Изготовление термопары своими руками

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).

Читайте также:
Как греть бетон сварочным аппаратом

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!

Изготовление термопары для мультиметра своими руками

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

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.

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.

Читайте также:
Диодный мост для сварочного аппарата своими руками

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.

Ремонт термопары газовой колонки своими руками

Для обеспечения безопасной эксплуатации газовых нагревательных приборов с открытым пламенем в настоящее время, как правило, используются электрические схемы, в которых датчиком температуры служит термопара.

Термопара представляет собой спай двух проволочек из разных проводников (металлов). Благодаря простоте устройства термопара является очень надежным элементов схемы защиты и безотказно работает в газовых приборах многие годы. Внешний вид термопары с проводами для газовой колонки NEVA LUX-5013 показан на снимке ниже.

Термопара появилась в 1821 году благодаря открытию немецкого физика Томаса Зеебека. Он обнаружил явление возникновения ЭДС (электродвижущей силы) в замкнутой цепи при нагреве места контакта двух проводников из разных металлов.

Если термопару поместить в пламя горящего газа, то при сильном ее нагреве вырабатываемой термопарой ЭДС будет достаточно для открытия электромагнитного клапана подачи газа в горелку и запальник. Если горение газа прекратится, то термопара быстро остынет, в результате ее ЭДС уменьшится, и силы тока станет недостаточно для удержания электромагнитного клапана в открытом состоянии, подача газа в горелку и запальник будет перекрыта.

На фотографии показана типовая электрическая схема защиты газовой колонки. Как видно, она состоит всего из трех включенных последовательно элементов: термопары, электромагнитного клапана и реле тепловой защиты.

При нагреве термопара генерирует ЭДС, которая через реле тепловой защиты подается на соленоид (катушку из медного провода). Катушка создает электромагнитное поле, втягивающее в нее стальной якорь, механически связанный с клапаном подачи газа в горелку.

Реле тепловой защиты обычно устанавливают в верхней части газовой колонки рядом с зонтом, и служит оно для прекращения подачи газа в случае недостаточной тяги в газоотводящем канале. При отказе любого элемента схемы защиты газовой колонки подача газа в горелку и запальник прекращается.

В зависимости от модели газовой колонки применяется ручной или автоматический способ поджига газа в запальнике. При поджиге фитиля вручную используют спички, электрозажигалки (в старых моделях газовых колонок) или пьезоэлектрический поджиг, приводимый в действие нажатием кнопки. Кстати, если пьезоэлектрический поджиг перестал работать, то с успехом можно поджечь газ в запальнике с помощью газовой зажигалки или спички.

В газовых колонках с автоматическим поджигом воспламенение газа в горелке происходит без участия человека, достаточно открыть кран горячей воды. Для работы автоматики в колонку устанавливается электронный блок с батарейкой. Это является недостатком, так как в случае выхода батарейки из строя зажечь газ в колонке будет невозможно.

Для того чтобы зажечь газ в запальнике с помощью пьезоэлектрического элемента необходимо поворотом ручки на газовой колонке открыть подачу газа в запальник, привести в действие пьезоэлектрический элемент для создания в разряднике искры и после воспламенении газа в запальнике удерживать эту ручку нажатой около 20 секунд, пока не нагреется термопара.

Это очень неудобно, поэтому многие, и я в их числе, не гасят пламя в запальнике месяцами. В результате термопара всегда подвергается воздействию высокой температуры пламени (на фото термопара расположена слева от запальника), что уменьшает срок ее службы, с чем мне и пришлось столкнуться.

Газовая колонка перестала зажигаться, запальник потух. От искры со свечи газ в запальнике зажигался, но стоило отпустить ручку регулировки подачи газа, несмотря на продолжительность времени удержания ее нажатой, пламя гасло. Соединение между собой клемм теплового реле не помогло, значит, дело в термопаре или электромагнитном клапане. Когда снял кожух с газовой колонки и пошевелил центральный провод термопары, то она развалилась, что хорошо видно на снимке выше.

Как снять термопару с газовой колонки

Для того чтобы была возможность оперативно отремонтировать газовую колонку своими руками и всегда быть с теплой водой, с учетом опыта длительной эксплуатации газовых колонок разных моделей, у меня под рукой всегда имеется набор запасных частей. Резиновые прокладки, трубки, тепловое реле и термопара в комплекте. Поэтому за полчаса термопара была заменена новой, и колонка опять стала исправно нагревать воду.

Термопара закреплена слева на общей планке с запальником и свечей с помощью гайки. Прежде чем отвинчивать гайку нужно немного отвинтить левый саморез, удерживающий планку, чтобы он не мешал поворачиваться гаечному ключу.

Далее гаечным рожковым ключом гайка откручивается вращением против часовой стрелки до полного схода с резьбы на корпусе термопары. После этого термопара легко выйдет вниз из планки.

На следующем шаге нужно с помощью рожкового ключа выкрутить винт-контакт из газо-водорегулирующего узла. Винт находится с противоположной стороны ручки регулировки подачи газа.

Останется только снять две клеммы с реле тепловой защиты, и термопара в комплекте с проводами будет снята с газовой колонки.

Установка новой термопары производится в обратном порядке, при этом желательно, чтобы токоведущие провода не касались как внутренних металлических частей газовой колонки, так и кожуха после его установки.

Как сварить сгоревшую термопару газовой колонки

В связи с профессиональной необходимостью мне периодически приходится заниматься изготовлением термопар для приборов поддержания заданной температуры в сушильных шкафах и в оборудовании отжига витых магнитопроводов для трансформаторов при температуре 800°С. Поэтому при изготовлении очередной термопары решил попробовать сваркой восстановить работоспособность сгоревшей термопары от газовой колонки.

Читайте также:
Искатель обрыва проводки своими руками

Центральный провод термопары был сварен с медным проводом электропроводки и имел длину около 5 см. На фотографии место спайки хорошо видно слева. Такой длины провода хватило бы на несколько ремонтов.

Трубчатый проводник термопары длиной около сантиметра весь выгорел, но осталась его часть с более толстой стенкой.

С центрального проводника было удалено место прежней сварки, и детали термопары были очищены от копоти и нагара с помощью мелкой наждачной бумаги.

