Как сделать термопару

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.

Помимо этого термопары после изготовления должны быть выверены между собой, для чего их погружают в закрытый сосуд с трансформаторным маслом, нагретым до температуры 70 — 80°С, и, передвигая ручку переключателя с одной термопары на другую, находят термопару с максимальными показаниями. Эту термопару принимают за контрольную и с ее показаниями сравнивают показания остальных термопар при укорачивании их длины для выравнивания сопротивлений.

Рис. 1. Изготовление термопары (а) и ее вид после сварки (б): 1 — клещи, 2 — сварочный электрод, 3, 4 — проволока, 5 — головка

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Как сделать простую термопару (электричество из двух проволок)

Приветствую всех любителей помастерить, предлагаю к рассмотрению инструкцию по изготовлению простой термопары. Автор ее изготовил, чтобы проверить, какое напряжение и ток она сможет вырабатывать. При измерении у автора термопара выдала 50 мВ и показала ток примерно в 5 мкА.

Конечно, показания довольно скромные, но если таких термопар сделать много, можно соорудить небольшой тепловой генератор. К тому же такую термопару можно использовать в качестве датчика температуры. Собрано все просто, если самоделка вас заинтересовала, предлагаю изучить ее более детально!

Материалы и инструменты, которые использовал автор:

Список материалов:
— константан (проволока от низкоомного резистора ПЭВ-10);
— медная проволока.

Процесс изготовления самоделки:

Шаг первый. Добываем материалы
В качестве материала понадобится кусок медной проволоки, а также будет нужна проволока из резистора ПЭВ-10, подобная проволока встречается и в заграничных аналогах типа 1R00JSMT.

Проволока, которая используется в низкоомных резисторах, сделана из металла константан , именно она нам и нужна, нихром не подойдет.

Шаг второй. Скрутка и сварка
Делаем скрутку из двух проволочек, а затем концы проволок нужно сварить. Для сварки автор использует турбозажигалку. Именно в месте сварке при нагревании будет возникать разница потенциалов и по проводникам начнет течь ток. В идеале, должна получиться капелька из двух сваренных металлов.

В завершении скрутку, наверное, нужно раскрутить, иначе будет возникать короткое замыкание.

Шаг третий. Испытания
Подключаем к проводникам мультиметр и разогреваем место сварки обычной зажигалкой. У автора на мультиметре появилось напряжение в 50 мВ, это максимальное напряжение, которое выдает одна скрутка.

Что касается тока, то у автора мультиметр показал 5мкА.

Источник

Схема подключения термопары к милливольтметру

1.1.1 Схема подключения термопары к милливольтметру

Схема подключения термопары к милливольтметру приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема измерения ТЭДС милливольтметром

1.1.2 Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра

Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра при температуре свободных концов термопары, если Т₀ = 0 °С, по формуле:

где Е(T, T₀) – ТЭДС термопары, мВ, при температуре Т горячих спаев (измерительных спаев) и Т₀ – холодных спаев, °С; R_v – внутреннее сопротивление вольтметра, Ом; R_вн – сопротивление измерительной цепи, в которое входит сопротивление термопары, соединительных проводов, контактов и т.п., Ом.

По таблице П12 приложения определяем значения ТЭДС термопары ТХК(L) при 0 °С и при + 160 °С.

Е (+ 160, 0) = + 11,398 мВ.

Полученные значения подставляем в формулу (1.1)

U_ав(0°С) = 0,000 /(1+14/190) = 0,000 мВ

U_{ав(+160°С)} = +11,398 /(1+14/190) = 10,615 мВ.

1.1.3 Определяем диапазон изменения напряжения на выводах милливольтметра и систематическую погрешность, если Т₀ = 20 °С

По таблице П9 приложения определяем значения ТЭДС термопары ТХК(L) при 0 °С и при + 160 °С , если Т₀ = 20 °С

Е (0, 20) = 0,000 – 1,290 = – 3,133 мВ.

Е (+ 160, 20) = + 11,398 – 1,290 = 10,108 мВ.

Полученные значения подставляем в формулу (1.1)

U_{ав(0°С; +20 °С)} = – 1,290/(1+14/190) = – 2,947 мВ

U_{ав(+160°С; +20 °С)} = + 10,108/(1+14/190) = + 10,108 мВ.

DU_ав = U_{ав(–30°С; +20 °С)} – U_{ав(–30°С)} = – 1,290 – 0,000 = – 1,290 мВ.

Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать аддитивная систематическая погрешность DU_ав = –1,290 мВ, которую необходимо учитывать при измерениях. В виде приведенной погрешности это значение составит

где X_N– нормализующее значение изменяемой величины.

g= 1,290/(+ 10,615 – 0,000) × 100 % = 12,1 %,

что достаточно велико.

1.1.4 Определяем систематическую погрешность, если сопротивление подключаемых проводов будет по 5 Ом

При наличии двух соединительных проводов с сопротивлением по 5 Ом каждый сопротивление измерительной цепи увеличится на 10 Ом и составит

R¢_вн = 14 + 10 = 24 Ом.

Полученное значение подставляем в формулу (1.1)

U¢_{ав(–30°С)} = 0,000/(1+24/190) = 0,000 мВ

U¢_{ав(+180°С)} = + 11,398/(1+24/190) = 10,119 мВ.

Таким образом, в показании милливольтметра будет присутствовать мультипликативная систематическая погрешность, изменяющаяся в зависимости от показаний прибора следующим образом (табл. 12.4), которую необходимо учитывать при измерениях.

В виде приведенной погрешности это значение составит

g = 0,496/(+10,615 — 0) ×100 = 4,67%,

что достаточно велико.

Динамика мультипликативной систематической погрешности от наличия неучтенного сопротивления проводов

Источник

Простой термометр из самодельной термопары.

Предлагаю всем, кто любит что-то делать своими руками, изготовить для домашней лаборатории простой термометр из самодельной термопары, с верхним пределом измерения температуры до 500-700 градусов о С.

Собственно говоря, весь термометр — это термопара (датчик), и средство отображения температуры (индикатор), в качестве которого можно использовать и стрелочный индикатор (микроамперметр) и цифровой мультиметр.
Начнём с изготовления термопары. Для этого нам понадобятся проволоки из разных металлов. Самые доступные — это проволоки из меди и константана. Термо-ЭДС получаемая из такой пары от пламени зажигалки, около 50-ти милливольт.
Так где же можно найти константан? Очень просто. Константан в основном применяется при изготовлении проволочных резисторов, из которых мы его и будем добывать.

Для этого лучше брать проволочные резисторы бОльшей мощности, или резисторы с меньшим сопротивлением (единицы Ом). В этих резистора проволока диаметром больше. Ну может и можно использовать проволоку и меньшего диаметра, но по моему мнению удобней работать с проволокой диаметром от 0,3 мм, а если из термопар собирать батарею, то желательно брать проволоку 0,8 и выше, чтобы внутреннее сопротивление батареи было меньше.

И так резисторы мы нашли, а что дальше? Дальше нужно аккуратно постукивая по резистору отбить у резистора эмаль, стараясь не повредить константановую проволоку и попытаться её отделить от резистора и смотать. Эту проволоку мы и будем использовать для изготовления термопар.

Изготовление термопары.

Изготовление термопары труда большого не представляет. Для этого берём два отрезка проволоки, добытую ранее константановую и любую медную, желательно близких по диаметру, скручиваем их вместе с одного конца на расстояние 0,5 — 1,0 см. Именно эту скрученную часть проволок мы и будем сваривать.

Сваривать термопары в домашних условиях удобно способом, который был описан ранее вот в этой статье. Для лучшего контакта проволок термопары со сварочным крокодилом, можно обмотать элементы будущей термопары проводом, чуть ниже скрутки, прижать к проводу от трансформатора плоскогубцами, и коснуться самой скрутки угольным электродом. Напряжение для надёжной сварки подобрать опытным путём.

У нас должен получиться на конце скрученных вместе проводов, оплавленный шарик (или подобие его), который и есть термопара.

Скрученные ранее провода нужно будет аккуратно раскрутить до места сварки, это на всякий случай, чтобы исключить их замыкание между собой, и надеть на них изоляционные трубочки, в качестве которых можно использовать фторопластовую оболочку от проводов.

Применение термопары.

