鉛筆溶接器と熱電対プローブ

熱電対の温度計とは、2種の金属線(普通よくあるのはKタイプでAlumel線と Chromel 線)が接触すると温度に依存した起電力が生じることを利用した温度計である。

熱電対温度計は自作するのが簡単なのだが。問題はセンサーの形状である。2種の金属が接する部分をどうやって作るかである。センサーは様々なものが市販されているが、オーブンに入れたまま使えるローストビーフ用の温度計がなかなかない。多くは肉に刺すパイプが太く、なおかつオーブンの中に入れておけない。肉に刺すので細いパイプ状のセンサーがいいが、細いとすぐ曲げちゃう。外径 2 mm 以上あるとこんな太いの肉にさしていいのかよ(いいのだけど)とつい思っちゃう。

すでに完璧なローストビーフを作るための方法は確立している。ローストビーフのレシピはあちこちにあって、肉の温度を何度にしたらレアとかウエルダンとか書いてあるが、曖昧だ。オーブンを開けて温度計を刺すのはいいが、温度計を刺して抜いてオーブンに再び入れるなんてことはしたくない。温度が高くなりすぎたらコチコチになっちゃったりするからね。肉の大きさにかかわらずきれいに作る方法を確立したのだ。そのためにはオーブンの蓋を閉じて肉の中心部の温度変化を連続的に知る必要があるのだ。

これまで使っていたステンレスチューブで作ったプローブは、中にしこんだ熱電対線がステンレスパイプに接触したりするらしく、時々誤動作するので、新規に作成することにした。

外径 1.4 mm のステンレスパイプのプローブを作ることにした。この中に入れる細い熱電対ワイヤーがあるからでもある。

2種類の金属線を接触というが、単に撚っただけでは接触不良になるからだめで、ハンダ付けでも二種の金属が直接触れることなく間にハンダがあるのなら原理的には問題ないが、現実に作れない。溶接が一番である。しかし、市販の溶接機はそもそも極細ワイヤーを溶接するようにはできていない。極細ワイヤーなんだから溶接するのに電力は必要としないのだ。そこで、かつてはその辺にころがっていた抵抗等で作ったのだが、配線は空中にあり、

極めて不安定ということで、あらためて鉛筆溶接機を作成した。全く同じ回路だが 10 Ωの抵抗部分を複数の抵抗にしてしっかり固定したのだ。

危険だから、良い子はまねしないように。

3.4 A のスライダックと抵抗を直列に並べたものだけだ。10 Ω 2 ケ、5 Ω 1 ケ、1 Ω 2 ケの抵抗を直列に並べ、接続部分にコネクタ付けただけで、抵抗値をバナナチップをコネクタ(写真の赤丸)に刺すことで選ぶことができるだけだ。抵抗は発熱するからワット数の大きなもの(少なくとも10 W位)が必要だ。そのへんにころがっていたのを適当に使ってみた。

スライダックの2次電圧と抵抗の大きさだけで流れる電流を調節する。抵抗値が低いから連続して電流を流してはいけない。鉛筆の芯を尖らせて、この鉛筆の芯を金属に接触させたときに発生する熱で溶接するわけだ。

緑のミノムシクリップで溶接する線の溶接する端とは反対側の端を掴み、黄色線ー赤ミノムシクリップで鉛筆の芯を掴み、反対側の芯は鉛筆削りで尖らせてここでアーク放電ー発熱させて使う。

コネクタ付き熱電対500円を手に入れた。以下2枚の写真は秋月電子のページから。

この線の太さは0.3 mm で、先端が溶接されている。

この溶接部分を切り離し、長さを変えて段違いにしておいて、0.075 mm 径のAlumel, Chromel テフロンコーティング線を溶接するわけだ。テフロンコーティングの0.075 mm 径のAlumel, Chromelのペアの線は腰が弱いから、ステンレスチューブに入れにくい。そこで内径0.5 mm、外径 0.8 mm のポリエチレンチューブ(SP31)があったのでこの中に2本の線を通し、ステンレスチューブ(外径1.4 mm、内径 1.0 mm)に通すことにする。このポリエチレンチューブに2本の線を通すコツは、2本の線の被覆を剥がし、撚って、配線用の撚り線をばらして1本だけ取り出した銅線にはんだ付けする。ばらした撚り線の1本は十分細いからポリエチレンチューブに簡単に通すことができ、通して引っ張れば2本のテフロンコーティング線をポリエチレンチューブに通すことができる。はんだ付けした部分はとりあえず引っ張るための線を取り除き、はんだ付けしたままにしておく。

ポリエチレンチューブがステンレスチューブの中にあることになる・ポリエチレンチューブだから熱に弱い。熱で溶けても、中の線はテフロンでコーティングされているから問題ないはず。もっと高温になって燃えちゃったらこまるけど、ローストビーフのオーブンの温度ではどうなるかわからない。

パソコンのUSBに接続する顕微鏡と称するおもちゃで撮影したのが下の図で

右下から出てきたのが鉛筆の芯の先端だ。この写真では細い線を巻きつけてあるが、結局、あまり意味がない。鉛筆の先端を太い方の線に近づけアーク放電が生じるようにすると太い線が溶けるからその溶けたときに細い方の線をくっ付けるのがいい。
このように径の異なるワイヤーを溶接するのは難しい。細い方が容易に溶けて溶断してしまうからだ。細い方も太い方も溶けてほしいわけだ。何回か練習すればできるだろう。溶接されたところは極わずかな部分になるので、この溶接部分に力が加わるとすぐきれてしまう。両方のケーブルをテープ等で止めてうごかないようにしておいてから溶接する。太い線のコネクタ部分をミノムシクリップで掴み、太い線と鉛筆芯の間で電流を流して溶接する。

2本の細い方のワイヤーの逆側はハンダ付けしてあるから、ミノムシクリップで掴み、テスターで抵抗を測定する。線が細いとテスターのミノムシクリップで掴めないからだ。溶接できたようだったら、すこし細い線を動かして、テスターで抵抗値が変わらないことを確認し、硬化の早い接着剤ですぐ固定するのがいいだろう。
この場合は30Vで 10 Ωの抵抗を介して溶接した。ビノキュラの下で行わないと小さずぎて見えない。
下図のは上が 0.3 mm と 0.075 mm の線(赤と黄色)を溶接しエポキシ接着剤で固定したところだ(下写真の上)。

細い線の反対側は撚って銅線にはんだ付けしてあるから、これを切り取り、被覆を剥き、線を撚って短く切って、鉛筆の芯の先端を撚った部分に接触させ溶接した。太い線のコネクタをミノムシクリップでつかんで電流を流す。この場合20Vで20 Ωの抵抗を介した。こっちのほうは簡単にできる。上の図の下の部分だ。

 

外径1.4 mm 、長さ100 mmのステンレスチューブの中に挿入して使うわけだ。チューブの先端は注射針のように削って、鉛フリーのハンダで先端を塞ぐ。根本は外径 2.0 mm、内径 1.5 mmのステンレスパイプをはんだ付けし、6 mm のステンレス棒を旋盤で中が空洞になるようにし、さらに外径 2.0 mm、内径 1.5 mmのステンレスパイプが通るように穴あけ加工して、細い線と太い線の接続部がこの中にはいるようにした。中にはセラミック接着剤を充填した。また抵抗のリード線を6 mmのステンレスチューブにはんだ付けしてこの線を曲げて太い方の線を固定し、ひっぱったとき抜けないようにした。

太い方の青い線の被覆は熱に弱そうなのでガラス線維を織り込んで作ったチューブ(ガラスチューブ内径 2mm)を被せた。

市販製品 のK熱電対(シース型・コネクタ付き)に相当する。4千円だ。買ったほうが安い。

ThermoProデジタルオーブン調理用温度計 バーベキューコンロサーモメーター 肉 天ぷら 揚げ物 食品用 塩麹 燻製など温度のチェックのため キッチン料理用のタイマー アラーム機能があり 耐熱TP-06 はプローブをオーブンの中にいれて温度を測定できる。2000円位だ。安くていいだろう。ただし、プローブの太さがわからない。外径 2 mm 以上あるのでは?このプローブが太いと、肉に刺すときためらっちゃう。細いほうが精神衛生上好ましいが、耐久性がなくなっちゃう。しかし、安いからいいのでは?いろいろ機能があるようだが、その機能は使わない。温度がわかればいい。

 

「鉛筆溶接器と熱電対プローブ」への7件のフィードバック

  1. その昔、専用(?)の溶接機で、熱電対を”バチッ”と溶接したことを思い出しました。

    細い線だったので、溶け過ぎて切れてしまったり、見た目付いているかいないかよく分からないものが出来たり・・・。

    今となっては懐かしい思い出です。

  2. おお! 軒下管理人さんもやったのですか。ほんとはやばいんですよね。スライダックの銅線が焼ききれちゃったりするんですよね。

    ブレーカーが落ちるくらいだったら問題ないんですけどね。

  3. sighさん

    コメントありがとうございます。

    私が使ったのは、sighさんが製作したような手作り品ではなく、市販の溶接機でした。熱電対専用かどうか分かりませんが、熱電対を作る時には使っていました。

    熱電対を捩じった先端を、ペンチのような治具で挟んで握ると”バチッ”。その瞬間だけ電流が流れて、溶接完了。

    そんな感じでしたが、あまりに昔のこと(30年以上前)なので、詳細は覚えていません(^_^;)。

  4.  少なくとも放電回路に直列に抵抗を入れる意味がわからない方はマネしたらアブナイ。
     線が十分細ければ、チャッカマンの火花で溶接できるかもしれない(かなり根気がいるだろうけども)。

  5. 私は、ハンダで固めた事を思い出しました。細くする必要がなかったから適当でした。鉛筆の使用は、勉強になりました(試す機会があればいいな)。スライダックで電圧を下げていますが、感電にご注意ください。

  6. senjyuさん

    そうですね。感電します。ですから良い子はまねをしてはいけません。

  7. 科学誌印刷業者さん

    チャッカマンねぇ。片手で金属線を、他方の手で鉛筆をとなるとチャッカマンを足で操作しないと。
    多分、電圧はいいけど電流がながれないから溶けないのでは。

    写ルンですというカメラにはストロボのための電池から高電圧を発生させる回路がある。これを使うことも考えましたが、電圧が高いと、金属はぶっ飛んじゃって溶接にならないでしょう。

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