Центральный проводник был вставлен в основание термопары с таким расчетом, чтобы его конец выступал на один миллиметр. Сварка производилась на специальной установке, устройство и схему которой я опишу ниже, в течение около четырех секунд при напряжении 80 В и силе тока около 5 А.

Видеозапись процесса сварки термопары я не стал делать из опасения повреждения фотоаппарата от яркой дуги, но сделал через пару секунд после окончания сварки снимок раскаленного графитного порошка.

Спай термопары получился, вопреки моим ожиданиям, отличного качества и красивой формы. Появилась уверенность, что ремонт термопары затеял я не зря.

Для исключения замыкания центрального проводника термопары на ее корпус, в зазор была плотно набита вата из стекловолокна. Хорошо для этих целей подойдет и асбест.

Для уверенности в том, что термопара работает, она была нагрета с помощью паяльника до температуры около 140°С.

Мультиметр зафиксировал ЭДС, вырабатываемую термопарой, величиной 5,95 мВ, что подтвердило исправность термопары. Осталось провести проверку работоспособности термопары в газовой колонке.

Хотя термопара стала на сантиметр короче, но все равно ее длины вполне хватило, чтобы месту спая находится в пламени запальника. Реставрированная термопара безотказно работает в газовой колонке уже несколько месяцев, и, полагаю, проработает намного дольше, чем термопара заводского изготовления, так как место спая стало гораздо массивнее.

Устройство установки для сварки термопар

Внимание! При повторении и эксплуатации предлагаемой установки для сварки термопар, в связи с отсутствием гальванической развязки контактов для подключения термопары, необходимо соблюдать полярность подключения установки к электропроводке. К термопаре должен быть подключен исключительно нулевой провод. Прикосновение к фазному проводу может привести к поражению электрическим током.

Существует несколько способов сварки термопар: в электрической дуге, в соляном электросварочном аппарате, с помощью ацетиленовой горелки и в графитном или угольном порошке. Я свариваю термопары для измерения температуры с помощью ЛАТРа и керамической емкости, наполненной порошком из графита. Технология простая, не требует специального оборудования, опыта и доступна для любого домашнего мастера.

По наследству мне досталась самодельная установка для сварки термопар, представленная на фотографии. Установка представляет собой металлическую коробку, в которой установлен ЛАТР, вольтметр переменного напряжения и керамический стакан для графитного порошка.

Электрическая схема установки представлена выше. Питающее напряжение через электрическую вилку подается с бытовой электропроводки через включатель и предохранитель на ток 5 А на первичную обмотку лабораторного автотрансформатора. Неоновая лампочка HL1 служит для индикации включенного состояния установки. Резистор R1 ограничивает ток через HL1.

На дне керамической чаши, наполненной графитным порошком, для подачи тока имеется медная пластина, на которую через латунный винт подается питающее напряжение с переменного контакта ЛАТРа. Нулевой провод, идущий с сетевой вилки, подключается к общему проводу ЛАТРа и к свариваемой термопаре с помощью зажима типа «крокодил».

Величина тока сварки зависит от величины напряжения. Для этого в установке имеется вольтметр переменного напряжения, обозначенный на схеме буквой V. Величина напряжения устанавливается вращением ручки ЛАТРа и подбирается экспериментально в зависимости от диаметра свариваемых проводов и лежит в пределах 20-90 В. В схеме нет специальных элементов, ограничивающих величину тока. Он ограничивается за счет сечения проводов схемы и величины сопротивления графитного порошка.

На фотографии показана лицевая панель установки для сварки термопар с обратной стороны. Как видите, ЛАТР закреплен непосредственно на дне коробки, а все остальные элементы электрической схемы закреплены непосредственно на панели.

Представляю видеоролик, демонстрирующий процесс сварки термопары на установке для сварки термопар. Как видите, сварить термопару на самодельной установке своими руками очень просто.

Для сварки термопары на установке достаточно свить проводники, зажать их крокодилом и плавно прикоснуться к поверхности графита. Возникнет электрическая дуга, выделяющая большое количество тепловой энергии в одной точке. Проводники начинают оплавляться, и расплавленные металлы, смешавшись друг с другом, за счет сил поверхностного натяжения в жидкостях образуют аккуратный шарик, как на фотографии.

Время сварки обычно не превышает трех секунд. Горение дуги сопровождается характерным шипящим звуком, с понижающейся во времени частотой. При наличии опыта по звуку можно легко определить момент окончания процесса сварки. В связи с большой массивностью термопары для газовой колонки, на ее сварку понадобилось около пяти секунд.

Вот фотография хромель-алюмелевой термопары из проводов ∅0,5 мм, сварка которой продемонстрирована в видеоролике выше. Как видите, в месте сварки проводов образовался аккуратный спай круглой формы. Такая термопара прослужит долго.

На установке для сварки термопар мне приходится в основном сваривать хромель-копелевые (ТХК, Тип L) и хромель-алюмелевые (ТХА, Тип K) термопары с диаметром проводников 0,2-0,5 мм. Случалось при ремонте сваривать даже термопару типа К с диаметром проводников 3 мм. Хорошо свариваются между собой медные и алюминиевые провода диаметром до 2,5 мм. Но при монтаже электропроводки установку применять для сварки соединений из-за ее габаритных размеров сложно.

Читайте также:
Как выточить шар из дерева

Для защиты глаз от яркого света при визуальном контроле над процессом сварки очки или защитную маску сварщика использовать неудобно, поэтому я использую нейтральный светофильтр высокой плотности от фотоаппарата.

Как показала практика, с помощью простейшей установки, представляющей собой ЛАТР и керамическую чашу с графитным порошком, можно успешно выполнять ремонт термопар, применяемых в системах автоматики газовых колонок, в домашних условиях своими руками.

Задать вопрос автору статьи, оставить комментарий

Александр Николаевич, здравствуйте.
Сообщите, пожалуйста, можно ли отремонтировать термопару газовой колонки Junkers WR10 путем надевания на ее конец (постоянно обогреваемый газом) кусочка медной трубочки с внутренним диаметром 4 мм и длиной 15 мм?
С уважением, Кирилл.

Здравствуйте, Кирилл!
Таким способом ремонтировать термопары нельзя.
Принцип работы термопары заключается в физическом контакте двух разных металлов, которые за счет разных электрохимических потенциалов при нагреве вырабатываю ток. Этот ток проходя через катушку электромагнитного клапана открывает подачу газа.
Если у штатной термопары контактируемые поверхности металлов выгорели, то медная трубка уже не поможет.

