ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМОРЕЗИСТОРА

В.А. Изотов, С.А. Рымшин

Гнеушев Евгений Александрович, научный руководитель преподаватель БОУ ОО СПО «Орловский технический колледж», пос. Стрелецкий

В современных условиях особенно актуально организовать процесс обучения так, чтобы его образовательный результат проявлялся в развитии собственной внутренней мотивации обучения, мышления, воображения, творческих способностей, устойчивого познавательного интереса учащихся, в формировании системы жизненно важных, практически востребованных знаний и умений, что позволяет учащимся адаптироваться к жизни и относиться к ней активно, творчески. В этом помогают исследовательские работы студентов.

Целью исследования является изготовление датчика температуры в металлическом корпусе с использованием полупроводниковых приборов который может использоваться в различных устройствах для условий эксплуатации не требующих постоянного технического обслуживания с температурой эксплуатации -40..120⁰С и для демонстраций на занятиях по предметам физика и информатика и ИКТ.

Задачами исследования было:

1. Провести опрос-исследование студентов на предмет сложности изготовления промышленного датчика температуры и его устройства.

2. Сделать датчики температуры, проверить их работоспособность и отклонение от характеристик изначальных полупроводниковых приборов.

Практическая  ценность исследования заключается в том, что изготовление прибора позволит его использовать в демонстрациях по Физике и Информатике и ИКТ, и соотносится с принципом практикоориентированного подхода в обучения в СПО. Собственноручное изготовление приборов позволит повысить самооценку студентов, придать им уверенности в своих силах.

В рамках исследовательской работы студентов было проведено анкетирование студентов первого курса в котором приняло участие 31 студент состоящее всего из двух вопросов:

1. Как вы думаете, сложное ли устройство имеют датчики температуры в промышленном исполнении?
2. Как вы думаете, смогли бы Вы самостоятельно изготовить аналог датчиков температуры в промышленном исполнении?

В результате выяснилось, что устройство датчиков легким считают только 38,7% опрошенных, при этом только 19,4% опрошенных считают, что могут изготовить датчик своими руками.

Для изготовления выбрали датчик в корпусе стандартного болта М12*70, высверленный на глубину 50мм с введенным внутрь чувствительным элементом (терморезистором).

В качестве чувствительного элемента датчика был выбран терморезистор типа ММТ-1 (полупроводник на основе окислов марганца и меди).  Выбор пал на него из-за простоты монтажа в корпус датчика, а также функция преобразования данных термисторов достаточно линейна в диапазоне температур -60 - +125°C, надежность полупроводниковых терморезисторов очень высока, характеристики стабильны в течение долгого времени.

ММТ-1 это терморезисторы  с отрицательным ТКС предназначенный для измерения и регулировки температур.

Технические параметры терморезисторов ММТ-1:

Пределы номинального сопротивления, R_20°C = 1 - 220 кОм

Температурный коэффициент сопротивления α_t, α_20°C = -2,4 ... -5,0% / °C

Диапазон рабочих температур, °C -60 .. +125

Постоянная времени τ,сек 85(не более)

Климатическое исполнение УХЛ и В по ГОСТ 15150-69

Из всей линейки взяли терморезистор сопротивлением 1кОм (ММТ-1-1кОм-10%) который изображен на рис.1 и рис.2.

Рис.1.                                                                                                    Рис.2.

Изготовление датчиков происходила в три этапа.

Этап 1. Подготовка терморезистора проводилась следующим образом:

1. Очистка выводов путем удаления окислов с выводов,
2. Облуживание выводов припоем ПОС-61,
3. Электроизоляция выводов терморезистора,
4. Удаление  загрязнений и обезжиривание,
5. Формирование формы чувствительного элемента будущего датчика,
6. Электроизоляция терморезистора в местах возможного соприкосновения с корпусом датчика.
7. Пайка подводящих экранированных проводов сечением 0,5мм²,
8. Изоляция места пайки подводящих проводов и терморезистора.

Этап 2. Подготовка корпуса датчика проводилась следующим образом:

1. В центре болта М12*70 со стороны шляпки по его оси высверливалось отверстие диаметром 6мм на глубину 50 мм. Эскиз показан на рис.3.

Рис.3.

2. Удаление масляных и грязевых пятен из высверленного отверстия.

Этап 3. Сборка датчика.

Порядок сборки проводился следующим образом:

1. Перед окончательной сборкой датчика корпус датчика и сам датчик промываются спиртом для очистки от масляных пятен и различных загрязнений.
2. Внутрь корпуса на высоту тела термоэлемента(12-15мм) на дно заливается под давлением термопаста(КПТ-8) которая обеспечивает плотный тепловой контакт корпуса и тела терморезистора и обладает исключительно плохой электропроводностью, что защищает датчик от статических разрядов и обеспечивает гальваническую развязку внешней среды с устройством, которое будет использовать датчик.
3. В корпус до предела вводится подготовленный терморезистор и уплотняется термопаста.
4. Для защиты от факторов окружающей среды и компенсации температурного расширения вводится силиконовый герметик с высокой температурой разрушения. Слой герметика около 1см.
5. После введения силиконового герметика, даем ему время высохнуть (24часа).
6. Когда силиконовый герметик высохнет зафиксируем подводящие провода герметиком на основе эпоксидных смол. Это придаст дополнительную защиту от внешних погодных факторов и жесткость конструкции.

Получившийся датчик изображен на рис.4.

Рис. 4. Датчик температуры: 1-корпус, 2-терморезистор, 3-термопаста, 4-силиконовый герметик, 5-подводящий кабель, 6-эпоксидный герметик

Список литературы:

1. Терморезисторы ммт-1, ммт-4 - справочная информация. Промэлектроника., http://www.promelec.ru/catalog_info/52/114/457/468/
2. Терморезисторы с отрицательным ТКС, сайт производителя, http://www.almaz-electro.ru/product/?id=2
3. Датчики температуры МВТ 153 Data sheet/ Technical leaflet, IC.PD.P30.A3.50 / 520B4932, IC.PD.P30.A3.50.pdf, http://www.danfoss.com/Russia/BusinessAreas/IndustrialControls/Products/Literature/IA/Temperature-sensors/MBT-153-Cable-type-temperature-sensors/084Z6030 /49a87739-90c0-4f74-a366-692dc191ad9f/e8272b0c-425a-4a1d-9e24-e4d006048fa0.html
4. MBT 3270 - Temperature sensor, Data sheet/ Technical leaflet, IC.PD.P30.R3.50.pdf, http://www.danfoss.com/Russia/BusinessAreas/ IndustrialControls/Products/Literature/IA/Temperature-sensors/MBT-3270-Temperature-sensors/084Z2012/0f6a30a7-6d79-4919-ba95-a20ed2afb9fe/a8b7e2ae-949e-4171-907a-bdae463c2a4e.html
5. MBT 5250/5260/5252, Data sheet/ Technical leaflet, IC.PD.P30.I2.02.pdf, http://www.danfoss.com/Russia/BusinessAreas/Industrial Controls/Products/Literature/IA/Temperature-sensors/MBT-5250-Temperature-sensors/084Z8083/55eebe2e-24af-46b8-b392-dc7d68dbb1ab/c4fbbe58-b8cc-4145-8f92-c2ac1a15acdf.html