Полученные таким способом термопары в пламени обычной зажигалки выдают напряжение, где-то в районе 50-ти милливольт.
Для изготовления термометра у меня были две измерительные головки, микроамперметры на 100 мкА. Одна головка с сопротивлением рамки 370 Ом, вторая (тоже на 100 мкА) с сопротивлением рамки 280 Ом.
Так вот, первая головка отклонялась от пламени зажигалки на всю шкалу, вторая, имеющая меньшее сопротивление рамки, зашкаливала.

То есть получается, что предпочтение нужно отдавать головкам, имеющим меньшее сопротивление рамки, так как термопара вырабатывает напряжение (милливольты) и ток отклонения у головок получается больше, если её активное сопротивление рамки меньше, то есть головка получается более чувствительная.
Нашёл у себя в загашниках головку миллиамперметра на 30 мА, с сопротивлением рамки где-то 1,5 — 1,6 Ом (замерил приблизительно). Каково было удивление, когда стрелка этой головки от термопары и зажигалки отклонилась на всю шкалу.

Ну в принципе так и получается по закону Ома. При 45-50 мВ напряжения и 1,5 Ома нагрузки, ток и будет около 30-ти мА. Да, ещё забыл сказать, что медный провод термопары даёт «плюс», а константановый «минус». Так что к головкам нужно подключать термопару в такой полярности.
Вернёмся к термометру. Как уже было сказано выше, термометр — это термопара и средство индикации. Из двух микроамперметров, о которых говорилось выше, были изготовлены термометры. Из первого микроамперметра, имеющего сопротивление рамки 370 Ом — термометр с верхним пределом измерения температуры 700 градусов о С, из второго с меньшим сопротивлением рамки (280 Ом) — термометр с верхним пределом измерения температуры 550 градусов о С. Так как эта головка оказалась более чувствительная, то и верхний предел температуры ниже.
Да, выше 700 — 800 градусов особого смысла делать термометр нет, так как температура плавления меди и константана где-то в районе 1000 градусов о С.
Калибровать таким способом изготовленные термометры, можно термофеном с индикацией температуры воздуха. Нижний предел лучше начинать от 100 градусов о С. Шкала получается почти линейной. Может чуть сжата в начале шкалы. Максимальная температура воздуха у моего фена 450 градусов о С. Отметки на шкале микроамперметров ставились через 50 градусов. Дальше (выше 450 градусов) пришлось ставить отметки на расстояние, вычисленное по предыдущим меткам на шкале. Точность шкалы для домашней лаборатории будет вполне приемлема.

Подобные термопары можно применять в терморегуляторах для любых паяльников не имеющих термодатчики, термофенов и других радиолюбительских конструкциях.
Попробовал я использовать подобную термопару вместо штатного датчика для термометра от цифрового мультиметра. Результатом более, чем доволен.

При измерениях температуры по нескольким разным точкам, отклонения от показаний индикатора на термофене, различались на плюс-минус несколько градусов. Фотография с другой температурой фена ещё есть в начале этой статьи.

Кому ещё интересно, то можно попробовать собрать термогенератор. То есть соединить последовательно множество термопар и попытаться сделать зарядку для телефона от пламени костра. Соединять термопары между собой тоже нужно сваркой (надёжно).

Для получения напряжения такой батареи в 1,5 вольта, необходимо соединить последовательно 20 термопар. Соответственно при выходном напряжении 5,0 вольт (для зарядки мобильника) нужно соединить последовательно не менее 70-80 термопар.
Кстати раньше выпускался советской промышленностью термогенератор, который использовался для питания батарейных ламповых радиоприёмников. Надевался он на горловину керосиновой лампы и вся эта конструкция подвешивалась в удобном месте. И свет был и радио играло.

Вырабатывал он анодное напряжение и напряжение для накала ламп. Ещё статья, как сделать термогенератор, была опубликована в журнале «Юный техник». Кому интересно, то можете попытаться найти её самостоятельно. Называлась вроде как «Напряжение из двух проволок» или как-то похоже. Могу найти её, вернее найду и потом в комментариях укажу номер ЮТ, где была эта публикация.

Да, ещё в качестве положительного электрода, вместо медной проволоки можно (даже желательно) использовать стальную проволоку. Термо-ЭДС такой пары должна даже быть выше, чем с медной. Лично я не пробовал, не оказалось в этот момент под руками стальной проволоки.
Попробуйте сами.
Удачи Вам в творчестве!

Источник