Здравствуйте! Полезный Ваш сайт, спасибо.
Лет 50 назад мы варили термопары из проволок диаметром 0,2-0,5 мм по Вашей схеме, с таким же ЛАТР-ом, но использовали литровую стеклянную банку на две трети заполненную “крепким” раствором кухонной соли, поверх которого наливали на сантиметр машинного масла. Одним контактом был металлический диск на дне банки с припаянным проводом, а вторым контактом была скрутка двух проволочек будущей термопары. Ток подбирали ЛАТР-ом. Скрутку аккуратно опускали по центру в банку. Как только скрутка касалась раствора, раздавался гул сварки.
После обретения навыка (двух-трёх проб) получался нормальный шарик сварки. Машинное масло было флюсом и охладителем шарика.

Здравствуйте, Иван Иванович!
Спасибо за интересную информацию. Не знал о такой технологии сварки термопар. С теоретической точки зрения она не противоречит законам физики и легко реализуемая в домашних условиях. Надо будет для интереса попробовать. Уверен, Ваша информация пригодится посетителям сайта.

Меряем температуру термопарой

Краткие теоретические сведения и постановка задачи :)

На сегодняшний момент существует два типа датчиков, позволяющих измерить температуру: терморезистор (термистор) и термопара. Принцип их работы почти ясен :) из названия: терморезистор — это резистор изменяющий свое сопротивление под действием температуры, термопара — два провода из разных материалов спаянные вместе, в которых при нагреве, за счет разности потенциалов, возникает ЭДС.
Обычно в автомобильных системах применяют терморезисторы, так как они способны работать при значительных механических нагрузках, но одновременно с этим преимуществом они имею и ряд недостатков: способны работать только в узком диапазоне температур, да и в этом диапазоне зависимость температура -сопротивление у них нелинейная, причем в течении срока службы эта зависимость изменяется. Термопара в этом плане проще, да и если ее механически не нагружать, то надежнее, да и диапазон рабочих температур у нее побольше. Поэтому в различных системах измерений чаще применяют термопару. А раз ее применяют, то нужно научится ее применять и нам — мы что рыжие? :)
На этом с теорией все, перехожу к практике. Кто хочет почитать о типах датчиков подробнее, могу порекомендовать статью — www.picad.com.ua/0105/pdf/50-54.pdf

Электроника
ЭДС вырабатываемая термопарой очень небольшая — порядка нескольких миливольт, поэтому без усилителя не обойтись. Поискав в интернете я нашел 5 различных схем усилителей под термопару и на основе одной из них нарисовал свою

Как потом понял R3 лишний и его можно из схемы выбросить — коэффициент усиления мы все равно учтем потом программно.

Ну тут мне немного повезло — термопара паяльника (который нужно подключить) и имеющегося у меня мультиметра имели одинаковые характеристики, поэтому я просто крокодильчиками мультиметра “сел” на выход термопары, а второй мультиметр прицепил на выход схемы. Нагревая кончик паяльника(а соответственно и термопару) горелкой записал значения температуры и соответствующие им значения напряжения на выходе схемы.

Тем кому такая халява “не прокатит” придется или располагать обе термопары (подключаемую к контроллеру и мультиметра) рядом или мерять термопарой температуру у тел с точно известной температурой (например: льда — 0 С, человеческого тела -36,6С, кипятка — 100С).

Немножко математики
Заносим полученные данные в Excel, выделяем их и нажимаем кнопочку “мастер диаграмм”

Далее выбираем тип диаграммы “точечная” и нажимаем “готово”

Получили нашу зависимость “температура — напряжение” графически.

Если полученные точки не лежат примерно на одной линии, то значит намеряли мы чегой то неправильно — перемеряем. Если все “Ок”, то клацаем мышкой на любой из построенных точек и, нажав на правую кнопочку, получим окошко, где выбираем “Добавить линию тренда”.

В открывшимся окошке проверяем, чтобы “Тип” был “Линейный”, а на вкладке “Параметры” нужно поставить галочку напротив “Показать уравнение на диаграмме”.

Добавившееся на графике уравнение и есть искомая зависимость “напряжение-температура”

Теперь вспоминаем, что для AtMega АЦП при 0В на входе выдает 0, а при 5В — 1024 и пересчитываем “температура — напряжение” в “показание АЦП — температура” умножив на 5/1023:
у=206.36*х*(5.0 / 1023.0) -13.263
где х — показание АЦП, у — реальное значение температуры

Сборка
Описывать в данном пункте особо нечего — цепляем нашу схему к МК или платке Ардуино, подключаем туда же цифровую панель отсюда — www.drive2.ru/b/2826794/

Читайте также:
Как запаять нержавейку в домашних условиях

Программа
Программу тоже берем для цифровой панели, изменив только основной цикл
void loop() <
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 1000;
int sensorValue;
int temp_real;
//cчитываем показания АЦП
unsigned long currentMillis = millis();

if (currentMillis — previousMillis >= interval)
//Считаем реальное значение температуры
temp_real = abs(int(206.36*sensorValue*(5.0 / 1023.0) -13.263));
>
showNumber(temp_real);
>

Результат
Как то так

как видно изображение слегка дрожит -нужно усреднять показания, а не мерять через какой то интервал. но это уже будет учтено в окончательной версии

Экономичная схема усилителя термопары

Основные моменты

Мультитметр используют в качестве термометра, если надо провести измерения температуры в сложных условиях – открытое пламя, ядовитые вещества, трудный доступ к объекту, слишком горячий объект.

Многие мультиметры обладают встроенной функцией измерения температуры. В этом случае пользоваться прибором несложно, так как не придется вносить никаких изменений в его конструкцию, достаточно только разобраться, какой режим выбрать.

Обычно этот режим промаркирован буквами «temp», а в комплекте с мультиметром идет термопара, представляющая собой провод с датчиком. Для подключения термопары на корпусе предусмотрено два гнезда.

Большинство тестеров способно работать с температурой от -40 до 1000 градусов по Цельсию. Если вы приобрели недорогой мультиметр, стоит обратить внимание на то, какая термопара идет в комплекте.

