1.2. Изготовление термопары

Для изготовления термопары необходимо иметь соответствующие термоэлектродные материалы, аппарат для сварки термопар, набор гибких полимерных электроизоляционных трубок (их часто называют кембриками), ножницы, лезвие. Для последующего контроля качества сварки в лаборатории имеется измеритель сопротивления (его обычно называют тестером или мультивольтметром).

Перед началом работы каждый студент получает у лаборанта или преподавателя весь необходимый расходный материал (рис. 1.3):

1 2 3 4

Рис. 1.3. Расходный материал для изготовления ТП.

1) кусок эмалированной медной или манганиновой проволоки диаметром 0,20 мм и длиной 40 см; 2) кусок эмалированной константановой проволоки диаметром 0,20 мм и длиной 40 см; 3) фторопластовую трубочку диаметром 1,0 мм и длиной 5 см; 4) полиэтиленовую трубочку диаметром 2,0 мм и длиной 35 см.

После изготовления термопара должна выглядеть так, как показано на рис. 1.4, где 1, 2 – термоэлектроды; 3 – спай термопары, 4 – трубочка из фторопласта (белая), 5 – полиэтиленовая трубочка.

Рис. 1.4. Общий вид термопарного датчика.

1.2.1. Основные этапы изготовления термопары

1. Аккуратно освободить от эмали (зачистить) все концы термоэлектродных проводов (эмаль снимается с концов на участке ~10 мм лезвием безопасной бритвы или ножичком, а затем при необходимости кусочком наждачной бумаги).

2. Сложить оба термоэлектрода в шнур и на одном из концов шнура соединить между собой зачищенные концы плотной ручной скруткой.

3. При необходимости отрезать ножницами лишнюю часть скрутки, так как важно, чтобы скрутка имела на конце плотную навивку, но сохраняла общую длину не менее 5 мм.

4.  Оплавить (сварить) скрученный конец с помощью специального сварочного устройства, в результате чего в зоне сварки должен образоваться аккуратный спай в виде шарика диаметром около 0,5 мм.

Технология сварки спая термопары сводится к выполнению нескольких операций, которые должны производиться студентом самостоятельно (под присмотром преподавателя) на одном из имеющихся в лаборатории сварочных аппаратов.

Схема сварочного аппарата показана на рис. 1.5. Он состоит из понижающего трансформатора 1, который питается от сети стандартным напряжением 220 В, а на выходе создает напряжение приблизительно 40 В. С помощью потенциометра можно регулировать напряжение на конденсаторе в пределах 0…40 В, тем самым конденсатор накапливает определённую порцию электрической энергии. К одной из выходных клемм сварочного аппарата подключается угольный стержень 2 диаметром около 6 мм. Ко второй выходной клемме подключен пинцет 3. Возможен вариант сварочного аппарата, когда вместо угольного стержня используется ванночка с соленой водой.

Рис. 1.5. Схема сварочного аппарата с угольным электродом.

Внешний вид сварочного аппарата представлен на рис. 1.6. Для сварки термопары необходимо выполнить следующие операции:

Рис. 1.6. Внешний вид сварочного аппарата.

а) с помощью сетевого шнура 1 (рис. 1.6) подсоединить сварочный аппарат к электросети;

б) включить тумблер, который расположен на задней панели. Через некоторое время (2…5 с) замигает светодиод 4, что свидетельствует о готовности прибора к сварке термопары;

в) захватить пинцетом 3 скрученный конец термоэлетродов в зоне скрученного участка, причем так, чтобы за пределы пинцета выступал участок скрутки длиной около 2 мм, как это показано на рис. 1.7 а.

а) б)

Рис. 1.7.

г) не разжимая пинцета, коснуться открытым концом скрутки (но не пинцетом!) торца угольного электрода 2, рис. 1.7 б. В момент контакта скрутки с электродом на скрутке возникает короткое замыкание и происходит разряд конденсатора , в результате чего через зону сварки проскакивает однократная электрическая искра, при этом гаснет светодиод 4. После возникновения искры следует, не разжимая пинцета, отдернуть его от электрода. Образовавшийся при этом сварной спай должен иметь форму шарика. В случае неудачи всю процедуру изготовления термопары (п.п. 1…4) придется повторять, пока не будет получен аккуратный спай.

5. Надеть фторопластовую трубочку на сваренную термопару со стороны двух зачищенных концов так, чтобы спай оказался внутри трубочки.

6. Продеть термоэлектродный шнур через полиэтиленовую трубочку так, чтобы фторопластовая трубочка заходила в полиэтиленовую трубочку на 5 мм, причем два зачищенных конца шнура должны остаться свободными и выступать из полиэтиленовой трубочки, рис. 1.4.

7. Для окончательной проверки качества сварки следует воспользоваться имеющимся у преподавателя тестером и измерить электрическое сопротивление изготовленной термопары. Если спай термопары сварен хорошо, сопротивление термопары не будет превышать 30 Ом.