Очень часто керамисты, у которых есть самодельная муфельная печь задаются вопросом, как измерить температуру в этой самой печи. Для этого есть несколько проверенных способов.

1. Определение температуры по цвету черепка

Это самый малозатратный способ. Но вместе с тем и довольно сложный, т.к. температуру нужно определять по цвету раскаленной керамики в печи. При определенной сноровке это можно делать довольно точно. Примерное соответствие цвета и температуры в печи показано на рисунке ниже.

Пирометрический конус — это керамическая пирамидка, которая под воздействием определенной температуры начинает размягчаться и падать. Каждый конус имеет свой номер, и рассчитан на свой температурный диапазон (см. картинку выше).

Пирамидки устанавливаются на подставки из материала более тугоплавкого, чем сами пирометры, например из шамота, на глубину 3-4 мм.

Обычно ставят несколько конусов разных номеров — один посередине на рабочую температуру, другие на более низкую и более высокую. Рабочий пироскоп должен при обжиге наклониться и достать основания. При этом конус номером ниже ложится практически полностью, а номером выше слегка наклоняется. За состоянием конусов обычно наблюдают во время обжига через смотровое окошко и, как только рабочий конус коснулся поверхности, печь выключают.

Это традиционный способ измерения температуры в печи. Правда, с его помощью измеряется не только и не столько температура в конкретной точке печи, а колличество тепла, которое пироскоп смог принять. Например, можно быстро нагреть печь до 1050°С, при этом конус №105 может не упасть, если же довести температуру до 1030°С и сделать длительную выдержку, то конус начнет плавиться и падать. Это свойство пирометрических конусов очень близко к свойствам обжигаемой керамики, поэтому «обжиг на конус» очень распространен в наше время, т.к. он позволяет добиваться схожих результатах в печах с разными характеристиками и разными программами для обжига.

3. Температурные кольца

Температурные кольца — это новое поколение пироскопов. Также, как и конусы кольца позволяют узнать количество поглощенного тепла, при этом полученные показатели будут более точными. При нагреве температурные кольца сокращаются в размере, и измерив их диаметр после обжига с помощью микрометра, получим определенную величину, которую можно затем перевести в температуру.

Правда, этот способ не подходит, если мы хотим наблюдать за температурой в печи непосредственно во время обжига, т.к. кольца сокращаются на очень малую величину, которую невозможно заметить невооруженным взглядом.

Пирометр — это прибор, который измеряет температуру в печи дистанционно. При направлении пирометра на объект на экране высвечивается его температура.

Высокотемпературный пирометр — вещь довольно дорогостоящая, поэтому используют его, как правило, на крупных производствах.

Пожалуй, самый распространенный способ измерения температуры в муфельной печи — с помощью термопары. Термопара в основе своей — это два куска проволоки из специальных сплавов, сваренных между собой.

Каким-то непостижимым образом на кончике термопары вырабатывается электричество, причем, чем температура выше, тем больше милливольт мы получим на выходе. Эти милливольты можно замерить соответствующим прибором и перевести их в температуру.

Наибольшее распространение получила — хромель-алюмель, или К-типа по международной классификации. Эта термопара позволяет измерять температуру вплоть до 1300°С. Причем, чем проволока толще, тем дольше будет служить термопара на высоких температурах.
В настоящее время существуют различные приборы, которые могут измерять температуру с помощью термопары ТХА. Вот, один из самых простых.

Еще один доступный вариант — Мультиметр М838 (DT-838) — в него заложена функция измерения температуры с помощью ТХА, и часто термопара идет в комплекте. Правда, она очень тонкая и на высоких температурах прослужит недолго.

Второй распространенный тип термопар, который устанавливается в современных муфельных печах, — это термопара ТПП — платинародий-платина или S-типа. Эта термопара намного дороже хромель-алюмели, но зато она может долго служить на высоких температурах вплоть до 1600°С. Как правило она идет в защищенном кожухе.

Термопару ТПП, также как и ТХА, можно подключить к электронному измерителю-регулятору температуры, например, к .

Этот прибор позволяет измерять текущую температуру, а также может управлять печью по программе, заданной пользователем.

Термопару ТХА можно подключать непосредственно к контроллеру, если хватает длины проводов. Если же нет, то необходимо использовать термокомпенсационный провод. Как правило, этот провод состоит из той же пары металлов — хромель-алюмели, только меньшего диаметра. Для подключения платиновой термопары можно использовать простой медный провод.

Если просто подключить термопару к контроллеру и подать на него питание, то он будет показывать текущую температуру в печи. Если же добавить к этой системе какой-нибудь управляющий элемент — симистор или твердотельное реле, то мы сможем проводить обжиг по программе и высвободить немного времени для более творческих задач. О том, как это все подключить и получить при этом , мы поговорим как-нибудь .

А пока я прощаюсь с вами. До новых встреч и успехов вам в гончарном деле!

Изобретение относится к области технологии пеносиликатных материалов. Технический результат изобретения заключается в создании способа получения гранулята для производства пеностеклокристалических материалов без осуществления процесса варки стекла. Подготавливают фракцию высококремнеземистого сырья с содержанием SiO 2 более 60 мас.% путем прогрева при температуре 200-450°С. Затем добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%, полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали. Форму помещают в печь непрерывного действия и термообрабатывают с выдержкой при максимальной температуре 10-20 минут, и полученный спек измельчают. 1 табл.

Изобретение относится к области технологии пеносиликатных материалов, получаемых вспениванием при температуре выше 800°С - пеностекло, керамзит, петрозиты, в том числе пеноцеолиты, и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных материалов с плотностью 150-350 кг/м 3 . Перед вспениванием исходной смеси получают гранулят или гранулы, которые в отдельных случаях измельчают до порошка с удельной поверхностью 6000-7000 м 2 /г.

Известен способ получения гранулята для вспенивания путем формования пластичных масс на шнековых или валковых прессах с последующей сушкой при температуре 100-120°С, при этом вспенивание материала протекает при температурах 1180-1200°С. Недостатком этого способа является ограниченная применимость - только для глиносодержащих шихт при получении гранулированного пористого материала (Онацкий С.П. Производство керамзита. - М.: Стройиздат, 1987). Получение исходной для вспенивания шихты, например, из стеклобоя, данным способом невозможно.