Дело в том, что большинство мультиметров имеют достаточно тонкие провода, которые могут оплавиться при воздействии на них температур свыше 250 °C. Надо также обращать внимание на то, возможно ли измерение температуры жидкостей или только газов.

Если вы собираетесь работать с высокими температурами, то штатную термопару лучше сменить на специальную, конструкция которой рассчитана на измерения в более сложных условиях.

Для некоторых приборов потребуется использовать специальный переходник, так как мультиметры имеют одинарные входы, а профессиональная термопара – миниатюрную вилку. После подключения термопары необходимо выбрать режим измерения температуры: он может быть в градусах по Цельсию или Фаренгейту.


Для того чтобы узнать, какая температура, необходимо коснуться кончиком термопары интересующего объекта. Данные сразу же появятся на электронном дисплее.

Длительность контакта с объектом составляет всего 2-3 секунды, для точности измерений контакт должен быть плотным. Проверить правильность работы мультиметра можно, сравнив его показания с показаниями термометра. Важно также следить за полярностью подключения термопары.

Подключаем термопару к микроконтроллеру

Термопара это два проводника из разных металлов и имеющих общую точку контакта (спай). В точке этого контакта возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов зовется термоэдс и напрямую зависит от температуры, в которой находится спай. Металлы подбираются таким образом, чтобы зависимость термоэдс от температуры нагрева была наиболее линейна. Это упрощает расчет температуры и сокращает погрешность измерений.

Так широко применяемые хромель-алюмелевые термопары имеют достаточно высокую линейность и стабильность показаний на всем диапазоне измеряемых температур. Ниже приведен график для хромель-алюмелевых термопар (тип К) показывающий, зависимость возникающей термоэдс от температуры спая (в конце статьи будет ссылка на график с большим разряшением):

Таким образом значение термоэдс достаточно умножить на нужный коэффициент и получить температуру, не заморачиваясь с табличными значениями и аппроксимацией — один коэффициент на весь диапазон измерений. Очень просто и понятно. Но встает вопрос о подключении термопары к микроконтроллеру. Понятно что если на выходе термопары напряжение, тогда задействуем АЦП, но разность потенциалов на выходе термопары слишком мала, чтобы уловить хоть что-то. Поэтому прежде его нужно увеличить, например, применив операционный усилитель.

Берём стандартную схему неинвертирующего включения операционного усилителя:

Отношение входного и выходного напряжений описывается простой формулой:

Vout/Vin = 1 + (R2/R1)

От значений резисторов обратной связи R1 и R2 зависит коэффициент усиления сигнала. Величину усиления сигнала нужно подбирать с учетом того, что будет использоваться в качестве опорного напряжения.

Допустим опорным будет напряжение питания микроконтроллера 5V. Теперь необходимо определится с диапазоном температур, которые собираемся измерять. Я взял пределом измерения 1000 °C. При этом значении температуры на выходе термопары будет потенциал примерно 41,3мВ. Это значение должно соответствовать напряжению в 5 вольт на входе АЦП. Поэтому операционник должен иметь коэффициент усиления не менее 120. В итоге родилась такая схема:

В загашнике у меня нашлась давно собранная плата с этим операционником, собирал как предусилитель для микрофона, ее я и применил:

Собрал на бредборде такую схему подключения двухстрочного дисплея к микроконтроллеру:

Термопара тоже валялась без дела долгое время — она шла в комплекте с моим мультиметром. Спай закрыт в металлическую гильзу.

Код Bascom-AVR для работы с термопарой:

= «m8def.dat»
$crystal
= 8000000
Dim
W
AsInteger
‘подключение двухстрочного дисплея
Config
Lcdpin=Pin,Rs=Portb.0,E=Portd.7,Db4=Portd.6,Db5=Portd.5,Db6=Portb.7,Db7=Portb.6
ConfigLcd
= 16 * 2
CursorOffCls
‘считывание значения с АЦП по прерыванию от таймера
ConfigTimer1
=
Timer
, Prescale = 64
OnTimer1
Acp ‘конфигурация АЦП
Config
Adc =
Single
, Prescaler = Auto , Reference =
Avcc EnableInterruptsEnableTimer1 DoCls
Rem Температура:
Lcd
«Teјѕepaїypa:»
LowerlineLcd
W
Waitms
200
Loop
‘работа с АЦП Acp:
Start
Adc ‘запуск АЦП W =
Getadc
(1) W = W / 1.28 ‘подгоняем замеры под действ. температуру
ReturnEnd
Число 1,28 в знаменателе получил опытным путем, подгоняя значение считанное с АЦП в известное значение температуры.

Коротко расскажу как это происходило у меня. В качестве эталона замера температуры выступил пар в кипящем чайнике. Для чистоты эксперимента сначала замерил температуру пара мультиметром, подсоединив к нему термопару. Удостоверившись в правильности показаний, замерил температуру уже новоиспеченным девайсом и подгоняя коэффициент деления, установил значение 100°C.

Читайте также:
Залипание электрода при сварке инвертором

После выставления первой контрольной точки, хорошо было бы повторить вышеописанное при другой известной температуре, но дальше экспериментировать не стал. В пламени зажигалки измерил

700 °C (что похоже на правду), а вот при комнатной температуре девайс выдавал под 50°C, наверно дело в мусоре младших разрядов АЦП. Но думаю собрать, например, терморегулятор для паяльника вполне сгодится.

Печатная плата с усилителем термопары

График зависимости термоэдс от температуры

Полезный документ с характеристиками термопар разных видов

13
forter
(24.12.2013 20:20) [Материал]

Я уже писал, что у ОУ имеется напряжение смещения. Так вот, есть еще и токи смещения, они незначительные, но при измерении таких малых напряжений, как у термопары, и они играют роль нескомпенсированных ошибок. В общем, чтобы их хоть как — то скомпенсировать входы ОУ нагружаются резистрами. В первом приближении можно считать, что токи смещения одинаковы для инвертирующего и неинвертирующего входов. Соответственно, резисторы по входам должны быть одинаковые. На инвертирующем входе, в нашем случае, параллельно подключен резистор 1 кОм и 5,1 + 120 кОм, таким образом, эквивалентное сопротивление на этом входе 1 кОм, поэтому, строго говоря, на неинвертирующем входе должен быть резистор R4 не 10 кОм, а 1 кОм. Ну, и, конечно, резистор играет некоторую защитную роль. Аналоговая техника, особенно измерение малых величин токов и напряжений, требует очень аккуратного и грамотного подхода.

