Categories: Articles destacats » Electrònica pràctica
Nombre de visualitzacions: 54385
Comentaris sobre l'article: 3
Termostat per soldar plàstics
Descripció del disseny senzill i fiable d'un regulador de temperatura per soldar plàstics, per exemple, bastidors de plàstic.
Termòstats. Cita i abast
Semblaria una cosa senzilla regulador de temperaturai el seu objectiu principal és mantenir una temperatura determinada. Però hi ha moltes àrees tecnològiques o simplement llars on s’ha de mantenir una temperatura estable i en un rang bastant ampli.
Per exemple, podria ser pis càlid, un aquari amb peixos d'or, una incubadora per treure pollets, una xemeneia elèctrica o caldera al bany. En tots aquests casos, la temperatura s’ha de mantenir diferent. Per exemple, per als peixos d’aquari, depenent del seu tipus, la temperatura de l’aigua a l’aquari pot estar en el rang de 22 ... 31 ° C, a la incubadora entre els 37 ... 38 ° C, i en una xemeneia elèctrica o una caldera d’uns 70 ... 80 ° C.
També hi ha reguladors de temperatura que mantenen la temperatura en un rang de cent a mil o més graus. Crear un regulador de temperatura amb un rang des de diversos graus fins a diversos milers no és pràctic; el disseny resultarà massa complicat i car i fins i tot, molt probablement, inoperant. Per tant, els termòstats es produeixen, per regla general, en un interval de temperatures força estret.
Molts processos també utilitzen controladors de temperatura. Aquest equipament de soldadura, màquines d’injecció per modelar productes plàstics, equips per soldar canonades de plàstic, tan de moda recentment, i no menys populars en les finestres de plàstic.
Els moderns controladors de temperatura de la producció industrial són força complexos i precisos, per la qual cosa, per regla general, sobre la base de microcontroladors, tenen una indicació digital dels modes de funcionament i poden ser programats per l’usuari. Però, amb molta freqüència es necessiten dissenys menys complexos.
Aquest article descriurà construcció d'un controlador de temperatura bastant simple i fiable, disponible per a la fabricació en una única producció, per exemple, en laboratoris elèctrics de fàbrica. Diverses dotzenes d’aquests dispositius s’han utilitzat amb èxit en màquines per soldar marcs de plàstic. Per cert, les mateixes màquines també es van fabricar en un entorn de producció únic.
Descripció del diagrama del circuit
El disseny del termòstat és bastant senzill, a causa de l’ús del xip K157UD2, que és un amplificador operatiu dual (OA). Un paquet DIP14 conté dos amplificadors opcionals independents, que només combinen pins de corrent comú.
L’abast d’aquest xip és principalment equips d’amplificació de so, com mescladors, travessers, enregistradors i diversos amplificadors. Per tant, els amplificadors op es caracteritzen per un nivell reduït de soroll, que també permet utilitzar-lo com a amplificador per a senyals de termoparell, el nivell dels quals és només d’unes poques desenes de milivolts. Amb el mateix èxit, es pot fer servir el xip K157UD3. En aquest cas, no calen modificacions ni configuracions.
Malgrat la senzillesa del circuit, el dispositiu manté una temperatura dins de 180 ... 300 C ° amb una tolerància no superior al 5%, cosa suficient per a les soldadures de plàstic d'alta qualitat. Potència escalfadora de 400 watts. A la figura 1 es mostra un esquema esquemàtic del controlador de temperatura.
Figura 1. Esquema esquemàtic d’un regulador de temperatura (fent clic sobre una imatge s’obrirà un circuit a escala més gran).
Funcionalment, el termòstat consta de diversos nodes: un amplificador de senyal de termopar a l'amplificador opcional DA1.1, comparador als operadors DA1.2, llançadors triac al transistor VT1 i al dispositiu de clau de sortida realitzat al triac T1. Aquest triac inclou una càrrega, indicada al diagrama com a EK1.
Termocopa
Mesura de la temperatura utilitzant un termopar BK1.El disseny utilitza un termopar de tipus K amb una termoemf de 4 μV / ° C. A una temperatura de 100 ° C, el termopar desenvolupa una tensió de 4,095 mV, a 200 ° C 8,137 mV, i a 260 ° C 10,560 mV. Aquestes dades es prenen d’una taula de calibració de termoparells compilada empíricament. Les mesures es van fer amb compensació de la temperatura de la unió freda. S'utilitzen termoparells similars multímetres digitals amb mesuradors de temperatura, per exemple DT838. També és possible l'ús de la termocoppia de filferro TMDT 2-38. Actualment, aquests termocopis estan a la venda.
Amplificador termo-EMF
L’amplificador de senyal de termopar de l’amplificador op DA1.1 està dissenyat segons un circuit d’amplificador diferencial. Aquesta inclusió de l’amplificador op permet alliberar-se de la interferència en mode comú, que és necessari per amplificar un senyal de termopar feble.
El guany de l’amplificador diferencial està determinat per la relació de la resistència de les resistències R3 / R1 i als valors indicats al diagrama és de 560. Així, a la sortida de l’amplificador a una temperatura de 260 ° C, el voltatge ha de ser de 10.560 * 560 = 5913.6 mV, o de 5.91 V. això implica que R1 = R2 i R3 = R4.
Per canviar el guany, per exemple, quan feu servir un tipus de termopar diferent, haureu de canviar dues resistències alhora. Molt sovint això es fa substituint les resistències R3 i R4. A l’entrada de l’amplificador i al circuit de retroalimentació s’instal·len condensadors C1 ... C4, l’objectiu dels quals és la protecció contra interferències i la formació de la resposta de freqüència necessària de l’amplificador.
Aquest esquema no proporciona un esquema de compensació de temperatura de la unió freda. Això va permetre simplificar significativament el circuit, tot i que no es té en compte a l’hora de mesurar la temperatura de l’element de calefacció en comparació amb la simplificació del circuit.
Dispositiu de comparació - comparador
El control de la temperatura de calefacció es realitza mitjançant un comparador (dispositiu de comparació), realitzat al sistema operatiu DA1.2. El llindar del comparador es defineix mitjançant la resistència d’afinació R8, la tensió a partir de la qual a través de la resistència R7 es subministra a l’entrada no inversora del comparador (pin 2).
Utilitzant les resistències R9 i R6, els llindars superiors i inferiors del valor de temperatura s’estableixen respectivament.La tensió del termopar amplificat s’inicia a través de la resistència R5 mitjançant l’entrada inversora del comparador, (pin 3). Es va mencionar l'amplificació una mica més alta.
La lògica del comparador
Mentre que la tensió a l’entrada inversa és inferior a la que no inverteix, la tensió de sortida del comparador és alta (gairebé + 12V). En el cas en què la tensió de l’entrada invertida és superior a la sortida no inversora del comparador -12V, que correspon a un nivell baix.
Dispositiu de desencadenament del triàc
El dispositiu de desencadenament de triac al transistor VT1 es realitza segons l’esquema del generador de bloqueig clàssic, que es pot veure a qualsevol llibre de text o llibre de referència. La seva única diferència respecte al circuit clàssic és que el biaix a la base del transistor es subministra des de la sortida del comparador, cosa que permet controlar el seu funcionament.
Quan la sortida del comparador és alta, gairebé + 12V, s’aplica un desplaçament a la base del transistor i el generador de bloqueig genera impulsos curts. Si la sortida del comparador és baixa, -12V, un biaix negatiu bloqueja el transistor VT1, de manera que la generació d’impulsos s’atura.
El transformador del generador de bloqueig Tr1 s'enrotlla en un anell de ferrita de la marca K10 * 6 * 4 fabricat en ferrita NM2000. Els tres enrotllaments contenen 50 voltes de filferro PELSHO 0,13.
La bobinada es realitza mitjançant llançadora en tres cables alhora perquè el començament i els extrems dels bobinats siguin diametralment oposats. Això és necessari per facilitar la instal·lació del transformador a la placa. L’aparició del transformador es mostra a la figura 4 al final de l’article.
Funcionament del termòstat
Quan el termòstat s’encén fins que el termopar s’escalfa, la tensió de sortida DA1.1 és zero, o només uns quants millivolts més o menys.Això es deu al fet que K157UD2 no té conclusions sobre la connexió d’una resistència d’equilibrament de retalls, amb la qual cosa seria possible establir amb precisió la tensió de sortida zero.
Però, als nostres propòsits, aquests millivolts a la sortida no tenen por, ja que el comparador està ajustat a una tensió més alta, de l’ordre de 6 ... 8 V. Per tant, en qualsevol configuració del comparador d’aquest estat, la seva sortida té un nivell alt, d’uns + 12 V, que inicia el generador de bloqueig a transistor VT1. Els polsos procedents del bobinat III del transformador Tr1 obren el triac T1, que inclou un element de calefacció EK1.
Junt amb ell, el termopar també comença a escalfar-se, de manera que la tensió a la sortida de l'amplificador DA1.1 augmenta a mesura que augmenta la temperatura. Quan aquesta tensió assoleixi el valor establert per la resistència R8, el comparador passarà a un estat baix, la qual cosa frenarà el generador de bloqueig. Per tant, el triac T1 es tancarà i apagarà l'escalfador.
Junt amb ell, el termopar es refredarà, la tensió a la sortida del DA1.1 disminuirà. Quan aquesta tensió es converteix lleugerament inferior a la del motor de la resistència R8, el comparador tornarà a entrar a un nivell alt a la sortida i tornarà a encendre el generador de bloqueig. El cicle de calefacció es tornarà a repetir.
Per al control visual del termòstat, es proporcionen leds verd HL1 i vermell HL2. Quan l’element de treball s’escalfa, el LED vermell s’il·lumina i, quan s’arriba a la temperatura ajustada, s’encén el verd. Per protegir els LED de la tensió inversa, els díodes de protecció VD1 i VD2 tipus KD521 es connecten paral·lelament amb ells en sentit contrari.
Construcció. Placa de circuit
Gairebé tot el circuit juntament amb la font d’energia es realitzen en una placa de circuit imprès. El disseny de la placa de circuit es mostra a la figura 2.
Figura 2. Placa de circuit del termòstat (quan feu clic a la imatge, el circuit s’obrirà a una escala més gran).
Dimensions del PCB 40 * 116 mm. La placa es va fer mitjançant la tecnologia de planxa per làser mitjançant el programa de dibuix de plaques de circuit de disposició de velocitat 4. Per fer una placa de circuit imprès del dibuix esmentat anteriorment, s’han de fer diversos passos.
Primerament, convertiu la imatge en format * .BMP, enganxeu-la a la finestra de treball del disseny de Sprint 4. En segon lloc, simplement dibuixeu les línies de les pistes impreses. En tercer lloc, imprimiu en una impressora làser i continueu amb la fabricació de la placa de circuit imprès. El procés de fabricació del tauler ja s’ha descrit. en un dels articles. Les línies verdes del tauler indiquen el cablejat dels enrotllaments en anells de ferrita. Això es parlarà a continuació.
A més del controlador de temperatura real, la placa també conté una font d’energia, que a primera vista pot semblar raonablement complexa. Però una solució així ens va permetre alliberar-nos del problema de trobar i adquirir un transformador de xarxa de baix consum i una "fusteria" addicional per solucionar-ho en el cas. El circuit d’alimentació d’energia es mostra a la figura 3.
Figura 3. L’alimentació del controlador de temperatura (quan feu clic a la imatge, s’obrirà un esquema més gran).
S'hauria de dir algunes paraules sobre aquest bloc per separat. El circuit va ser desenvolupat per V. Kuznetsov, i originalment estava pensat per alimentar dispositius de microcontrolador, on es va demostrar força fiable en el seu funcionament. Posteriorment, es va fer servir per alimentar el termòstat.
L’esquema és bastant simple. La tensió de corrent mitjançant el condensador C1 i la resistència R4 es subministra al pont rectificador VDS1, format per díodes 1N4007. El ondulament de la tensió rectificada es suavitza amb el condensador C2, la tensió s’estabilitza mitjançant l’anàleg d’un díode zener realitzat en un transistor VT3, un díode zener VD2 i una resistència R3. El resistor R4 limita el corrent de càrrega del condensador C2 quan el dispositiu està connectat a la xarxa i la resistència R5 descarrega el condensador C1 quan es desconnecta de la xarxa. Transistor VT3 tipus KT815G, díode Zener VD2 tipus 1N4749A amb una tensió d’estabilització de 24V, potència 1W.
La tensió del condensador C2 s’utilitza per alimentar un oscil·lador d’empenta realitzat en transistors VT1, VT2. Els circuits de base dels transistors estan controlats per un transformador Tr1. El díode VD1 protegeix les transicions base dels transistors dels polsos d’autoinducció negatius dels enrotllaments del transformador Tr1. Transistors VT1, tipus VT2 KT815G, díode VD1 KD521.
S'inclou un transformador de potència Tr2 als circuits col·lectors dels transistors, a partir dels bobinatges de sortida IV i V dels quals s'obtenen voltatges per alimentar tot el circuit. La tensió d’impuls a la sortida del transformador es rectifica mitjançant díodes d’alta freqüència del tipus FR207, suavitzats pels filtres RC més senzills, i després estabilitzats a nivell de 12V pels díodes Zener VD5, VD6 del tipus 1N4742A. El seu voltatge d’estabilització és de 12V, la potència és de 1W.
La fase de les bobinacions es mostra al diagrama de forma habitual: el punt indica el començament de la bobina. Si durant el muntatge l’eliminació de fases no es barreja, l’alimentació no requereix cap ajustament, comença a funcionar immediatament.
A la figura 4 es mostra el disseny dels transformadors Tr1 i Tr2.
Figura 4. Vista del conjunt del tauler.
Els dos transformadors (figura 3) estan fets sobre anells de ferrita de ferrita de la marca més comuna НМ2000. El transformador Tr1 conté tres enrotllaments idèntics de 10 voltes sobre un anell de mida K10 * 6 * 4 mm. Els enrotllaments es llancen amb una llançadora en tres fils alhora. Les vores afilades de l’anell s’han d’adobar amb paper de seda i l’anell mateix s’ha d’embolicar amb una capa de cinta adhesiva ordinària. Per a una resistència mecànica, el transformador s'enrotlla amb un fil PEV-2 0,33 prou gruixut, tot i que també es pot utilitzar un fil més prim.
El transformador Tr2 també es realitza al ring. La seva mida és K10 * 16 * 6 mm: amb una freqüència de funcionament de 40 quilohertz, es pot treure 7 watts de potència d'un dit anell. Els bobinatges I i II s'enrotllen amb un filferro PELSHO - 0,13 en dos fils i contenen 44 voltes. A sobre d'aquests enrotllaments, hi ha un bobinat de retroalimentació III, que conté 3 voltes de filferro PEV - 2 0,33. L'ús d'un cable tan gruixut també fixa el transformador a la placa.
Els bobinatges secundaris IV i V també s'enrotllen en dos fils i contenen 36 voltes de filferro cosir-2 0,2. Segons el diagrama de la figura 3, aquests enrotllaments estan segellats a la placa fins i tot sense continuïtat: els inicis d’ambdós enrotllaments estan segellats junts en un cable comú i els extrems dels enrotllaments es connecten simplement als díodes VD3 i VD4. La posició relativa dels bobinats es pot veure a la figura 4.
A la figura de la placa de circuit (figura 2 al començament de l’article), les bobines de tots els transformadors es mostren per línies verdes. Els inicis i els extrems dels enrotllaments dels anells de petit diàmetre són diametralment oposats, per la qual cosa primer heu de soldar els tres fils del començament al tauler, i després, fer sonar els enrotllaments de forma natural amb els extrems de les bobines.
Prop de les vies d’impressió on està segellat el transformador Tr2, es poden veure punts que mostren l’inici dels bobinats I, II i III. El bobinat de sortida, com s'ha esmentat anteriorment, està segellat fins i tot sense continuïtat: s'inicia junt en un cable comú i els extrems cap als díodes rectificadors.
Si aquesta opció de l’alimentació sembla complicada o simplement no vol embolicar-la, es pot fer segons l’esquema que es mostra a la figura 5.
Figura 5. L’alimentació és una versió simplificada.
En aquesta font d’alimentació, podeu utilitzar un transformador d’alimentació disminuïda amb una capacitat de no més de 5 watts amb una tensió de sortida de 14 ... 15 V. El consum d’energia és reduït, de manera que el rectificador es realitza segons un circuit d’ona de mitja onada, cosa que va permetre obtenir una tensió de sortida bipolar a partir d’una bobinada. Els transformadors d’amplificadors d’antenes “poloneses” són força adequats.
Verificació abans del muntatge final
Com ja s’ha dit, un dispositiu muntat correctament no necessita ajust, però és millor comprovar-lo abans del muntatge final. En primer lloc, es comprova el funcionament de la font d’energia: la tensió als díodes zener ha de ser de 12 V. És millor fer-ho abans que el microcircuit s’instal·li a la placa.
Després d’això, hauríeu de connectar un termopar, i establir el voltatge d’uns 5 ... 5,5 V al motor de la resistència R8En lloc d’un triac, connecteu un LED al bobinat de sortida del generador de bloqueig mitjançant una resistència amb una resistència de 50 ... 100 Ohms. Un cop connectat el dispositiu, aquest LED s’ha d’encendre, cosa que indica el funcionament del generador de bloqueig.
Després d'això, heu d'escalfar el termopar amb almenys una soldadura: el LED s'ha d'apagar. Per tant, només queda muntar finalment el dispositiu i ajustar la temperatura necessària amb un termòmetre. Això s'ha de fer quan el triac i el calefactor ja estan connectats.
Parlant de triac. Per descomptat, podeu utilitzar el KU208G domèstic, però no tots els triacs es llancen, heu d'escollir com a mínim una de diverses peces. S’importen molt millor s’importen BTA06 600A. El corrent màxim admissible d’un tal triac 6A, una tensió inversa de 600V, que és suficient per utilitzar-lo en el regulador de temperatura descrit.
El triac està muntat sobre un petit radiador, que es cargola a la junta amb cargols amb bastidors de plàstic de 8 mm d'alçada. Els leds HL1 i HL2 s’instal·len al panell frontal, s’hi instal·len també resistències R6, R8, R9. Per connectar el dispositiu a la xarxa, calefactor i termopar, s'utilitzen connectors de terminals, o simplement blocs terminals.
Boris Aladyshkin
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: