Как проверить термопару при помощи мультиметра

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.

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.

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.

Щупы для SMD-монтажа и зажимы-крокодильчики

При производстве SMD-монтажа приходится периодически производить замеры. Для удобства данного процесса мультиметр должен иметь более тонкие щупы. Эти устройства имеют наконечники в форме иглы, сделанные из нержавеющей стали или латуни. Эти наконечники очень острые, поэтому должны всегда быть снабжены колпачками для защиты человека от ранений и предотвращении поломки электрода.

Зажимы крокодильчики

Такими щупами очень удобно прокалывать изоляционный слой провода, а также счищать паяльную маску с поверхности платы для дальнейшего проведения замеров. Преимуществом таких щупов является возможность измерений в электрической сети с напряжением в 600 вольт.

Также для данных видов работ существуют щупы-щипцы для тестера. Они обладают способностью измерять необходимые показатели, как на рабочем столе, так и на плате. При этом SMD-компоненты зажимаются щипцами, которые обеспечивают эффективность контакта.

У таких щупов очень короткий провод, но для данных видов работ длинный кабель не очень-то и удобен. Чтобы исключить при замерах касание других деталей, необходимо использовать щупы с отверстиями на концах. Эти отверстия помогают проводить замеры на печатных платах, а также при производстве электромонтажных работ устраняют возникновение короткого замыкания.

Зажимы-крокодильчики тоже имеют очень высокий спрос у мастеров. В некоторых случаях они оказываются даже эффективнее, чем острые электроды. Их размеры могут варьироваться, при этом они должны всегда находиться в диэлектрической оболочке.

Устройство термопары

Принцип работы термопары. Эффект Зеебека

Работа термопары обусловлена возникновением термоэлектрического эффекта, открытым немецким физиком Томасом Зеебеком (Tomas Seebeck) в 1821 г.

Явление основано на возникновении электричества в замкнутом электрическом контуре при воздействии определенной температуры окружающей среды. Электрический ток возникает при наличии разницы температур между двумя проводниками (термоэлектродами) различного состава (разнородных металлов или сплавов) и поддерживается сохранением места их контактов (спаев). Устройство выводит на экран подсоединенного вторичного прибора значение измеряемой температуры.

Выдаваемое напряжение и температура находятся в линейной зависимости. Это означает, что увеличение измеряемой температуры приводит к большему значению милливольт на свободных концах термопары.

Находящийся в точке измерения температуры спай называется «горячим», а место подключения проводов к преобразователю — «холодным».

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).

Конструкция термопары

При конструировании термопары учитывают влияние таких факторов, как «агрессивность» внешний среды, агрегатное состояние вещества, диапазон измеряемых температур и другие.

Особенности конструкции термопар:

1) Спаи проводников соединяются между собой скруткой или скруткой с дальнейшей электродуговой сваркой (редко пайкой).

2) Термоэлектроды должны быть электрически изолированы по всей длине, кроме точки соприкосновения.

3) Способ изоляции подбирается с учетом верхнего температурного предела.

• До 100-120°С – любая изоляция;
• До 1300°С – фарфоровые трубки или бусы;
• До 1950°С – трубки из Al₂O₃;
• Свыше 2000°С – трубки из MgO, BeO, ThO₂, ZrO₂.

4) Защитный чехол.

Материал должен быть термически и химически стойким, с хорошей теплопроводностью (металл, керамика). Использование чехла предотвращает коррозию в определенных средах.

Удлиняющие (компенсационные) провода

Данный вид проводов необходим для удлинения концов термопары до вторичного прибора или барьера. Провода не используются в случае наличия у термопары встроенного преобразователя с унифицированным выходным сигналом. Наиболее широкое применение получил нормирующий преобразователь, размещенный в стандартной клеммной головке датчика с унифицированным сигналом 4-20мА, так называемая «таблетка».

Материал проводов может совпадать с материалом термоэлектродов, но чаще всего заменяется на более дешевый с учетом условий, предотвращающих образования паразитных (наведенных) термо-ЭДС. Применение удлиняющих проводов также позволяет оптимизировать производство.

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.

Использование микроконтроллера

Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.

В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.

Температура устройством может изменяться в интервале от -55 ° до 125º С с шагом в 0,1º С. Погрешность измерения не превышает 0,5º С. Обмен данными между датчиком и микроконтроллером происходит по шине 1-Wire. При большом расстоянии выноса измерительной микросхемы DS18B20 от ATmega8 необходимо подобрать подтягивающее сопротивление. Распаять его лучше непосредственно на вывод датчика.

При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.

Чистка термопаты газовой плиты

Если датчик перестал подавать сигнал на клапан-отсекатель, не стоит сразу его менять, нужно проверить термопару и возможно придется выполнить ее чистку.

Специфический признак такого сбоя можно определить следующими действиями:

• нажимают кнопку запальника;
• горелка зажигается;
• факел горит, до тех пор палец покоится на кнопочке;
• как только рука снимается с кнопки — пламя пропадает.

Это признак грязной термопары. Конец термодатчика размещается прямо около горелки и пламени. В духовке он также находится близко с рассекателем пламени вверху камеры. Эта часть термопары не должна иметь нагар, отложения и любых дефектов.

Когда рабочий участок термодатчика покрыт нагаром, то его очищают наждачной бумагой. Чем значительнее слой нагара, тем меньше тепловой энергии поступает к датчику и меньше создается ЭДС.

Выработанных милливольт вероятно не достаточно для запуска клапана-отсекателя. Если это действие не поможет нужно проверить работоспособность термопары.

Какой прибор выбрать

В принципе, возможно измерение температуры любым мультиметром, однако есть несколько важных нюансов

Перед покупкой нужно обратить внимание не только на цену, но и на качество

Будет гораздо удобнее, если мультиметр изначально рассчитан на измерение разных диапазонов температуры и имеет специальный режим для этого. Тогда не придется дорабатывать его, используя дополнительные устройства.

Чем выше функциональность устройства, тем оно удобнее и полезнее в применении. Приобретать прибор лучше в проверенном магазине, так как достаточно много продукции даже известных фирм подделывается, не говоря уже о недобросовестных производителях, предлагающих товар низкого качества.

Лучше немного переплатить, однако иметь гарантию надежности купленного тестера.

Большинство моделей позволит прозвонить цепь. От того, какой у тестера дисплей, часто зависит цена. Если это обычный экран с цифрами, прибор обойдется дешевле, чем аналог с полноценным цветным дисплеем и возможностью управления через него.

Выбор мультиметров довольно широк. Всегда можно подобрать подходящий аппарат, исходя из функциональности, цены и качества. Прибор станет незаменимым во многих ситуациях, поможет проверить не только состояние проводки, но и многих деталей различных электроприборов.

Как проверить и заменить термопару

Главный признак неисправности датчика пламени — фитиль тухнет одновременно с отпусканием кнопки. Иногда неполадка проявляется иначе – огонек на запальнике остается, но после розжига основной горелки подача горючего снова перекрывается и котел гаснет полностью. Причины таких проблем:

• термический электрод покрылся сажей и плохо прогревается, отчего напряжение в цепи падает ниже минимума;
• прогар корпуса измерителя;
• нарушение контакта в точке «горячего» спая;
• открутилась гайка крепления, рабочий стержень перекосился и плохо прогревается запальником;
• пришел в негодность датчик тяги либо случился обрыв его электрической цепи.

Нагреваемый запальником электрод нужно периодически чистить от нагара. Проблема в том, что загрязнение детали плохо видно снаружи, приходится снимать планку либо всю панель с горелкой

Для диагностики понадобится мультиметр либо другой прибор, способный измерять низкое напряжение (до 100 мВ). Как выполняется проверка:

1. Закройте подачу газа к теплогенератору либо проточному водонагревателю краном, расположенным на подводящей трубе. Снимите кожух или переднюю панель агрегата.
2. Пользуясь рожковыми ключами, открутите гайки крепления термоэлектрода и соединительной трубки. Снимите датчик пламени.
3. Внимательно осмотрите рабочий электрод, очистите его от сажи кистью и ветошью. Если при визуальной проверке обнаружены прогары, термопара безоговорочно подлежит замене.
4. Переместившись на кухню, зажгите горелку газовой плиты. Подсоедините зажимы мультиметра к центральному контакту и медной трубке. Выставьте низший предел измерения – 0.1 либо 1 В.
5. Нагревайте термоэлемент конфоркой газовой плиты, наблюдая за показаниями вольтметра.