12
romani
(23.12.2013 22:53) [Материал]

какую фнкцию выполняет резистор R4?

11
exersizze
(10.08.2013 23:54) [Материал]

, благодарю за разъяснения!

10
forter
(09.08.2013 15:50) [Материал]

Здравствуйте. коллеги! По поводу того, зачем нужен R2? Цепь R2C1 — просто низкочастотный фильтр. Как известно у ОУ имеются свои шумы, наконец, на его вход тоже может попасть наводка. Вот чтобы избавиться или, по крайней мере, ослабить эти эффекты и применяют такие цепи. Но, по — моему, правильнее было бы применить резистор с номиналом, допустим, в 100 КОм, а емкость конденсатора увеличить до 0,1 мкф. Правда, нельзя слишком сильно уменьшать сопротивление — может возникнуть самовозбуждение ОУ. Есть еще замечание — изменяя коэффициент усиления, мы просто изменяем результирующий наклон зависимости напряжения на выходе ОУ от температуры, не учитывая, что в ОУ есть еще одна очень неприятный эффект — смещение нуля. Это означает, что даже при отсутствии сигнала на выходе (можно считать, что на входе) всегда есть постоянное смещение. Если взять другой ОУ, имеющий выводы балансировки нуля (например, как отечественный 140УД6), от этого можно избавиться — между выводами балансировки подключается многооборотный резистор, а его движок подключается к питанию, но это только для двухполярного питания. Этим эффектом страдают все ОУ. Все бы ничего, но, будучи сбалансированным при одной температуре, ОУ разбалансируется, если его температура изменится — это, так называемый, температурный дрейф нуля. Если кто — то работал с электронно — лучевыми осциллографами, тот знает, что через несколько минут после его включения луч обязательно смещается вверх или вниз. Этот эффект и есть дрейфа нуля. По этой причине и применяют, особенно при измерении очень малых напряжений (как в случае с термопарой) прецизионные ОУ, у которых этот эффект намного меньше, но стоят они намного дороже обыкновенных ОУ

9
gadz
(08.08.2013 21:04) [Материал]

Почитайте дополнительно о компенсация холодного спая. Здесь показано для чего это https://www.compeljournal.ru/enews/2007/15/10

8
exersizze
(06.04.2012 23:45) [Материал]

Операционник все равно дает очень маленький выходной ток, на память десятки микроампер. А выход операционника отличается очень маленьким сопротивлением. И поэтому при уменьшении R2 разницы не будет, имхо. а вообще я этот резюк поставил в соответствии со схемой на радиокоте про цифровую паялку, там похожая схема усилителя и стоит именно 1МОм, решил идти по проверенной схеме )

7
Andrew
(06.04.2012 14:47) [Материал]

У МЕНЯ ВОПРОС, ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН РЕЗИСТОР R2 1Мом ? ЕСЛИ В ДАТАШИТАХ НА АВР УКАЗАНО ЧТО: The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10 kΩ or less. Я ТАК ПОНИМАЮ ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДОЛЖНО БЫТЬ МЕНШЕ 10КОМ, А У ВАС АЖ 1МОМ ?

6
exersizze
(28.03.2012 09:04) [Материал]

Вы правы поиск рулит) Доходчиво и просто расписано здесь

5
tenevikus
(27.03.2012 22:41) [Материал]

в поделках они нужны…. расскажите нам….

4
tenevikus
(27.03.2012 22:40) [Материал]

спасибо за статью огромное. но есть одна просьба…. раз все ходят к вам за информацией… то расскажите в следующем материале в вашей доходчивой форме про эти опер.усилители. понятно что книги и поиск рулят…. но мы же у вас столуемся и куча тонкостей нам лишняя…

3
exersizze
(26.03.2012 19:53) [Материал]

Спасибо за совет, интересная ссылка за спам не считается) На моей платке стоит подстроечник на 5 кОм, возможно им получится подрегулироват коэффициент усиления операционника, а вообще да, муторное это дело. Под каждую термопару нужно проводить индивидуальную калибровку. Еще при большой разнице горячего и холодного спаев (точки соединения металлов и свободные концы) может возникать погрешность в десятки градусов, поэтому для точного измерения высоких температур нужно городить схему компенсации холодного спая. И самое главное, что десятибитного АЦП микроконтроллера явно не достаточно для измерения диапазона температур выше 1000 град.

Читайте также:
Изделия из металла для сада и дачи

2
4ester
(26.03.2012 13:43) [Материал]

кстати забыл сказать что в схеме есть ошибка соединения в месте R6? r8. быть не должно.

1
4ester
(26.03.2012 13:42) [Материал]

при комнатной температуре девайс выдавал под 50°C Скорее всего у вас не правильно подобран коэффициент усиления операционника, я когда делал ИК паяльную станцию уйму времени убил на настройку усилителей термопар, суть заключалась в следующем, за основу была взята вот эта схема https://ur5kby.at.ua/publ….-1-0-67 (извините за ссылку заранее, не сочтите за спам,) в начале резистором по схеме R6 при погруженной темропаре в талую воду выставлялся 0°C, потом в схему последовательно с резистором R9 был введен еше один подстроечный резистор, а номинал R9 был уменьшен, а уже этим резистором, изменяя коэффициент усиления добивался показаний в 100°C в кипящей воде, только после всего этого усилитель начал линейно усиливать во всем диапазоне температур и не врать.

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]

Без специального режима

Существует ли возможность измерить температуру мультиметром, не имеющим для этого специального режима? Оказывается, это действительно можно сделать, но потребуется немного модернизировать прибор.

Нужно приобрести микросхему ЛМ-35, с ее помощью показатели температуры будут превращены в напряжение, и прибор сможет распознать данные, но укажет их в Вольтах. Например, 0,30 Вольт нужно будет понимать как 30 градусов Цельсия.


Использование микросхемы не требует сложного вмешательства в конструкцию прибора и позволяет использовать любой мультиметр для измерения температуры.