Известен способ получения стеклогранулята путем смешивания компонентов шихты необходимого состава и варки стекломассы при температурах выше 1400°С, охлаждением стекломассы с последующим дроблением и измельчением до удельной поверхности 6000-7000 м 2 /г (Китайгородский И.И., Кешишян Т.Н. Пеностекло. - М., 1958; Демидович В.К. Пеностекло. - Минск, 1975). Недостатком данного способа является необходимость организации процесса при высоких температурах с большим энергопотреблением.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является способ получения гранулята, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья, добавление кальцинированной соды, смешивание порошков и обжиг в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С (Иваненко В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород. - Киев: Будiвельник, 1978, стр.22-25). Недостатком этого способа является ограниченная применимость - получают термолиты, применяемые в качестве пористых заполнителей для бетонов, которые изготавливают только из кремнистых опаловых пород (диатомит, трепел, опока).

Задачей изобретения является подготовка гранулята на основе термообработки смеси компонентов: а) сырьевых материалов с SiO 2 более 60 мас.%, например цеолитовые туфы, маршаллиты, диатомиты, трепелы и т.п. и б) технологических добавок, обеспечивающих процессы силикатообразования без осуществления варки стекла.

Поставленная задача достигается следующим образом:

1. Кремнеземистую породу, содержащую SiO 2 более 60 мас.%, дробят, измельчают, просеивают (фракция менее 0,3 мм);

2. Порошок кремнеземистой породы активируют путем прогрева при температуре 200-450°С для удаления т.н. «молекулярной воды»;

3. Для приготовления сырьевой смеси добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%;

4. Полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали и термообрабатывают в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С с выдержкой при максимальной температуре 10-20 минут;

5. Полученный спек измельчают до фракции менее 0,15 мм и используют для приготовления шихты с газообразователем и другими добавками для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов известными технологическими процессами.

Предлагаемый способ получения гранулята иллюстрируется примером:

1. В качестве кремнеземистого сырья был применен цеолитизированный туф Сахаптинского месторождения (Красноярский край) следующего химического состава, мас.%: SiO 2 - 66,1; Al 2 О 3 - 12,51; Fe 2 О 3 - 2,36; CaO - 2,27; MgO - 1,66; Na 2 O - 1,04; K 2 O - 3,24; TiO 2 - 0,34; потери при прокаливании - 10,28.

2. Подготовленная проба - измельченная, просеянная с фракцией менее 0,3 мм активируется путем прогрева в сушильном шкафу при температуре 400°С в течение 10 минут.

3. Расчет количества кальцинированной соды проводится из предпосылок максимального образования Na 2 SiO 3 при твердофазовом взаимодействии SiO 2 и Na 2 СО 3 - т.о. на 100 г активированной пробы добавляется 18,62 г кальцинированной соды.

4. Для спекания используют формы из жаропрочной стали. Внутренняя поверхность формы обмазывается каолиновой суспензией для предотвращения прилипания опека к металлу.

5. Подготовленная порошкообразная смесь уплотняется в форме, помещается в муфельную печь и нагревается до температуры 800°С и выдерживается 15 минут.

6. Полученный спек с содержанием стеклофазы 65-85% охлаждается, измельчается и является полуфабрикатом для приготовления шихты для производства пеностекла.

Полученный по данному способу гранулят апробирован в технологическом процессе производства пеностекла:

Гранулят измельчался до фракции менее 0,15 мм;

В полученную порошкообразную шихту вводился газообразователь - кокс, антрацит, жидкие углеводороды в количестве 1% по весу;

Шихта уплотнялась в формах и термически обрабатывалась в муфельной печи при температуре 820°С с выдержкой 15 минут. После выдержки формы удалялись из печи для охлаждения и стабилизации ячеистой структуры.

Получен пеностеклокристаллический материал с характеристиками, приведенными в таблице.

Таким образом, авторами предлагается способ получения гранулята для производства пеностеклокристаллического материала, позволяющий использовать природной сырье вместо дефицитного стеклобоя. Технологический процесс не требует высоких температур, что делает производство экономически эффективным.

Основные характеристики способа и свойств пеностеклокристаллического материала
Вид гранулята	Режим обработки, параметр					Свойства пеностеклокристаллита
	Температура обработки, °С	Размер частиц гранулята для подготовки шихты	Температура получения пеностекла и пеностеклокристаллита, °С	Температура выдержки, мин	Количество стекло-фазы, масс.%	Плотность кг/м 3	Прочность на сжатие, МПа
Стеклогранулят (расплав смеси цеолит + сода)	1480-1500	6000 см 2 /г	820	15	100	300	08,-1,5
Твердофазовое спекание смеси цеолит + сода	750	0,15 мм	820	15	65	350	3-4
То же	800	0,15 мм	820	15	70	300	2,5-3,5
То же	850	0,15 мм	820	15	80	300	2,5-3,5
Стеклобой	1500	6000 см 2 /г	750-850	15	100	150-200	0,8-2,0

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения гранулята для производства пеностекла и пеностеклокристаллических материалов, включающий подготовку фракции высококремнеземистого сырья с содержанием SiO 2 более 60 мас.%, добавление кальцинированной соды, смешивание порошков и обжиг в печах непрерывного действия при температуре 750-850°С, отличающийся тем, что полученную фракцию высококремнеземистого сырья активируют путем прогрева при температуре 200-450°С, затем добавляют кальцинированную соду в количестве 12-16 мас.%, полученную смесь уплотняют в форме из жаропрочной стали, помещают форму в печь непрерывного действия, термообрабатывают с выдержкой при максимальной температуре 10-20 мин и полученный спек измельчают.

Муфельная печь предназначена для равномерного нагревания веществ до разных температур. Присутствующий в ней муфель, защищает нагреваемый предмет от прямого воздействия продуктов горения.

Навигация:

Различают муфельные печи по нескольким критериям.

• По источнику нагревания.
• По режиму обработки.
• По конструктивным данным.

Источником нагревания муфельной печи может быть газ или электричество.

Режим обработки бывает:

• в обычной (воздушной) атмосфере;
• в особом газовом окружении – водород, аргон, азот и другие газы;
• при вакуумном давлении.