Главное условие: исправная термопара для котла должна выдавать напряжение не менее 0.02 вольта. Если прибор показывает нули, напряжение скачет или не превышает 20 мВ, элемент нужно поменять. Современные датчики не подлежат ремонту путем перепайки.

Если вам не хочется раньше времени снимать элемент, диагностику можно произвести прямо на котле. Открутив гайку, отсоедините трубку термопары от автоматики и подключите мультиметр, как описывалось выше. Удерживая клавишу, разожгите запальник и снимайте показания прибора. Недостаток метода: невозможность визуального осмотра и чистки электрода от сажи.

Устанавливая новую термопару в газовый котел, настройте положение нагреваемого стержня. В идеале электрод стоит горизонтально, не отклоняется вверх или вниз и хорошо омывается пламенем фитиля.

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:

K	хромель-алюмель	ТХА	-200 — 1300
J	железо-константан	ТЖК	-100 — 1200
N	нихросил-нисил	ТНН	-200 — 1300
R	платинородий-платина	ТПП13	0 — 1700
S	платинородий-платина	ТПП10	0 — 1700
B	платинородий-платинородий	ТПР	100 — 1800
T	медь-константан	ТМКн	-200 — 400
E	хромель-константан	ТХКн	0 — 600
U	медь-медьникель		-200 — 500
L	хромель-копель	ТХК	-200 — 850

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 твердотопливный котел отопления «Lemax» Forward могут комплектоваться газовыми горелками, в которых для защиты от утечек газа применяются термопары.

Устройство термоэлектрического датчика пламени

Термопара – это элемент безопасности газового котла, вырабатывающий напряжение при нагреве и поддерживающий клапан подачи топлива в открытом состоянии, пока горит запальник. Изображенный на фото датчик действует автономно, без подключения внешнего источника электропитания. Сфера применения термопар – газоиспользующие энергонезависимые установки: печи, кухонные домашние плиты и водонагреватели.

Поясним принцип работы термопары для котла, основанный на эффекте Зеебека. Если спаять или сварить концы 2 проводников из разных металлов, то при нагреве этой точки в цепи вырабатывается электродвижущая сила (ЭДС). Разница потенциалов зависит от температуры спая и материала проводников, обычно лежит в пределах 20…50 милливольт (на бытовой технике).

Датчик состоит из следующих деталей (устройство показано ниже на схеме):

• термоэлектрод с «горячим» спаем из двух разнородных сплавов, прикрученный гайкой к монтажной пластине рядом с пилотной горелкой котла;
• удлинитель – проводник, заключенный внутрь медной трубки, одновременно играющей роль минусового контакта;
• плюсовая клемма с диэлектрической шайбой, вставляемая в гнездо автоматического газового клапана и фиксируемая гайкой;
• существуют разновидности термопар, подсоединяемые к автоматике с помощью обычных винтовых клемм.

В данной модели нагреваемый электрод крепится к пластине котла без гайки — вставляется в специальный паз

Для изготовления электродов, вырабатывающих ЭДС, используются специальные металлические сплавы. Самые распространенные термические пары:

• хромель – алюмель (тип K по европейской классификации, обозначение – ТХА);
• хромель – копель (тип L, аббревиатура – ТХК);
• хромель – константан (тип E, обозначается ТХКн).

Принцип действия термической пары из двух различных сплавов

Применение сплавов в конструкции термопар обусловлено лучшей генерацией тока. Если сделать термическую пару из чистых металлов, напряжение на выходе будет слишком малым. В большинстве теплогенераторов, эксплуатируемых в частных домах, установлены датчики ТХА (хромель – алюмель). Больше об устройстве термопар смотрите на видео:

Точный термометр

Применение в качестве датчиков полупроводниковых диодов и транзисторов характеризуется сложностью калибровки показаний, что в итоге приводит к погрешности результата измерений. Поэтому для получения точного результата в качестве измерителя применяется бифилярно намотанная катушка из тонкого проводника, размещённая в цилиндре, имеющем размеры порядка 4×20 мм.

Основой конструкции является микросхема ICL707 и светящийся индикатор. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.

Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. После чего устройство готово к измерениям.

Принцип действия в составе котла

Схема подключения термоэлектрического датчика в различных газоиспользующих приборах примерно одинакова. Измерительный электрод находится в зоне действия фитиля либо основной горелки, проводник присоединен к электромагниту, открывающему подачу газа.

Как работает термопара на напольных котлах типа АОГВ и аналогичных аппаратах:

1. Пользователь одной рукой нажимает кнопку и принудительно открывает электромагнитный клапан подачи газа.
2. Второй рукой домовладелец включает пьезорозжиг, удерживая первую клавишу. Вспыхивает запальник.
3. Согласно инструкции по эксплуатации, кнопку необходимо держать 5—30 секунд (зависит от модели агрегата), в течение которых фитиль прогревает измерительный электрод.
4. В цепи электромагнита возникает постоянный ток, идущий от термоэлектродов. Пользователь отпускает клавишу, но подача топлива не прекращается – теперь клапан удерживает напряжение термопары.

Если в силу разных причин огонь потухнет, нагрев термоэлемента закончится, ЭДС исчезнет. Электромагнит отключится, пружина захлопнет клапан и перекроет путь топливу.

Электрод термопары располагается рядом с запальником на всех водогрейных аппаратах

Понятие о температурных регуляторах

Изделия этой категории применяют для решения разных задач. По соответствующей настройке температурного порога подают питание (отключают):

• отопление в погребе;
• нагрев паяльной станции;
• циркуляционный насос котла.

Из приведенных примеров понятны базовые требования к точности, которую должна обеспечить подходящая схема терморегулятора. В некоторых ситуациях необходимо поддержание заданного уровня не ниже, чем ±1C°. Для контроля рабочих параметров нужна оперативная индикация. Существенное значение имеют нагрузочные способности.

Перечисленные особенности поясняют назначение типовых функциональных узлов:

• значение температуры фиксируют специализированным датчиком (резистором, термопарой);
• показания анализирует микроконтроллер или другое устройство;
• исполнительный сигнал поступает на электронный (механический) переключатель.

К сведению. Кроме рассмотренных частей, схема термореле может содержать дополнительные компоненты для подачи питания на электронагреватель, другую мощную нагрузку.

Разновидности термостатов

Программируемый термостат W1209

В зависимости от конструкции и принципа действия данные устройства бывают трех разновидностей: электронные, электромеханические и механические.

Электронные

Самый простой электронный терморегулятор – это устройство, состоящее из следующих частей:

• Контроллер – печатная плата с микросхемой. Это ключевая часть термостата, принимающая информацию от выносного термодатчика, обрабатывающая ее и отправляющая соответствующий сигнал на включение или отключение отопительного прибора, кондиционера;
• Монохромный жидкокристаллический дисплей и кнопки управления – используются для настройки и программирования термостата на поддержание в помещении необходимого температурного фона;
• Выносной термодатчик, соединенный с контроллером при помощи гибкого тонкого кабеля;
• Контактная группа – зажимы, в которых фиксируются жилы кабеля, соединяющего термостат с отопительным прибором или кондиционером.

Работает такое устройство достаточно просто: от датчика по кабелю в контроллер поступает аналоговый сигнал, который расшифровывается его микросхемой, соотносится с заданным настройками значением температуры, после чего контроллер принимает решение о включении или отключении отопительного оборудования.

Электромеханические

Занимающие промежуточное положение между электронными и механическими такие термостаты бывают двух типов:

• С биметаллической пластиной и контактной группой – внутри таких регуляторов расположена пластина, которая при нагреве до определённого уровня изгибается, размыкая контакты цепи, питающие отопительное оборудование. При остывании происходит обратный процесс: пластина выпрямляется, замыкает контакты, и отопитель включается. Регулировка включения данного устройства производится при помощи вращающегося лимба с толкателем, изменяющим расстояние между пластиной и неподвижными замыкаемыми ею контактами.
• С капиллярной трубкой – конструкция такого устройства такая же, как и аналогов, применяемых в водонагревателях и бойлерах.

Электромеханический регулятор температурного фона в помещении

Механические

Основными элементами данного устройства являются газонаполненная мембрана, реагирующая на изменение температуры воздуха в помещении, и управляющий механизм, состоящий из двух подвижных контактов.

Работает термостат следующим образом:

1. При повышении температуры газ, наполняющий мембрану, расширяется;
2. Расположенный на одной из наружных стенок мембраны толкатель размыкает контакты цепи управляющего механизма, отключая тем самым подключенный к устройству отопительный прибор.

Регулировка в таком термостате происходит благодаря вращающемуся лимбу (колесику), изменяющему расстояние между мембраной и управляющим механизмом.

Терморегулятор механического типа