Для того чтобы микросхема работала, вам потребуется:

  • три провода, которые можно будет подключить к 10-омному выходу прибора;
  • отдельный источник питания не менее 4 Вольт, то есть 2 плоских батарейки.

Если надо измерить не только положительную, но и отрицательную температуру, потребуется также подключение источника опорного напряжения.

Сама микросхема подключается просто. Она имеет три разъема для проводов плюсового, минусового значения и выходной датчик. Такой подход позволит преобразовать любой мультиметр, сделав его более функциональным, при этом конструкция обойдется недорого.

Принцип работы

Для того, чтобы продемонстрировать, как работает быстродействующий компаратор с гистерезисом, нужно взять схему с двумя выходами.


Фото – схема работы компаратора

Схема включения, по которой можно понять принцип работы компаратора, показана выше. Используя аналоговый сигнал во + входе, именуемым «неинвертируемым», и выходе, который называется под названием «инвертируемый», устройство использует два аналогичных разнополярных сигнала. При этом если аналоговый вход больше, чем аналоговый выход, то выход будет «1», и это включит открытый коллектор транзистора Q8 на эквивалентной схеме LM339, которую нужно включить. Но, если вход находится на отрицательном уровне, то сигнал будет равняться «0», из-за чего, коллектор будет находиться в закрытом виде.

Читать также: Перфоратор в выходные дни закон

Практически всегда двухпороговый или фазовый компаратор (например, на транзисторах, без усилителя) воздействует на входы в логических цепях, соответственно, работает по уровню определенной сети питания. Это своеобразный элемент перехода между аналоговыми и цифровыми сигналами. Такой принцип действия позволяет не уточнять определенность или неопределенность выходов сигналов, т. к. компаратор всегда имеет некий захват петли гистерезиса (независимо от её уровня) или окончательный коэффициент усиления.

Проверка датчика температуры тестером

Вопрос, как проверить датчик температуры тестером, достаточно актуален для автомобилистов. Для того чтобы провести необходимые измерения, можно использовать любой мультиметр, кроме этого, потребуется снять сам датчик и приготовить чайник с водой.

Датчик нужно будет погрузить в кипящую воду (температура жидкости всегда составляет 100 °C). Провода, отходящие от датчика, удобнее всего закрепить крокодилами и подключить к измерительному прибору.

После этого мультиметр нужно установить в режим измерения сопротивление тока.

Если показания сопротивления датчика при воздействии на него температуры в 100° не превышают 210 Ом, то датчик можно смело менять, так как его показания некорректны. При таком сопротивлении датчика вы столкнетесь с тем, что ваше авто будет регулярно закипать.

Использовав мультиметр, вы избавитесь от необходимости разбирать головку цилиндра и проводить сложные ремонтные действия, быстро выявив причину неисправности в домашних условиях. Вы также сможете выбрать тот датчик, который будет корректно отображать данные.

Как и из чего сделать термопривод для теплиц

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.

Фото 1: Термопара для устройства газового контроля

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.

Фото 2: Конструкция и принцип действия термопары

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:

Читайте также:
Как загнуть лист металла в трубу

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.

Фото 3: Газовая горелка «Сахалин» для отопительных котлов и печей

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

Вернуться к оглавлению

Популярные схемы на lm358

Существуют различные устройства, собранные на LM358 N , выполняющие определенные функции. При этом это могут быть всевозможные усилители как УМЗЧ, так и в промежуточных цепях измерений различных сигналов, усилитель термопары LM358, сравнивающие схемы, аналого-цифровые преобразователи и прочее.

Неинвертирующий усилитель и источник опорного напряжения

Это самые популярные типы схем подключения, применяемые во многих устройствах для выполнения различных функций. В схеме неинвертирующего усилителя

выходное напряжения будет равно произведению входного на пропорциональный коэффициент усиления, сформированный отношением двух сопротивлений, включенных в инвертирующую цепь.

Схема источника опорного напряжения пользуется высокой популярностью благодаря своим высоким практическим характеристикам и стабильности работы в различных режимах. Схема отлично удерживает необходимый уровень выходного напряжения. Она получила применение для построения надежных и высококачественных источников питания, аналоговых преобразователей сигналов, в устройствах измерения различных физических величин.

Одной из самых качественных схем синусоидальных генераторов является устройство на мосте Вина

. При корректном подборе компонентов генератор вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот с высокой стабильностью. Также микросхема LM 358 часто используется для реализации генератора прямоугольных импульсов различной скважности и длительности. При этом сигнал является стабильным и высококачественным.

Усилитель

Основным применением микросхемы LM358 являются усилители и различная усилительная аппаратура. Что обеспечивается за счет особенностей включения, выбора прочих компонентов. Такая схема применяется, например, для реализации усилителя термопары.

Усилитель термопары на LM358

Очень часто в жизни радиолюбителя требуется осуществлять контроль температуры каких-либо устройств. Например, на жале паяльника

. Обычным градусником это не сделаешь, тем более, когда необходимо изготовить автоматическую схему регулирования. Для этого можно использоваться ОУ LM 358. Эта микросхема имеется малый тепловой дрейф нуля, поэтому относится к высокоточным. Поэтому она активно используется многими разработчиками для изготовления паяльных станций, прочих в устройствах.

Схема позволяет измерять температуру в широком диапазоне от 0 до 1000 о С с достаточно высокой точностью до 0,02 о С. Термопара изготовлена из сплава на основе никеля: хромаля, алюмеля. Второй тип металла имеет более светлый цвет и меньше подвержен к намагничиванию, хромаль темнее, магнитится лучше. К особенностям схемы стоит отнести наличие кремниевого диода, который должен быть размещен как можно ближе к термопаре. Термоэлектрическая пара хромаль-алюмель при нагреве становится дополнительным источником ЭДС, что может внести существенные коррективы на основные измерения.

Простая схема регулятора тока

Схема включает кремниевый диод

. Напряжения перехода с него используется как источник опорного сигнала, поступающий через ограничивающий резистор на неинвертирующий вход микросхемы. Для регулировки тока стабилизации схемы использован дополнительный резистор, подключенный к отрицательному выводу источника питания, к неивертирующему входу МС.

Схема состоит из нескольких компонентов:

  • Резистора, подпирающего ОУ минусовым выводом и сопротивлением 0,8 Ом.
  • Резистивного делителя напряжения, состоящего из 3 сопротивлений с диодом, выступающего источником опорного напряжения.

Резистор номиналом 82 кОм подключен к минусу источника и положительному входу МС. Опорное напряжение формируется делителем, состоящим из резистора 2,4 кОм и диода в прямом включении. После чего ток ограничивается резистором 380 кОм. ОУ управляет биполярным транзистором , эмиттер которого подключен непосредственно к инвертирующему входу МС, образовав отрицательную глубокую связь. Резистор R 1 выступает измерительным шунтом. Опорное напряжение формируется при помощи делителя, состоящего из диода VD 1 и резистора R 4.

В представленной схеме при условии использования резистора R 2 сопротивлением 82 кОм ток стабилизации в нагрузке составляет 74мА при входном напряжении 5В. А при увеличении входного напряжения до 15В ток увеличивается до 81мА. Таким образом, при изменении напряжения в 3 раза ток изменился не более, чем на 10%.

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.

Тип термопары K J N R S B T E
Материал положительного электрода Cr-Ni Fe Ni-Cr-Si Pt-Rh (13 % Rh) Pt-Rh (10 % Rh) Pt-Rh (30 % Rh) Cu Cr-Ni
Материал отрицательного электрода Ni-Al Cu-Ni Ni-Si-Mg Pt Pt Pt-Rh (6 % Rh Cu-Ni Cu-Ni
Температурный коэффициент 40…41 55.2 68
Рабочий температурный диапазон, ºC 0 до +1100 0 до +700 0 до +1100 0 до +1600 0 до 1600 +200 до +1700 −185 до +300 0 до +800
Значения предельных температур, ºС −180; +1300 −180; +800 −270; +1300 – 50; +1600 −50; +1750 0; +1820 −250; +400 −40; +900
Класс точности 1, в соответствующем диапазоне температур, (°C) ±1,5 от −40 °C до 375 °C ±1,5 от −40 °C до 375 °C ±1,5 от −40 °C до 375 °C ±1,0 от 0 °C до 1100 °C ±1,0 от 0 °C до 1100 °C ±0,5 от −40 °C до 125 °C ±1,5 от −40 °C до 375 °C
±0,004×T от 375 °C до 750 °C ±0,004×T от 375 °C до 1000 °C ± от 1100 °C до 1600 °C ± от 1100 °C до 1600 ° ±0,004×T от 125 °C до 350 °C ±0,004×T от 375 °C до 800 °C
Класс точности 2 в соответствующем диапазоне температур, (°C) ±2,5 от −40 °C до 333 °C ±2,5 от −40 °C до 333 °C ±2,5 от −40 °C до 333 °C ±1,5 от 0 °C до 600 °C ±1,5 от 0 °C до 600 °C ±0,0025×T от 600 °C до 1700 °C ±1,0 от −40 °C до 133 °C ±2,5 от −40 °C до 333 °C
±0, T от 333 °C до 750 °C ±0,0075×T от 333 °C до 1200 °C ±0,0025×T от 600 °C до 1600 °C ±0,0075×T от 133 °C до 350 °C ±0,0075×T от 333 °C до 900 °C
Цветовая маркировка выводов по МЭК Зелёный – белый Чёрный – белый Сиреневый – белый Оранжевый – белый Оранжевый – белый Отсутствует Коричневый – белый Фиолетовый – белый
Читайте также:
Десульфатирующая присадка к электролиту своими руками

Как сделать элемент Пельтье своими руками

Обычный элемент Пельтье – это пластина, собранная из деталей различного металла, с разъемами для подключения в сеть. Такая пластинка пропускает через себя ток, нагреваясь с одной стороны (например, до 380 градусов) и работая от холода с другой.

Такой термогенератор имеет обратный принцип:

  • Одна сторона может греться от горящего топлива (например, огня на дровах или какого-либо другого сырья);
  • Другая сторона, наоборот, охлаждается жидким или воздушным теплообменником;
  • Таким образом, на проводах происходит выработка тока, который можно использовать по своим нуждам.

Правда, работоспособность у прибора не сильно большая, да и эффект не впечатляющий, но, тем не менее, такой простой самодельный модуль вполне может зарядить телефон или подключить светодиодный фонарик.

Этот генераторный элемент имеет свои плюсы:

  • Бесшумную работу;
  • Возможность использовать то, что есть под рукой;
  • Легкий вес и мобильность.

Такие печки-самоделки стали набирать популярность среди любителей заночевать в лесу у костра, пользуясь дарами земли и которые не прочь получить электричество на халяву.

Модуль Пельтье также используется для охлаждения плат компьютеров: элемент подключается к плате и как только температура становится выше допустимой, начинает охлаждать схемы. С одной стороны в прибор входит холодное воздушное пространство, с другой – горячее. Популярностью пользуется модель 50X50X4mm (270w). Такое устройство можно купить в магазине или сделать самому.

Кстати, подключение к такому элементу стабилизатора, позволит получить на выходе отличное зарядное устройство для бытовой техники, а не просто термомодуль.

Чтобы изготовить элемент Пельтье в домашних условиях, нужно взять:

  • Проводники из биметалла (примерно 12 штук или больше);
  • Две пластины из керамики;
  • Кабели;
  • Паяльник.

Схема изготовления такова: проводники припаиваются и размещаются между пластинами, после чего плотно фиксируются. При этом нужно помнить о проводах, которые потом будут крепиться к преобразователю тока.

Сфера использования такого элемента очень разнообразна. Так как одна из его сторон имеет свойство охлаждаться, с помощью этого приспособления можно сделать походный небольшой холодильник, или например, автокондиционер.

Но, как и любой прибор, этот термоэлемент имеет свои плюсы и минусы. К плюсам можно отнести:

  • Компактный размер;
  • Возможность работы охлаждающими или нагревающими элементами вместе или каждым в отдельности;
  • Тихая, практически бесшумная работа.

Минусы:

  • Необходимость осуществлять контроль разницы температур;
  • Большое потребление энергии;
  • Невысокий уровень КПД при высокой себестоимости.

Добавляем внешний дисплей

Очень часто возникает необходимость выводить данные температуры с термопары на внешний дисплей. Для этого можно подключить к Arduino вот такой LCD экран.