Конструктивно муфельные печи делятся на печи:

• верхней загрузки;
• горизонтальной завалки;
• колпаковые – печь отделается от пода;
• трубчатые печи.

Кроме этого, существует несколько видов печей по тепловым показателям:

• печи с небольшой температурой: 100 — 500 градусов;
• печи со средней температурой: 400 — 900 градусов;
• печи с большой температурой: 400 — 1400 градусов;
• печи с очень высокой температурой: до 1700 — 2000 градусов.

Примечание. От температурного режима муфельной печи прямо пропорционально зависит ее стоимость, т.е, чем выше максимальная отметка температуры, тем дороже будет печь.

К преимуществам муфельных печей относится защита обогреваемого вещества от продуктов горения топлива или испарений нагревательных элементов и равномерный его нагрев по всей камере.

В случае выхода из строя муфеля, конструкция печи позволяет оперативно произвести его замену, что значительно облегчает проведение ремонта.

Недостатком является небольшая скорость нагрева (хотя это не всегда необходимо). В муфельной печи невозможно производить скоростные режимы нагрева. Это связано с тем, что необходимо время для нагрева муфеля. Что влечет за собой еще один недостаток – дополнительные затраты энергии на разогрев.

Основная составляющая муфельной печи – это муфель, который изготавливается чаще всего из керамики. Этот материал является универсальным для изготовления печи разного рода. Бывают еще корундовые муфели, но их применяют только в химической среде.

Вокруг муфеля наматывается обогревательный элемент в виде проволоки и замазывается это керамической обмазкой.

Вокруг муфеля располагается теплоизоляционный материал и все это обшивается металлическим корпусом из листа металла толщиной 1,5-2 мм.

Так как нагрев печи начинается вокруг муфеля, то достичь больших температур (выше 1150 градусов) не представляется возможным. В связи с этим производители разработали специальный волокнистый материал для изготовления муфеля, который позволяет располагать нагревательные элементы изнутри. Это дает возможность увеличить температурный предел муфельных печей. Но недостатком волокнистого материала является его недолговечность: под действием газовых испарений, солей и масел от нагреваемого материала волокно разрушается.

Сегодня для высокотемпературных муфельных печей применяют японские очень качественные нагревательные элементы, которые позволяют достигать в печи температуры до 1750 градусов.

Печи, работающие на газообразном топливе, изначально имеют более высокие температурные показатели.

Для более равномерного нагрева рабочей камеры некоторые производители встраивают вентиляцию. А для вывода продуктов сгорания существует вытяжной механизм, который через трубу выводит дым и пар из печи.

Для контроля и регулирования температуры в печи используется электронный терморегулятор, который соединяется с нагревателем и термопарой. Терморегулятор позволяет контролировать не только температуру, но и время выдержки изделия в печи. Причем эти показатели имеют очень высокую точность, особенно в лабораторной муфельной печи, ведь от их значения и полученного результата зависит точность проводимых исследований.

Применение муфельных печей

Муфельная печь нашла широкое распространение, в первую очередь, как оборудование для термообработки металлов. Но, благодаря своим достоинствам, муфельная печь (купить которую можно в любом регионе России) намного расширила область своего применения, и это:

• термообработка металлов (закалка, отпуск, отжиг, старение);
• обжиг керамических материалов – окончательный этап обработки керамики;
• озоление – превращение в золу исследуемого вещества без сгорания для проведения обследования;
• кремация;
• пробирный анализ – способ выявления и отделения драгоценных металлов (золота, серебра, платины) из руды, сплавов, готовых изделий;
• высушивание – отделение влаги в виде воды или другого жидкого вещества из материалов;
• стерилизация инструментов в медицине (стоматологии).

Термообработка металлов может производится в домашних условия, в лабораторных или в промышленных масштабах. Исходя из этого существует целый модельный ряд муфельных печей с разными объемами рабочей камеры, мощностями и максимальной температурой нагрева. Для личного применения можно купить муфельную печь для закалки ножей, для исследований подойдет муфельная печь лабораторная.

Для термообработки металлов и сплавов муфельная печь должна обладать особыми характеристиками.

В первую очередь, муфельная печь для закалки металла, отпуска и прочего должна иметь очень хорошие изоляционные характеристики. Обычно они обеспечиваются несколькими слоями: огнеупорным кирпичом, волокном из керамического материала и защитным кожухом из листового металла. Дно печи должно быть оборудовано специальными карбидокремниевыми плитами и добавочным поддоном для защиты от ударов обогревательных элементов при загрузке и выгрузке. И самое главное, электрическая муфельная печь должна иметь специальные нагревательные спирали из высококачественного сплава для обеспечения достаточно большой температуры обогрева – до 1400 градусов.

Муфельная печь лабораторная (цена зависит от мощности и конструктивных особенностей) может быть использована для нагревания материалов разного состава.

Муфельная печь для обжига керамики применяется в художественных и гончарных мастерских. Кроме обжига в ней проводится нагревание опок, расплавление стекла. Муфельная печь для керамики обладает температурным режимом до 1300 градусов и оснащается автоматическим регулятором, позволяющим медленно нагревать и охлаждать изделия без температурных скачков. Такой плавный переход необходим и когда производится обжиг глины в муфельной печи.

Купить муфельную печь для керамики можно прямо у производителя, что значительно снижает ее стоимость.

Примечание. Муфельная печь для обжига часто снабжается съемными нагревательными элементами, которые легко можно заменить при выходе из строя.

Муфельная печь для обжига керамики (цена зависит от размеров, мощности, способа загрузки и комплектации) может быть объемом внутренней камеры от 1л до 200 л и даже больше. Конструкция печи может быть круглой с загрузкой сверху, камерной с загрузкой впереди, есть колпаковые печи. Поэтому муфельная печь для обжига керамики, купить которую можно даже для домашнего использования, доступна для обширного поля деятельности любого мастера.

Для работы с драгоценными металлами, а также в стоматологии отлично подойдет маленькая муфельная печь или даже мини муфельная печь, объем рабочей камеры которой около двух литров.

Задумываясь о том, сколько стоит муфельная печь, следует учесть потребные характеристики, которые должны присутствовать в ней, и выбрать хорошего производителя. Муфельные печи российского производства получили хорошие отзывы среди потребителей и имеют неплохую ценовую политику.

Широкий модельный ряд позволяет выбрать муфельные печи РФ разной конструкции: горизонтальные и вертикальные муфельные печи с необходимым расположением загрузки, лабораторные муфельные печи (в Самаре находится производственная база).

Известны своим качеством муфельная печь Накал. Такая муфельная печь (купить в Москве ее можно сразу с доставкой), получила много положительных отзывов от ведущих предприятий различного направления.

Муфельная печь (купить в СПб можно разные модели) компании Электроприбор также хорошо себя зарекомендовала среди покупателей.

Хорошего качества является белорусская муфельная печь (купить в Минске ее не будет проблемой, так как есть много интернет-магазинов, имеющих в ассортименте такие печи).

Некоторые мастера берутся за изготовление муфельной печи своими руками, так как заводская муфельная печь (цена которой все-таки не маленькая) им не по карману. Изготавливая печь самостоятельно необходимо большое внимание уделить выполнению муфеля. Для домашнего пользования муфель можно выполнять из огнеупорной глины, формируя рабочую камеру вокруг картонного каркаса. Когда глина высохнет, картон убирается. Только перед дальнейшей сборкой обязательно нужно обжечь глиняный муфель, чтобы он затвердел и приобрел необходимую твердость. Дальнейшая сборка ничем не отличается от заводской.

Но таких специалистов самодельщиков не так много, большинство потребителей все же предпочитают муфельную печь купить, цена выбирается по своим возможностям.

Начало

Началась эта затея, как обычно начинается множество подобных затей – случайно зашёл в мастерскую к знакомому, а он показал новую «игрушку» – полуразобранную муфельную печь МП-2УМ (рис.1 ). Печь старая, «родной» блок управления отсутствует, термопары нет, но нагреватель целый и камера в хорошем состоянии. Естественно, у хозяина вопрос – а нельзя ли приделать к ней какое-нибудь самодельное управление? Пусть простое, пусть даже с небольшой точностью поддержания температуры, но чтобы печь заработала? Хм, наверное, можно… Но сначала неплохо было бы посмотреть документацию на неё, а потом уточнить техническое задание и оценить возможности его воплощения.

Итак, первое – документация есть в сети и легко находится по запросу «МП-2УМ» (также лежит в приложении к статье). Из перечня основных характеристик следует, что питание печи однофазное 220 В, потребляемая мощность примерно 2,6 кВт, верхний порог температуры – 1000°С.

Второе – нужно собрать электронный блок, который мог бы управлять питанием нагревателя с потребляемым током 12-13 А, а также мог бы показывать заданную и реальную температуры в камере. При конструировании блока управления следует не забывать, что нормального заземления в мастерской нет и неизвестно, когда будет.

Учитывая вышеперечисленные условия и имеющуюся электронную базу, решено собирать схему, измеряющую потенциал термопары и сравнивающую его с выставленным «заданным» значением. Сравнение проводить компаратором, выходной сигнал которого будет управлять реле, которое в свою очередь будет открывать и закрывать мощный симистор, через который сетевое напряжение 220 В будет поступать на нагревательный элемент. Отказ от фазоимпульсного управления симистором связан с большими токами в нагрузке и отсутствием заземления. Решили, что если при «дискретном» управлении окажется, что температура в камере колеблется в больших пределах, то тогда переделаем схему в «фазовую». Для индикации температуры можно применить стрелочный прибор. Питание схемы – обыкновенное трансформаторное, отказ от импульсного блока питания так же обусловлен отсутствием заземления.

Самым сложным было найти термопару. В нашем городишке магазины таким не торгуют, но выручили, как обычно, радиолюбители с их желанием вечно хранить в гаражах всякое радиоэлектронное барахло. Примерно через неделю после оповещения ближайших знакомых о «термопарной потребности» позвонил один из старейших радиолюбителей города и сказал, что есть какая-то, лежащая ещё с советских времён. Но её надо будет проверить – может оказаться, что она низкотемпературная хромель-копелевая. Да, конечно проверим, спасибо, ну, а для экспериментов подойдёт любая.

Небольшой «поход в сеть» на предмет просмотра того, что уже сделано другими по этой теме, показал, что в основном по такому принципу самодельщики их и конструируют –«термопара – усилитель – компаратор – силовое управление» (рис.2 ). Поэтому и мы не будем оригинальными – попробуем повторить уже проверенное.

Эксперименты

Сначала определимся с термопарой – она одна и она односпайная, поэтому в схеме компенсации изменения комнатной температуры не будет. Подключив к выводам термопары вольтметр и обдувая спай воздухом с разной температурой из термофена (рис.3 ), составляем таблицу потенциалов (рис.4 ) из которой видно, что напряжение растёт с градацией примерно в 5 мВ на каждые 100 градусов. Учитывая внешний вид проводников и сравнивая полученные показания с характеристиками разных спаев по таблицам, взятым из сети (рис.5 ), можно с большой вероятностью предположить, что применяемая термопара является хромель-алюмелевой (ТХА) и что её можно использовать длительное время при температуре 900-1000 °С.

После выяснения характеристик термопары экспериментируем со схемотехникой (рис.6 ). Схема проверялась без силовой части, в первых вариантах применялся операционный усилитель LM358, а в окончательный вариант был установлен LMV722. Он тоже двухканальный и тоже рассчитан на работу при однополярном питании (5 В), но, судя по описанию, имеет лучшую температурную стабильность. Хотя, очень может быть, что это была излишняя перестраховка, так как при применённой схемотехнике погрешность установки и поддержания заданной температуры и так достаточно велика.

Результаты

Окончательная схема, управления показана на рис.7 . Здесь потенциал с выводов термопары T1 поступает на прямой и инверсный входа операционного усилителя ОР1.1, имеющего коэффициент усиления примерно 34 dB (50 раз). Затем усиленный сигнал проходит через фильтр низкой частоты R5C2R6C3, где 50-тигерцовая помеха ослабляется до уровня –26 dB от уровня, приходящего с термопары (эта цепь была предварительно симулирована в программе , расчетный результат показан на рис.8 ). Далее отфильтрованное напряжение подаётся на инверсный вход операционного усилителя ОР1.2, выполняющего роль компаратора. Уровень порога срабатывания компаратора можно выбирать переменным резистором R12 (примерно от 0,1 В до 2,5 В). Максимальное значение зависит от схемы включения регулируемого стабилитрона VR2, на котором собран источник образцового напряжения.

Для того, чтобы компаратор не имел «дребезга» переключений при близких по уровню входных напряжениях, в него введена цепь положительной обратной связи – установлен высокоомный резистор R14. Это позволяет при каждом срабатывании компаратора смещать уровень образцового напряжения на несколько милливольт, что приводит к триггерному режиму и исключает «дребезг». Выходное напряжение компаратора через токоограничительный резистор R17 подаётся на базу транзистора VT1, управляющего работой реле К1, контакты которого открывают или закрывают симистор VS1, через который напряжение 220 В подаётся в нагреватель муфельной печи.

Блок питания электронной части выполнен на трансформаторе Tr1. Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку через фильтр низкой частоты C8L1L2C9. Переменное напряжение со вторичной обмотки выпрямляется мостом на диодах VD2…VD5 и сгладившись на конденсаторе С7 на уровне около +15 В, поступает на вход микросхемы-стабилизатора VR1, с выхода которой получаем стабилизированные +5 В для питания ОР1. Для работы реле К1 берётся нестабилизированное напряжение +15 В, избыточное напряжение «гасится» на резисторе R19.

Появление напряжения в блоке питания индицируется зелёным светодиодом HL1. Режим срабатывания реле К1, а значит и процесс нагрева печи, показывает светодиод HL2 с красным цветом свечения.

Стрелочный прибор Р1 служит для индикации температуры в камере печи при левом положении кнопочного переключателя S1 и требуемой температуры при правом положении S1.

Детали и конструкция

Детали в схеме применены как обыкновенные выводные, так и рассчитанные на поверхностный монтаж. Почти все они установлены на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита размером 100х145 мм. На ней же закреплен трансформатор питания, элементы сетевого фильтра и радиатор с симистором. На рис.9 показан вид на плату со стороны печати (файл в формате программы находится в приложении к статье, рисунок при ЛУТ надо «зеркалить»). Вариант установки платы в корпус показан на рис. 10 . Здесь же видны закрепленные на передней стенке стрелочный прибор Р1, светодиоды HL1 и HL2, кнопка S1, резистор R12 и пакетный переключатель S2.

Ферритовые кольцевые сердечники для сетевого фильтра взяты из старого блока питания компьютера и затем обмотаны до заполнения проводом в изоляции. Можно использовать дроссели и другого типа, но тогда потребуется внести необходимую правку в печатную плату.

Уже перед самой установкой блока управления на печь, в разрыв одного из проводников, идущих от фильтра к трансформатору был впаян обрывной резистор. Его цель не столько защищать БП, сколько понизить добротность резонансного контура, получающегося при шунтировании первичной обмотки трансформатора конденсатором С9.

Предохранитель F1 впаян на вводе 220 В в плату (установлен вертикально).

Трансформатор питания подойдёт любой, мощностью более 3…5 Вт и с напряжением на вторичной обмотке в пределах 10…17 В. Можно и с меньшим, то тогда потребуется установка реле на более низкое рабочее напряжение срабатывания (например, пятивольтовое).

Операционный усилитель ОР1 можно заменить на LM358, транзистор VT1 на близкий по параметрам, имеющий статический коэффициент передачи тока более 50 и рабочий ток коллектора более 50…100 мА (КТ3102, КТ3117). На печатной плате разведено место и для установки транзистора в smd исполнении (ВС817, ВС846, ВС847).

Резисторы R3 и R4 сопротивлением 50 кОм - это 4 резистора номиналом 100 кОм, по два "в параллель".

R15 и R16 припаяны к выводам светодиодов HL1, HL2.

Реле К1 – OSA-SS-212DM5. Резистор R19 набран из нескольких последовательно включенных для того, чтобы не перегревался.

Переменный резистор R12 – RK-1111N.

Кнопочный переключатель S1 – КМ1-I. Пакетный выключатель S2 – ПВ 3-16 (исполнение 1) или подобный из серии ПВ или ПП под нужное количество полюсов.

Симистор VS1 – ТС132-40-10 или другой из серий ТС122…142, подходящий по току и напряжению. Элементы R20, R21, R22 и C10 распаяны навесным монтажом на выводах симистора. Радиатор взят из старого компьютерного блока питания.

В качестве стрелочного электроизмерительного прибора Р1 подойдёт любой подходящего размера и с чувствительностью до 1 мА.

Проводники, идущие от термопары к блоку управления сделаны максимально короткими и выполнены в виде симметричной четырёхпроводной линии (как описано ).

Силовой вводной кабель имеет сечение жил около 1,5 кв.мм.

Наладка и настройка

Отлаживать схему лучше поэтапно. Т.е. запаять элементы выпрямителя со стабилизаторами напряжения – проверить напряжения. Спаять электронную часть, подключить термопару – проверить пороги срабатывания реле (на этом этапе понадобится или какой-то нагревательный элемент, подключенный к внешнему дополнительному блоку питания (рис.11 ), или хотя бы свеча или зажигалка). Затем распаять всю силовую часть и, подключив нагрузку (например, электрическую лампочку (рис.12 и рис.13 )) убедиться, что блок управления поддерживает выставленную температуру, включая и выключая лампочку.

Настройка может понадобиться только в усилительной части – здесь главное, чтобы напряжение на выходе ОР1.1 при максимальном нагреве термопары не превышало уровня 2,5 В. Поэтому если выходное напряжение велико – то его следует понизить изменением коэффициента усиления каскада (уменьшив сопротивление резисторов R3 и R4). Если же используется термопара с малым выходным значением ЭДС и напряжение на выходе ОР1.1 получается небольшим – то в этом случае нужно увеличить коэффициент усиления каскада.

Номинал подстроечного резистора R7 зависит от чувствительности применяемого прибора Р1.

Можно собрать вариант блока управления без индикации напряжения и, соответственно, без режима предварительной установки нужного температурного порога – т.е. удалить из схемы S1, Р1 и R7 и тогда для выбора температуры следует сделать риску на ручке резистора R12 и на корпусе блока нарисовать шкалу с температурными отметками.

Провести калибровку шкалы несложно – на нижних пределах это можно сделать с помощью термофена паяльника (но нужно как можно больше прогревать термопару, чтобы её длинные и относительно холодные выводы не остужали место термоспая). А более высокие температуры можно определить по плавлению разных металлов в камере печи (рис.14 ) – процесс это относительно долгий, так как требуется изменять установки малым шагом и давать печи достаточное время для прогрева.

Фото, показанное на рис. 15 , сделано при первых включениях в мастерской. Температурная калибровка ещё не была сделана, поэтому шкала прибор чистая – в дальнейшем на ней появится множество разноцветных меток, нанесённых маркером прямо на стекло.

Через некоторое время владелец печи позвонил и пожаловался на то, что перестал загораться красный светодиод. При проверке оказалось, что он вышел из строя. Скорее всего, это произошло из-за того, что при последнем включении проверялись возможности печи и камера, со слов владельца, нагревалась до белого цвета. Светодиод заменили, блок управления переносить не стали – во-первых, может быть, дело было и не в перегреве блока управления, а во-вторых, больше таких экстремальных режимов не будет, так как нужды в таких температурах нет.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, лето 2017

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
OP1	Операционный усилитель	LMV722	1	возможна замена на LM358		В блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM78L05	1			В блокнот
VR2	ИС источника опорного напряжения	TL431	1			В блокнот
VT1	Биполярный транзистор	КТ315В	1			В блокнот
HL1	Светодиод	АЛ307ВМ	1			В блокнот
HL2	Светодиод	АЛ307АМ	1			В блокнот
VD1...VD5	Выпрямительный диод	1N4003	5			В блокнот
VS1	Тиристор & Симистор	ТС132-40-12	1			В блокнот
R1, R2, R5, R6, R9, R17	Резистор	1 кОм	6	smd 0805		В блокнот
R3, R4	Резистор	100 кОм	4	см. текст		В блокнот
R8, R10, R11	Резистор	15 кОм	3	smd 0805		В блокнот
R13	Резистор	51 Ом	1	smd 0805		В блокнот
R14	Резистор	1.5 МОм	1	smd или МЛТ-0,125		В блокнот
R15, R16	Резистор	1.2 кОм	2	МЛТ-0,125		В блокнот
R18	Резистор	510 Ом	1	smd 0805		В блокнот
R19	Резистор	160 Ом	1	smd 0805, см. текст		В блокнот
R20	Резистор	300 Ом	1	МЛТ-2		В блокнот
R21	Резистор

Мастер Куделя © 2013 Копирование материалов сайта разрешено только с указанием автора и прямой ссылки на сайт-источник

Самодельная муфельная электрическая печь (малая)

Здесь я опишу конструкцию бюджетной электрической муфельной печи небольшого размера. Мощность печи 500 Вт, теоретическая температура до 800 градусов, но я не грел до туда, поскольку для этого у меня есть посерьёзней печь. Особенностью данной конструкции является предельная простота и предельно низкая стоимость комплектующих. Такую конструкцию можно изготовить из подручных материалов всего за несколько дней, из которых основное время уйдёт на сушку муфеля печи.
Верхний корпус печи с открытой дверцей. В центре корпуса размещается сам муфель. Теплоизоляция дверцы, как видно на фото, при помощи асбестового картона на шпильках. Окно закрыто двумя слоями слюды с некоторым зазором между слоями.
Муфельная печь в сборе. Она состоит из двух скреплённых между собой корпусов. В верхнем корпусе размещён сам муфель, а в нижнем блок управления.

Я сразу советую вам делать печь как у меня в разных корпусах. Это позволит вам не париться с охлаждением блока управления различными вентиляторами. Верхний корпус будет нагреваться и создавать тягу, что в сочетании с перфорацией в нижнем корпусе, будет достаточно для охлаждения регулятора температуры.

Изготовление муфеля.

Муфель можно изготовить множеством разных способов. Можно взять готовую керамическую трубу. Лучше всего муллитокремнезёмистую МКР, можно трубу от старого реостата, от плавкого большого предохранителя. Если предпочитаете прямоугольную камеру, то лучше лепить самому. Поскольку мой сайт заточен на те практические конструкции, какие мне удалось сделать самому, то вот рецепт моего муфеля.

Каолин (каолиновая глина)- 1 часть. Можно найти возле фарфорового завода. Привозят вагонами для производства фарфора, фаянса, электротехнической керамики. Если нет, пойдёт любая глина пожирней.
Песок- 3 части. Лучше карьерный песок, нежели речной.
Всё это тщательно перемешиваем, затворяем водой до состояния, когда комок ещё не растекается, а держит форму и оставляем в полиэтиленовом мешке на пару дней. Затем достаём и снова перемешиваем до однородного состояния. Затем уже лепим муфель.
Отступление.
Сейчас в продаже есть много того, чего ещё недавно не было. Сейчас я для подобных работ пользуюсь вот таким связующим. Мертель екатеринбургского ооо Печник и его характеристики. Стоит иметь в виду, что это готовый мертель, т. е. в нём уже присутствует наполнитель дабы при сушке не терял объём. Поэтому добавлять к нему крупную фракцию, такую как песок уже в меньшем объёме.

Итак, лепка муфеля. Прямоугольный муфель лепится в прямоугольном фанерном или из крагеса ящике. Муфель с ровным подом и арочным сводом лепится в таком же ящике. Размер ящика равен внешнему размеру муфеля плюс 3-6 % усадки. Лепится всегда изнутри ящика, поскольку муфель при сушке сжимается и при лепке снаружи трещины неизбежны. Чтобы смесь не прилипала к стенкам ящика, стенки изнутри прокладываются полиэтиленом. Если смесь полусухая, то можно положить бумагу. Так можно сэкономить время сушки.
После того, как муфель вылеплен, оставляют сохнуть на несколько дней. Когда стенки муфеля наберут необходимую прочность, переворачивают и снимают коробку с муфеля. Далее, если муфель недостаточно прочен для обмотки спиралью, его несколько дней сушат на батарее или в печи. Затем медленно обжигают до 900 градусов. Если у вас напряжёнка с обжигом, в крайнем случае можно оставить сухой необожжённый муфель. Но прочность будет уже не та.
Если муфель достаточно прочен, то обматывают спиралью, наносят обмазку и в сборе сушат и обжигают. В сборе это делать предпочтительней, поскольку обмазка лучше будет держаться на полусыром муфеле. Внимательно следите, чтобы внутри спирали не было пустот, всё было заполнено обмазкой. Иначе будет локальный перегрев нихрома.

Расчёт нагревателя.

Про расчёт нагревателя в сети много материалов. Все они обладают различной степенью научности сего вопроса. Например, можно не только почитать различные соображения, но и рассчитать нагреватель на встроенном калькуляторе. Входными данными являются мощность печи, материал нагревателя, температуры нагревателя и нагреваемого изделия, конструкция и размещение нагревателей. На выходе получаем диаметр и длину проволоки нагревателя. Но при ближайшем рассмотрении выясняется, что диаметр выбран из соображений экономии материала проволоки и условия эксплуатации близки к идеальным. В жизни обычно бывает всё наоборот. Обычно в закромах лежит моток старого нихрома и его владельца мучит вопрос, можно ли его использовать на благо человека. И с мощностью печи тоже сплошные вопросы.
Поэтому приведу свою методику расчёта, пусть и не такую научную, но основанную на своём опыте изготовления подобных устройств.
Итак, первое с чем надо определиться, это мощность печи. Мощность напрямую зависит от величины муфеля и применяемой футеровки. Величину (объём) муфеля определяете сами, в зависимости от величины нагреваемых изделий.
Для современных печей с применением волокнистых теплоизоляторов (МКРВ, ШПВ-350 и т. п.) примерная мощность на литр объёма будет:
Объём камеры печи (литров) Удельная мощность (Вт/ литр)
1-5 500-300
5-10 300-120
10-50 120-80
50-100 80-60
100-500 60-50
Допустим, например, у вас объём камеры 3 литра, поэтому мощность печи будет 1200 Вт. У меня объём муфеля чуть больше литра, поэтому мощность нагревателя возьмём 500 Вт.
Далее, вычисляем ток через нагреватель:
I = P/U= 500/220 = 2,27 A
И величину сопротивления нагревателя
R = U/I = 220/2,27 = 97 Ом
Далее лезем в закрома и смотрим диаметр имеющегося нихрома. У меня оказался нихром диаметром 0,65 мм. Далее по таблице прикидываем, выдержит ли наш нихром такой ток.

Диаметр (мм) 0,17 0,3 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85
Допустимый ток (А) 1 2 3 4 5 6 7

Как видим, при диаметре 0,65 допустимый ток 5 А, так что наши 2,27 А он выдержит с большим запасом. Вообще, при изготовлении нагревателя, нужно брать проволоку потолще, потому что чем толще проволока, тем больше выдерживаемая ей температура и срок службы.
Максимальные рабочие температуры нагревательных элементов. Здесь:
GS 40 Нихром
GS 23-5 Еврофехраль
GS SY Суперфехраль
GS T Еврофехраль

НО! Это палка о двух концах. Сильно утолщать диаметр проволоки мы не можем, потому что чтобы получить расчётное сопротивление 97 Ом, придётся очень сильно увеличивать длину проволоки, что может быть не приемлемо из конструктивных соображений.
По таблице определяем номинальное сопротивление 1 погонного метра проволоки. Здесь:
GS 40 Нихром
GS 23-5 Еврофехраль
GS SY Суперфехраль
GS T Еврофехраль

Итак, из таблицы для диаметра 0,65 мм берём (и последующим измерением прибором подтверждаем), номинальное сопротивление 3,2 ОМ/метр. Следовательно, длина проволоки будет:
L = R/3,2 = 97/3,2 = 30 Метров
Вот и расплата за излишний диаметр провода излишним метражём. Но это не беда, потому что мотать как есть этот провод не буду, да и есть опасность не уследить и допустить межвитковое замыкание на нашем муфеле. Этот провод нужно навить на стержень. Кончик проволоки вместе со стержнем зажимается в патрон сверлильного станка, на худой конец, патрон ручной дрели. Проволока подаётся под небольшим натягом.

При навивке необходимо соблюсти следующие рекомендации. Диаметр стержня для навивки проволоки диаметром до 4,5 мм должен быть не меньше:
- для нихромов четырёхкратному диаметру проволоки;
- для фехралей пятикратному диаметру проволоки.
Для всех сплавов при диаметре больше 4,5 мм, не менее шестикратному диаметру проволоки.
Есть ещё одна засада при работе с фехралем. Фехраль, в отличие от нихрома, после прокалки становится хрупким, поэтому его уже кантовать не стоит.
Готовую спираль равномерно растягиваем до длины, комфортной для обмотки муфеля. Но не больше, потому что сжать равномерно будет уже значительно трудней. Обматываем муфель по канавкам и наносим обмазку, как на рис.4.
Далее наш муфель размещаем в металлическом корпусе.

Основная футеровка выполнена блоками из кирпичей шамотного легковеса ШЛ-0,4. Кирпич легко обрабатывается инструментом, ранее описанным . Обратите внимание на отверстие в заднем блоке легковеса для термопары и два отверстия для выводов нихрома.
При установке повредилась боковая стенка муфеля, но это не страшно, она будет восстановлена этим же составом после установки.

Хочется предостеречь вас от некоторых засад, которые могут подстерегать вас при изготовлении футеровки.
Прежде всего хочу предупредить при соблазне применить асбест. Да, плавится он при 1500 градусов, но при 800 градусах он теряет химически связанную воду превращается в порошок. Поэтому такие изделия из него, как картон или шнур могут работать до этой температуры. Кроме того, фехраль не должен контактировать с асбестом. Я его применил, так как эта печь заточена до этой температуры и у меня нихром.
Далее, по поводу применения в качестве связующего жидкого стекла. Его можно применять для лепки муфелей, работающих до 1088 градусов, при превышении этой температуры муфель поплывёт.Кроме того, фехраль тоже не любит контакта с жидким стеклом.
По поводу применения волокнистых материалов на минеральной (базальтовой) основе, повторю что писал на одном из форумов. Это почти одно и то же. Производят выдуванием из расплава. Хорошо держат температуру. Но они имеют связующее, которое не выдержит и 250 градусов. Но в инетах хитрые продавцы приводят огнеупорность самого волокна. Формально они правы. Но то, что после первой прокалки связующее выгорит и они осыпятся кучкой, это не пишут. Есть сорта и с огнеупорным связующим, но информации очень мало. Только косвенные признаки- допустим, предназначенные для бань и каминов. И опять проводят огнеупорность самого волокна. И стоит ли повторять, что фехраль их тоже не любит. Так что если есть возможность пролететь, лучше использовать уже проверенные. А из проверенных мной подойдут более всего муллитокремнезёмные войлоки, например, МКРВХ-250 (1300 гр).
Кстати, в Сухом Логе наладили производство керамических одеял Cerablanket, Cerachem Blanket, Cerachrom Blanket. Я с первым из них имел дело, выдерживает прямое пламя горелки. Два последних ещё более огнеупорны. Но сам их не пробовал.
По сети гуляют описания печей, которые все передирают друг у друга, в которых фигурирует в качестве материала муфеля шамотная глина. Обычная глина обладает большой усадкой и используется как связующее. Шамот же не что иное, как обожжённая глина. Шамот не лепится, используется как наполнитель и требует связующего, например, обычную необожжённую глину. Поэтому что подразумевают под выражением шамотная глина, совершенно не понятно.

Блок управления.

Поскольку я обещал описание наибюджетнейшей, наипростейшей печи, то и регулятор температуры будет соответствующий. Хороший недорогой регулятор Ш-4501, который можно купить по цене от 1 до 2 тысяч рублей. Самый дешёвый и сердитый регулятор. Выпускается с диапазонами измерения и регулирования температур от 0- 200 до 0-1600 градусов. В качестве измерительного элемента термопары ХК, ХА и ПП.
Техническое описание и инструкция по эксплуатации милливольтметра регулирующего типа Ш4501 . Почитаете на досуге.
Передняя панель блока управления. Данное исполнение регулятора на диапазон от0 до 800 градусов, термопара ХА.
Внизу справа налево включатель блока управления, неоновая лампа ТЛО (оранжевая) индикации подачи напряжения на нагрузку, лампа ТЛЗ (зелёная) индикации отключения нагрузки и красная лампа индикации обрыва термопары.

Расключения на задней стороне Ш4501. Для непонятливых на пластмассовой крышечке ещё раз приведена схема расключений. Прошу обратить внимание- компенсационный провод должен идти до самого клеммника с компенсационной катушкой.
Такая арматура для индикаторных ламп уже не выпускается, поэтому рекомендую применить современные типа XB2-EV161 . Они бывают красного, жёлтого, зелёного, белого и синего цветов. Схема электрическая блока управления. Если не найдёте достаточно мощный тумблер включения блока управления, то поместите его после контактов реле ПЭ23. Реле идёт в комплекте с прибором Ш4501. Мощность контактов реле 500 ВА в цепи переменного тока. На схеме не показано- 3 группы контактов у меня в параллель, поэтому коммутируемая мощность до 1500 ВА. На схеме исправлено- лампа ТЛЗ подходит к нормальнозамкнутым контактам, ТЛО к нормальноразомкнутым.

Реализация монтажа блока управления в этой коробке. Регулятор засовывается спереди по лыжам. Подсоединяется разъём (справа). Реле крепится на задней крышке изнутри.

Печь в сборе. Вид сзади. Как видите, провода термопары и выводы нагревателя охлаждаются просто на воздухе, без излишеств. Провода нагревателя подключаются через клеммник, желательно с керамическим основанием. Рекомендую использовать керамическое нутро от розетки или керамического патрона лампы.
Выводы термопары тоже через клеммник. К этим же контактам клеммника подключается отрезок соответствующего градуировке компенсационного провода. Если это будет обычный провод, то прибор будет врать на величину разности температур между этим клеммником и задней панелью Ш4501 с измерительной катушкой. Снаружи на задней крышке смонтирована накладная розетка для подключения нагрузки, а на задней крышке коробки муфеля клеммник для подключения термопары. Это позволяет использовать этот блок управления не только с этим муфелем, но и для регулирования температуры в других ваших устройствах. Достаточно прикрутить термопару такой градуировки к клеммнику и всунуть вилку в розетку.

Немного о самодельной термопаре. Для окончательной бюджетности нашей печи я применил самодельную термопару градуировки ХА. Я предпочитаю самодельные термопары не из-за жадности, а просто потому, что они обладают меньшей инерционностью по сравнению с заводскими. Хотя есть риск сжечь входные цепи регулятора. Подробно на изготовлении такой термопары я останавливаться не буду, потому что этот процесс хорошо освещён в литературе (Бастанов. 300 практических советов) и в интернете.

Материалом послужили жилы из компенсационного провода градуировки ХА. Концы сварены вольфрамовым электродом в атмосфере аргона. Если так сварить вам слабо, тогда как это описано в книгах в графите с бурой с помощью мощного трансформатора.Затем термопара засовывается в керамическуюдвухканальную МКР трубку. Тут уж вам, пардон, придётся раскошелиться.

Нагревательная камера в сборе. Стенка долеплена, замазаны щели. Затем вокруг устья муфеля наносится замазка с некоторым излишком. Затем накрывается полиэтиленом и крышка закрывается. На замазке отпечатывается рельеф крышки. Полиэтилен снимается и всё это хозяйство сушится. Зазоры между крышкой и камерой минимальны.

Муфель в сборе. После укладки спирали, она обмазывается тем же составом, из чего состоит муфель. Концы спирали крепить петлёй из стеклоленты со слюдой. Не забудьте под спираль положить закладной стержень. Когда муфель высохнет, стержень вынимается и остаётся отверстие под термопару.

Муфель без обвязки. Обратите внимание на пазы на углах муфеля. Они для того, чтобы спираль при обмазке не смещалась. Внизу канавка для термопары. Термопара должна находиться в непосредственной близости от спирали.