Чувствительный элемент измерителя температуры — термодатчик (ТД) — можно изготовить самостоятельно по приводимой ниже технологии. Поскольку измерение температуры должно производиться в больших пределах, для пайки деталей ТД следует применять тугоплавкие припои, как правило, содержащие серебро. В приводимом примере используется серебросодержащий припой и паяльная паста LF-320.
Зависимость падения напряжения на прямом сопротивлении перехода диода от температуры используется для контроля температуры объекта или среды. Сам ТД должен иметь небольшие размеры, чтобы можно было измерять температуру на небольших участках и в малых приборах. Поэтому диод должен иметь малые размеры, быть защищенным от механических воздействий и повреждений, равномерно прогреваться через защитную оболочку. Следует предусмотреть и крепление элемента. В рассматриваемом примере (рис.1) на схеме места паек обозначены точками.
Чувствительный элемент термодатчика состоит из диода VD1 типа 1N4148WT и подводящих проводов с термостойкой изоляцией МС-16-13 сечением 0,08 мм2 красного и синего цвета, припаянных к диоду. Причём, синий провод припаивается к диоду через вставку из провода с термостойкой изоляцией повышенной прочности типа ПНЭТ-имид, диаметром 0,2 мм. Диод помещается в отрезок фторопластовой (тефлоновой) трубки диаметром 1 мм, которая, в свою очередь, помещается в металлический корпус.
Корпус предварительно заполняется термопроводящей пастой КПТ-8. Выводящие провода, при необходимости, помещаются в дополнительную защитную фторопластовую (тефлоновую) трубку диаметром 2 мм, которая крепится внутри корпуса датчика с помощью металлического клина. Корпус датчика от воздействия внешних факторов герметизируется с помощью термостойкого герметика, например, “Автосил”. Общий вид возможного варианта готового датчика с уплотнительными резиновыми и фторопластовым кольцами под посадочную нишу в месте крепления приведён на рис. 2.
Предлагается следующая последовательность изготовления датчика. Подготавливаем два отрезка провода с фторопластовой изоляцией МС-16-13 необходимой длины, например, по 300 мм. Если необходимо обозначить полярность диода в термодатчике, то провода должны иметь разные цвета изоляции (например, красный для анода, синий — для катода диода). С одной стороны у отрезков проводов удаляется изоляция на длину 3…5 мм. Зачищенные концы облуживаются тугоплавким припоем с содержанием серебра с применением флюса, например, R41J.
С помощью плоскогубцев с ровными рабочими поверхностями зачищенный участок красного провода немного расплющивается и обрезается на расстояние 1 мм от изоляции. Этот участок будет контактировать с анодом диода датчика. Залуженный участок синего провода обрезается под углом 30° на расстоянии 3…5 мм от изоляции. Этот участок будет спаиваться с лужёным концом отрезка обмоточного провода ПНЭТ-имид, к другому концу которого припаивается катод диода датчика.
Для удобства работы отрезаем 50…70 мм обмоточного провода диаметром 0,2 мм в особо прочной термостойкой изоляции ПНЭТ-имид и зачищаем один из его концов на длину примерно 3 мм, облуживаем серебросодержащим тугоплавким припоем, с помощью плоскогубцев расплющиваем облуженный участок на треть-половину диаметра провода и загибаем под углом 90°. Облуженный участок укорачиваем (обрезаем) до длины 0,8…0,9 мм до сгиба. Этот участок будет ложиться на вывод катода диода датчика.
От фторопластовой (тефлоновой) трубки диаметром 1 мм (лучше прозрачной для обеспечения визуального контроля за сборкой) отрезаем вспомогательный отрезок длиной 25…30 мм, с одной стороны его делаем срез под углом 45°. С этой стороны в отрезок трубки вставляем подготовленный (с загибом) обмоточный провод (загиб со стороны среза трубки под углом 45°). Оставив примерно 10… 15 мм от загиба до края трубки со срезом, обмоточный провод изгибаем с обеих сторон, чтобы он не выпадал при изготовлении датчика.
С противоположной стороны в трубку вставляем красный провод расплющенным выводом так, чтобы осталось расстояние до косого среза 8…10 мм. С помощью шприца с иглой или застроганной по диаметру палочкой(например,зубочисткой) внутрь трубки вводится небольшое количество паяльной серебросодержащей пасты LF-320 (примерно 2…3 мм по длине внутренней поверхности трубки). Затем из упаковки извлекается диод 1N4148WT, с помощью мультимет- ра, если необходимо, определяется его полярность и стороной вывода анода диод с помощью углового пинцета вставляется в трубку со стороны косого среза.
Больших усилий по удержанию диода в пинцете применять не нужно. Диод хорошо “летает”, размеры его мизерны и найти его, порой, после этого невозможно (Hi!). Просадив диод деревянной зубочисткой или губкой пинцета до контакта с красным проводом через порцию паяльной пасты, подтягиваем обмоточный проводок, возможно, вращая, чтобы загнутая часть свободно прошла в трубку и улеглась на вывод катода диода. После этого снова вводим в трубку по её длине 2…3 мм паяльной пасты и “запечатываем” с конца трубки со срезом её зубочисткой, подработанной под диаметр трубки и с торцом того же диаметра, как внутренний диаметр трубки.
Включаем промышленный фен, устанавливаем на нём температуру в 550…660° и, удерживая собранный узел датчика за красный провод, производим прогрев зоны расположения диода через трубку. Паста “выжимает” из себя припой, который образует капли, теперь нужно сжать узел, нажимая одновременно с одной стороны на красный провод, с другой стороны на подработанную зубочистку. Если припоя окажется много, то излишки его проскочат к выводу анода диода и могут замкнуть его выводы. Наиболее часто это
происходит вдоль отрезка обмоточного провода. Достаточно лишь немного прогреть припой со стороны этого провода и, благодаря силам поверхностного натяжения припоя, “перемычка” устраняется. В результате, получается диод для поверхностного монтажа с припаянными к нему проволочными выводами. Удерживая красный и обмоточный провода одновременно, снимаем с узла вспомогательную трубку и загнутой под углом 90° зубной щёткой, смоченной ацетоном, промываем узел, удаляя остатки пасты и лишние шарики припоя.
От фторопластовой трубки диаметром 1 мм отрезаем кусочек длиной 20 мм и надеваем его на отрезок проволоки диаметром 1,1…1,2 мм (чтобы “распялить”). Затем, сняв отрезок с проволоки, без особых усилий вставляем в него узел, так чтобы диод с пайками зашёл с запасом на 2…4 мм. После этого отрезаем обмоточный проводок на расстоянии 10 мм от трубки, зачищаем его с конца на 5 мм и облуживаем серебросодержащим припоем. Затем, закрепив синий провод, например, в тисках, спаиваем тем же припоем с применением жидкого флюса залуженный конец обмоточного провода с залуженным концом синего провода, так чтобы провода плотно прилегли друг к другу.
Промываем пайку и вводим её в трубку, проталкивая узел внутрь так, чтобы и синий, и красный провод с изоляцией оказались внутри фторопластовой трубки (рис. 3). Расстояние до торца трубки от пайки катода диода должно быть порядка 1 мм (ближе — будет замыкание на металлический корпус датчика, больше — уменьшится чувствительность датчика). Зачищаем на расстояние 5… 10 мм свободные концы синего и красного проводов от изоляции и с помощью мультиметра проверяем качество пайки к диоду, отсутствие короткого замыкания и полярность относительно цветов проводов. Если всё в порядке, переходим ко второму этапу — помещению заготовки в корпус. В качестве примера рассмотрен корпус датчика, устанавливаемый в нишу.
Крепление и герметизация соединения производится с помощью резиновых и фторопластового колец. Металлический корпус датчика вытачивается на токарном станке и после изготовления некоторое время выдерживается в ацетоне для очистки. Затем, взяв корпус с помощью зажима, прочищаем его канал, предназначенный для размещения диода, от механических примесей с помощью вращательного и поступательного движений металлического тросика, конец которого при движении удаляет стружки и другие загрязнения. После этого с помощью шприца с иголкой канал корпуса датчика заполняется спиртом. Корпус разогревается с помощью прогретого фена с температурой 600…660°, начиная с тонкого конца.
Спирт моментально вскипает и выносит остатки грязи, порой со звуком хлопка, наружу, одновременно обеспечивается поверхность для превосходной адгезии (прилипания) герметика при герметизации ТД. Дополнительно, секунд 10… 15, прогреваем корпус, двигая фен вдоль корпуса. Затем вставляем в его канал металлическую иглу диаметром 1 мм шприца с теплопроводной пастой КПТ-8, переворачиваем шприц иглой с корпусом ТД вверх, при этом корпус датчика при подаче пасты поднимается на игле. Подъём необходимо закончить на высоте 15 мм, иначе будет избыток пасты в датчике — будет сложно герметизировать. Игла шприца удаляется, корпус переворачиватся и устанавливается тонкой частью в отверстие (в данном случае, в подставке настольных тисков). Подготовленный узел с диодом вставляем (трубкой) в канал корпуса до отказа, постепенно погружая в термопасту.
На зубочистку из тюбика берётся часть герметика (“АВТОСИЛ”) размером с большую горошину, им закупоривается горловина корпуса Фторопластовая трубка диаметром 2 мм и длиной, например, 280 мм надевается на оба провода (красный и синий) и вставляется внутрь горловины корпуса до отказа (горловина корпуса имеет больший диаметр, чем канал датчика и резьба — М3,5 мм). Резьба в горловине позволяет зафиксировать внешнюю защитную трубку, которую надели на провода, в корпусе датчика путём вставления между ней и стенкой горловины металлического клина.
Далее, отверстие входа проводов герметизируется тем же герметиком, заглаживается и сушится в вертикальном положении в течении суток — время полимеризации 
(рис. 4). Датчик окончательно проверяется на отсутствие короткого замыкания между выводами (синим и красным проводами), на соответствие полярности цветам проводов (анод — красный, катод — синий), на замыкание на корпус, для чего соединяются выводы вместе и между ними и корпусом датчика измеряется сопротивление, которое должно быть более десятков МОм. Хранится датчик с замкнутыми между собой выводами.
В заключение несколько слов о компонентах ТД. Все пайки в ТД осуществляются только тугоплавким припоем и соответствующей паяльной пастой с содержанием серебра. Паста должна храниться в холодильнике. При загустевании её допустимо разбавлять жидким флюсом, например, R41L Возможен альтернативный вариант припаивания проводов к диоду паяльником, но тут нужен опыт, аккуратность и “не трясущиеся” руки (Hi!). Фторопластовая трубка попадается порой измятой, деформированной. Выправить её удаётся, продёрнув внутрь трубки отрезок металлического “чулка” (оплётки), на конце которой припоем сформирован шарик или конус диаметром примерно 2,2 мм (для трубки диаметром 2 мм).
Стоит протянуть это утолщение внутри трубки, и она будет выпрямлена. Монтажный провод типа МС — это провод с посеребренной жилой и фторопластовой тугоплавкой изоляцией различных цветов. Обмоточный провод ПЭТ-имид — медный одножильный, имеющий повышенную прочность изоляции как в плане температуры, так и от механических воздействий. Можно попробовать применить провода типа ПЭВ, ПЭТВ, но надёжность датчика с ними ниже. Падение напряжения на прямом сопротивлении диода типа 1 N4148WT составляет порядка 500 с небольшим мВ и изменяется, даже если просто подуть на зону расположения диода в готовом ТД. Особенно этот эффект заметен в нагретом состоянии ТД. Напряжение на прямом сопротивлении диода уменьшается при нагреве и увеличивается при охлаждении.