В нашем случае SCL подключается к цифровому контакту digital 3, CS к цифровому пину digital 4, а DO — к цифровому пину digital 5. После того, как вы простестируете работоспособность, можете смело заменить пины (только не забудьте изменить соответствующие значения в скетче!).

Для подобной схемы в библиотеке предусмотрен пример. Его можно загрузить на Arduino из меню File->Examples->MAX31855>lcdthermocouple. Термопара с дополнительной интерфейсной платой подключается так же как это было описано выше. В результате вы получите значения температуры в градусах по Цельсию и в градусах по Фаренгейту на экране как это показано выше.

Аксессуары к измерителям температуры

Хочу сделать паяльную станцию и для калибровки мне нужна измерять температру в двух точках. Пределы измерения около — град цельсия, точность хотя бы 5 град. Целесообразно ли для этих целей использовать термопару дешевого китайскго мультиметра? Да ну тут получается что вопрос не о надежности термопары а в том, на сколько правильно преобразует мильтиметр сопротивление термопары в температуру. Есть еще такой вариант: купить более надежную термопару и подключить к омметру, ну а там по формуле с дш превращать калькулятором сопротивление в температуру. До градусов напряжение на K и T-термопарах других не имею не превышает 3 мВ. В районе 24 градусов — около 0 мВ.

Читайте также:
Деревообрабатывающие станки для домашней мастерской своими руками

Термопара в этом плане проще, да и если ее механически не нагружать, тут мне немного повезло — термопара паяльника (который нужно подключить) и на выход термопары, а второй мультиметр прицепил на выход схемы.

Методы измерения температуры термопар Часть2

Термопара или термоэлемент англ. Конструктивно термопара состоит из двух проводников, изготовленных из разнородных материалов, концы которых соединяются сваркой. На выводах термопары развивается термо- ЭДС, линейно изменяющаяся в широком интервале температур. Термопары выполняют на основе таких материалов, как: железо-платина, медь-никель, константан-железо, хромель-алюмель, хромель-никель и тд. Несмотря на высокую разрешающую способность и точность измерений, стоимость термопар относительно невелика. Погрешность измерения не более 1. В рубрике Автоматика , Микроконтроллеры. Вы можете подписаться на новые комментарии к этой записи по RSS 2. Вы можете оставить комментарий или trackback со своего сайта. Отличная статья!

Термоэлектрический генератор своими руками: схемы, проекты, принцип работы и сборка самодельного устройства (155 фото и видео)

Большинство начинающих электриков интересуется о возможности создания не затратного и автономного источника электроэнергии. Зачастую, например, выехав на пикник, рыбалку либо просто отдохнуть на свежем воздухе, критически не хватает электричества для зарядки какого-либо прибора или освещения в темное время суток.

В таких случаях может помочь самостоятельно сделанный термоэлектрический генератор, для дома такой прибор не подойдет, если только в крайних случаях.

При помощи его можно вырабатывать электрического напряжение до пяти вольт, этого будет достаточно для зарядки гаджетов и подключения лампочки.

Для визуального ознакомления с ТЭГ нужно лишь посмотреть в любых источниках фото термоэлектрического генератора.

Краткое содержимое статьи:

Что такое ТЭГ

Данное устройство, дает возможность выработать электроэнергию из энергии тепла.

Нужно пояснить, что выражение «Тепловая энергия» не совсем правильное, так как тепло, это метод отдачи, не являющийся отдельным типом энергии. Этим определением обозначают общую кинетику структурных элементов:

  • молекул;
  • атомов;
  • иных частиц, которые входят в состав вещества.

Отличие ТЭГ от ТЭС

На ТЭС применяют топливо для выделения из жидкости пара, вращающий турбину электрогенератора.

С помощью теплоэлектрического генератора электроэнергия генерируется без посреднических преобразований.

Принцип работы

В девятнадцатом веке одним ученым обнаружилось возникновение электродвижущей силы в замкнутой цепи, при изменениях температуры в среде контактировании сурьмы с проводником.

Нагревая один из контактов, возникает магнитное поле, что вызывает ЭДС. При нагревании второго контакта, поток ЭДС противоположно изменяется.

Разорвав цепь, фиксируется противоположность потенциалов на ее краях. Это и является основным принципом работы термоэлектрических генераторов.

Спустя двенадцать 12 лет другой физик выявил противоположный эффект. Пропустив ток по цепи термопары, в контактах создается перепады температур.

В принципе эти оба эффекта разные стороны одного и того же явления, дающего возможность непосредственно получить электричество из тепла.

Перспективы

В данное время продолжают ставить опыты, подбирая оптимальные термопары, позволяющие повысить коэффициент полезного действия.

Большая вероятность того, что скоро разработки усовершенствования доброкачественности термических элементов, обретут высший статус производства материала для повышения взаимодействия термопар, с применением высоких технологий:

  • нанотехнологий;
  • ям квантования и т.п.

Вполне возможен вариант изобретения совсем другого принципа, с применением нестандартных материалов.

Были попытки соединения микроскопических проводников из золота искусственно синтезированной молекулой. Этот опыт в дальнейшем вполне может добиться успеха.

Сфера применения и виды

Учитывая низкий коэффициент полезного действия для теплоэлектрического генератора существуют два обстоятельства его использования:

  • там, где отсутствуют иные источники электрической энергии;
  • в местах, обладающими избытком тепла.

Как сделать собственноручно

Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.

Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.

Потребуется элемент термоэлектричества. Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.

Однако есть большая проблема, необходимо подбирать элементы с похожими параметрами, что достаточно затруднительно либо дорого обходится, легче приобрести готовый прибор.

Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.

Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.

Главные нюансы сборки

Изначально нужно нанести на основание термопасту там, где предназначена фиксация основного элемента, прислонить его и прижать охлаждающей деталью. В итоге получается конструктивное изделие.

Сухой спирт, пожалуй, станет лучшим топливом для этого приспособления. Далее нужно подсоединить к сделанному прибору устройство стабилизирующие напряжение.

Схему возможно посмотреть на сайтах в интернете либо в иных источниках предлагающих эту тему.

Изделие готово, теперь осталось только произвести испытание.

Заключение

В заключении можно сказать, что изготовление данного устройства лучше доверить специалистам либо приобрести его. Попытка создать его самостоятельно может привести к неудаче.

Фото термоэлектрического генератора своими руками

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: