котлов чаще используются термопары типов: E, J, K.

Ремонт своими руками

Уметь починить любую вещь в доме – признак настоящего хозяина. Но в отношении газового оборудования нужно быть осторожным.

Ремонтом газового оборудования должен заниматься специалист, имеющий сертификат.

Но не все, что есть в таком приборе – газовое. Заменить конфорки, горелки, почистить детали – для этого не нужен мастер с допуском к работе. Прежде всего, нужно выявить неисправность.

Сбой в работе термопары для газовой плиты выглядит так. Газ горит только при нажатой кнопке. Стоит ее отпустить – пламя тухнет. Чтобы выяснить причину, нужно тщательно осмотреть как сам прибор, так и плиту в целом.

Работу по устранению неисправности термопары начинают с отключения подачи газа и осмотра техники.

• Разбираем газовую плиту.
• Снимаем с конфорки рассекатель.
• Убираем отражатель.
• Проверяем состояние термопары.

Частыми причинами поломки термопары являются ее загрязнение или повреждение датчика.

Возле газовой горелки находится два прибора. Один из них напоминает свечу зажигания в автомобиле. Это для розжига плиты. Второй – термопара. Причинами выхода ее из строя могут быть:

• загрязнение;
• повреждения;
• смена вида газа;
• поломка датчика или клапана.

Если загрязнен элемент термопары в газовой плите – его нужно как следует почистить. Термопара – два куска металла и чистка ее это пройти мелкой наждачной бумагой по поверхности.

Возможны повреждения проводки прибора. Потертости из-за неправильного монтажа, грызуны или домашние животные, возможны и другие причины повреждений.

После устранения неисправности газконтроля, необходимо тщательно проверить прибор.

После проверки и, при необходимости замены проводки, следует правильно подключить термопару. В противном случае «холодный» и «горячий» контакты контура окажутся не в противофазе. Все плюсовые провода подсоединяют к плюсовому выводу. Минусовые – к минусовому.

Правильно установленная термопара – залог безопасности при эксплуатации газового оборудования.

В зависимости от типа датчика цвет проводки меняется. В некоторых случаях изоляция может быть двойной и разного цвета. Но первичный слой будет всегда неизменным. В таблице представлены цвета основного изоляционного слоя.

Нетрудно запомнить, что цвет провода с минусом всегда красный.

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.

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.

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:

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.

Некоторые модели работающие на твердом топливе, например такие как могут комплектоваться газовыми горелками, в которых для защиты от утечек газа применяются термопары.

Компенсация температуры холодного спая (КХС)

Компенсация холодного спая (КХС) – это компенсация, вносимая в виде поправки в итоговые показания при измерении температуры в точке подсоединения свободных концов термопары. Это связано с расхождениями между реальной температурой холодных концов с вычисленными показаниями градуировочной таблицы для температуры холодного спая при 0°С.

КХС является дифференциальным способом, при котором показания абсолютной температуры находятся из известного значения температуры холодного спая (другое название эталонный спай).

Холодный спай термопары

Холодный спай часто представляет собой точку, где свободные концы проводов термопары подсоединяются к измерительному прибору.

В силу того, что измерительный прибор в цепи термопары в действительности измеряет разность напряжения между двумя спаями, то напряжение холодного спая должно поддерживаться на неизменном уровне, насколько это возможно. Поддерживая напряжение на холодном спае на неизменном уровне мы тем самым гарантируем, что отклонение в показаниях измерительного прибора свидетельствует о изменении температуры на рабочем спае.

Если температура вокруг холодного спая меняется, то величина напряжения на холодном спае также изменится. В результате изменится напряжение на холодном спае. И как следствие разница в напряжении на двух спаях тоже изменится, что в конечном итоге приведет к неточным показаниям температуры.

Для того, чтобы сохранить температуру на холодном спае на неизменном уровне во многих термопарах используются компенсирующие резисторы. Резистор находится в том же месте, что и холодный спай, так что температура воздействует на спай и резистор одновременно.

Рабочий спай термопары (горячий)

Рабочий спай — это спай, который подвержен воздействию технологического процесса, чья температура измеряется. Ввиду того, что напряжение, генерируемое термопарой прямо пропорционально ее температуре, то при нагревании рабочего спая, он генерирует больше напряжения, а при охлаждении — меньше.

Преимущества

• высокая точность измерений;
• достаточно широкий температурный диапазон;
• высокая надёжность;
• простота в обслуживании;
• дешевизна.

Недостатки термопары

Недостатков у термопары не так много, в особенности если сравнивать с ближайшими конкурентами (температурными датчиками других типов), но все же они есть, и было бы несправедливо о них умолчать.

Так, разность потенциала измеряется в милливольтах. Поэтому необходимо применять весьма чувствительные потенциометры. А если учесть, что не всегда приборы учета можно разместить в непосредственной близости от места сбора экспериментальных данных, то приходится применять некие усилители. Это доставляет ряд неудобств и приводит к лишним затратам при организации и подготовке производства.

Схема подключения термопары

• Подключение потенциометра или гальванометра непосредственно к проводникам.
• Подключение с помощью компенсационных проводов;
• Подключение обычными медными проводами к термопаре, имеющей унифицированный выход.

Как работает датчик пламени в газовом котле

Датчик ионизации пламени – прибор, который призван обеспечить безопасную работу газового котельного оборудования. Устройство следит за наличием огня, и при обнаружении отсутствия пламени автоматически отключает котел. Принцип работы датчика пламени газового котла предусматривает следующее:

• функционал основан на образовании ионов и электронов при зажигании пламени. Образование ионного тока вызывает процесс притягивания ионов к электроду ионизации. Устройство подключается к датчику контроля горения;
• если при проверке датчиком контроля горения обнаруживается образование достаточного уровня ионов, это означает, что котел работает в штатном режиме. В случае снижения уровня ионов датчик блокирует работу котельного оборудования.

К ключевым причинам срабатывания датчика ионизации относят загрязнение клапана и некорректное соотношение уровня «газ-воздух». Также это происходит при оседании большого количества пыли на устройстве розжига.

Основные типы термопар для газового котла

При изготовлении термоэлектрических преобразователей применяют сплавы благородных и неблагородных металлов. Для конкретных диапазонов рабочих температур используют определенные группы сплавов.

В зависимости от металлических пар, применяемых при изготовлении, приборы делятся на несколько типов.

Для работы котельного оборудования на газовом топливе чаще всего используют следующие типы устройств:

• термопара типа E. Заводская маркировка ТХКн, представляет собой пластины из хромеля и константана. Прибор предназначен для температурного диапазона от 0°C и до +600°C;
• тип J. Предусматривает композицию из железа и константана, маркировка ТЖК. Используется для рабочих температур в пределах от -100°C и до +1200°C;
• тип Kс маркировкой ТХА, изготавливается на основе пластин из хромеля и алюмеля. Температурный диапазон применения термопары типа Kзначительный – от -200°C и до +1350°C;
• тип Lс маркировкой ТХК. Элементы конструкции представляют собой хромель и копель. Устройство предназначено для температур от -200°C и до +850°C.

Следующие образцы продукции находят применение в сфере тяжелой промышленности:

• тип Sс маркировкой ТПП10 представляет собой композицию платинородий-платина. Применяется в установках при температурном режиме до +1700°C;
• тип Bс маркировкой ТПР состоит из композиции пластин платинородий-платинородий. Продукт предназначен для температурного диапазона от -100°C и до +1800°C.

Также изготавливаются и другие варианты аналогичных приборов из сплавов благородных металлов, которые актуальны в тяжелой промышленности и литейном производстве.

Термопара в системе газового контроля

При эксплуатации газового оборудования требуется энергонезависимая автоматика, что способствует оперативному перекрытию подачи газа в случае, если внезапно погаснет пламя. В современных отопительных котлах с газовой горелкой предусмотрена система газ-контроль, которая включает в себя электромагнитный клапан и термопару. К составным элементам электроклапана относятся:

• сердечник с обмоткой;
• колпачок;
• возвратная пружина;
• якорь;
• резинка, перекрывающая подачу газа.

При нажатии на кнопку подачи газа, шток заглубляется внутрь катушки и заряжается пружина. По регламенту клапан подачи следует удерживать около 30 секунд, чтобы термопара прогрелась, и на концах образовалось напряжение для удержания клапана внутри катушки. Термопара начинает остывать, если гаснет горелка. Что дальше происходит:

• это сопровождается уменьшением напряжения на концах термопары;
• возвратная сила пружины превышает электромагнитную силу, которая удерживает шток внутри катушки;
• клапан возвращается в исходное положение и перекрывается подача газа.

В этом заключается работа термопары в газовом котле. Система газ-контроль на термопаре отличается высокой надежностью, в том числе и благодаря тому, что она способна функционировать без подключения к энергосети.

Стандарты на цвета проводников термопар

Цветная изоляция проводников помогает отличить термоэлектроды друг от друга для правильного подключения к клеммам. Стандарты отличаются по странам, нет конкретных цветовых обозначений для проводников.

Точность измерения

Точность зависит от вида термопары, диапазона измеряемых температур, чистоты материала, электрических шумов, коррозии, свойств спая и процесса изготовления.

Термопарам присуждается класс допуска (стандартный или специальный), устанавливающий доверительный интервал измерений.

Таблица сравнения термопар

Выше мы рассмотрели типы термоэлектрических преобразователей. У читателя, скорее всего, резонно возник вопрос: Почему так много типов термопар существует?

Дело в том, что заявленная производителем точность измерений возможна только в определённом интервале температур. Именно в этом диапазоне производитель гарантирует линейную характеристику своего изделия. В других диапазонах зависимость напряжения от температуры может быть нелинейной, а это обязательно отобразится на точности. Следует учитывать, что материалы обладают разной степенью плавкости, поэтому для них существует предельное значение рабочих температур.

Для сравнения термопар составлены таблицы, в которых отображены основные параметры измерительных преобразователей. В качестве примера приводим один из вариантов таблицы для сравнения распространённых термопар.

Таблица 1.

Как подключаются термоэлектрические преобразователи

На каждой новой отметке соединения разносплавных жил образуется холодный спай, а это, как мы уж описали, влияет на корректность замеров. Подключение желательно делать проводами по составу аналогичными с электродами.

Как правило, производители изначально комплектуют сенсоры такими компенсационными кабелями, их также можно докупить в спецмагазинах. Но, как мы отметили выше, это не актуально, если есть нормирующий преобразователь, схема корректировки, базирующаяся на термисторе. Провода ТП просто втыкаются в гнезда таких узлов согласно полярности.

Измерительные системы желательно размещать ближе при подключении ТП, чтобы длину кабеля сократить до самого возможного минимума. На любом проводе есть риск возникновения помех, а чем он длиннее, тем значительнее отклонения. Если радиопомехи можно устранить экранированием, наводки нивелировать сложнее.

Схема подключения термопары может включать терморезистор компенсации между контактами приемника и точкой холодного сегмента. Внешняя t° на эти элементы влияет аналогично, поэтому такая деталь будет исправлять погрешности:

Подключив ТП к измерителю, надо выполнить градуировку, в сети есть специальные таблицы.

Обозначение термопар на схемах:

Обозначения из ГОСТов:

Пример:

Как сделать термопару своими руками — Металлы, оборудование, инструкции

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.

• Описание и характеристики
• Принцип работы
• Изготовление термодатчика

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.

Изготовление термодатчика

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.

Щупы для мультиметра

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

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

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

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.

Наконечники-«крокодилы»

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

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».

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.

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.

Щупы для SMD-монтажа

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.

Такие приспособления надежно прикрепляются к торцевым контактам 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.

Общие понятия и конструкция

Термопара ГОСТ Р 8.585-2001 представляет собой устройство для измерения температуры, которое состоит из двух разнородных проводников, контактирующих друг с другом в нескольких или одной точке, которые иногда соединяют компенсационные провода.

В тот момент, когда на одном из таких участков изменяется температура, создается определенное напряжение.

Термопары часто используются для контроля температур разнообразных сред, а также для конвертации температуры в энергию, в частности, в электрический ток.

Коммерческий преобразователь стоит доступно, является полностью взаимозаменяемым, оснащен стандартными разъемами и может измерять широкий диапазон температур.

В отличие от большинства других методов измерения градусов, термопары с автономным питанием не требуют внешнего способа возбуждения.

Основным ограничением при работе термопар является точность; вполне возможны ошибки вплоть до одного градуса по Цельсию, что достаточно много для стандартного измерителя или контроллера.

Основные параметры прибора зависят от материала. Любой узел из разнородных металлов будет производить электрический потенциал, относящийся к определенной температуре и образующий сопротивление.

Термопары для практического измерения температуры созданы из конкретных сплавов, имеющих предсказуемую и повторяемую зависимость между температурой и напряжением.

Различные сплавы используются для различных температурных диапазонов, если Вы хотите купить термопару, то предварительно обязательно проконсультируйтесь с продавцом-консультантом выбранной компании.

Приспособления обычно стандартизованы по отношению к эталонной температуре 0 градусов по Цельсию; производственные компании часто используют электронные методы компенсации холодного спая для корректировки изменения температуры на клеммах прибора.

Электронные приборы могут также компенсировать прочие различные характеристики термопары, тем самым улучшить точность и достоверность измерений.

Применение термопары достаточно широкое: их используют в науке и промышленности; приспособлениями можно осуществлять измерение температуры для печей, газовой колонки, спая, газовых турбин выхлопных газов, дизельных двигателей и других промышленных процессов. Данные устройства термосопротивления также используются в частных домах, офисах и предприятий. Также они могут заменить термостаты в АОГВ и прочих газовых отопительных приборах.

Изготовление термопары для мультиметра самостоятельно

Термопара, созданная своими руками, это сенсор в своей основе конструктивно аналогичный заводскому: два спаянные разные по составу электроды.

Перечень материалов, инструментов:

• константин. Есть в старых советских низкоомных керамических резисторах ПЭВ-10 или подобных им;
• проволока, медь;
• зажигалки: турбо («печка») и обычная.

Приемником данных может быть любой цифровой или аналоговый тестер. С помощью такой ТП для мультиметра можно замерять температуру исследуемых объектов.

Где взять проволоку

Чем меньше сечение проволоки, тем ниже погрешности ТП, поскольку понижается само влияние массива жил на теплообмен.

В нашем примере взяты 2 проводка из таких сплавов:

• константиновый. Берем из старого керамического резистора ПЭВ-10. Сплав также содержит зарубежный аналог 1R00JSMT и подобные типы радиодеталей. Некоторые такие радиодетали с нихромом — он не подойдет;
• медный проводок: из обмотки б/у трансформаторов от бытовых приборов, из кабелей, например, витой пары.

Скрутка, сварка

Делаем скрутку из 2 проводков. Затем свариваем этот конец: так как жилы тонкие, то подойдет зажигалка турбо, в народе «печка». Должна получиться круглая головка-капелька. Оставшиеся витки затем надо раскрутить, чтобы не было замыкания.

Принцип работы мы уже описали: при нагревании в месте горячего спая, то есть головки-капельки возникает разница потенциалов, инициирующая малый ток, который будет течь по проводкам к приемнику (мультиметру). Значения такого электричества будут характеризовать определенную температуру.

Другие способы сварки

Спаять проводки можно и кустарной сваркой, например, применив лабораторные автотрансформаторы, автомобильный аккумулятор. К одному полюсу («+») такого источника подсоединяем оба конца термопары, скрученные или соединенные механически проволокой. К другому подключаем вывод («−»), присоединенный к куску графита. Возникнет электродуга, произойдет сварка.

Напряжение для сварки подбирают экспериментально: начинают с малых значений 3–5 В и постепенно увеличивают до нужного результата. Оптимальное значение зависит от металла проволоки, ее сечения, длины — оно обычно не превышает 40–50 В. Соблюдают безопасность: не касаются к оголенным участкам, не подают слишком большое напряжение. Для удобства опасные сегменты изолируют изолентой, кембриком, керамическими трубками.

Хорошее соединение получают, разогревая проводки дуговым разрядом, зажигая его между ними и крепким (ропа) раствором поваренной соли.

Другие сплавы для электродов

Выше мы показали пример с электродами константин-медь. Термопара для измерения температуры своими руками может быть создана и с проволоки с иных материалов (сплавы см. выше в табл.). Такие материалы продаются на узкоспециализированных торговых площадках, но все-таки достать их сложнее, наиболее доступный из них хромель и алюмель.

Проверка самодельной термопары для мультиметра

Электроды собранного датчика подсоединяем к мультиметру аналогично как щупы. Затем измеряете среду: нагреваете головку зажигалкой, наблюдаете табло тестера. В нашем случае мультиметр показал напряжение 50 мВ и ток в 5 мкА, это максимальное значение для данной самоделки.

Калибровка

Откалибровать самодельную термопару и создать базу данных какое значение какой температуре соответствует, можно, опуская ТП в жидкость с заранее известной температурой (надо будет значительно ее нагреть). Останется сопоставить t° с показаниями мультиметра и записать цифровые соответствия.

[spoiler title="Источники"]

• https://ometalledo.ru/izgotovlenie-termopary-svoimi-rukami.html
• https://RadioStorage.net/1625-kak-izgotovit-termoparu-dlya-datchikov-temperatur.html
• https://oooevna.ru/kak-sdelat-termoparu/
• https://t-s-i.ru/kotly/konstrukciya-termopary.html
• https://seknsk.ru/montazh-i-provodka/termopara-princip-raboty.html
• https://odinelectric.ru/kipia/chto-takoe-termopara
• https://gir-svet.ru/kak-sdelat-termoparu-svoimi-rukami/
• https://principraboty.ru/termopara-princip-raboty/
• https://expluataciya-holodilnika.ru/zapchasti/termopara/
• https://www.asutpp.ru/termopary.html
• https://osensorax.ru/klimat/termopara-eto
• https://metallob.ru/kak-sdelat-termoparu-svoimi-rukami.html

[/spoiler]