Termostato para soldar plásticos

Descripción del diseño simple y confiable de un regulador de temperatura para soldar plásticos, por ejemplo, marcos de plástico.

Termostatos Nombramiento y alcance

Parece una cosa simple controlador de temperatura, y su objetivo principal es mantener una temperatura dada. Pero hay muchas áreas de tecnología o simplemente hogares donde se debe mantener una temperatura estable y en un rango bastante amplio.

Por ejemplo, podría ser piso cálido, un acuario con peces dorados, una incubadora para eliminar pollitos, una chimenea eléctrica o caldera en el baño. En todos estos casos, la temperatura debe mantenerse diferente. Por ejemplo, para los peces de acuario, dependiendo de su tipo, la temperatura del agua en el acuario puede estar en el rango de 22 ... 31 ° C, en la incubadora dentro de 37 ... 38 ° C, y en una chimenea o caldera eléctrica de aproximadamente 70 ... 80 ° C.

También hay controladores de temperatura que mantienen la temperatura en el rango de cien a mil o más grados. Crear un regulador de temperatura con un rango de varios grados a varios miles no es práctico; el diseño resultará demasiado complicado y costoso, e incluso, muy probablemente, no funcionará. Por lo tanto, los termostatos se producen, por regla general, en un rango de temperatura bastante estrecho.

Muchos procesos también usan controladores de temperatura. Este equipo de soldadura, máquinas de moldeo por inyección para moldear productos de plástico, equipos para soldar tuberías de plástico, tan de moda recientemente, y no menos populares ventanas de plástico.

Los controladores de temperatura modernos de producción industrial son bastante complejos y precisos, ya que, por regla general, se basan en microcontroladores, tienen una indicación digital de los modos de funcionamiento y el usuario puede programarlos. Pero, con bastante frecuencia, se necesitan diseños menos complejos.

Este artículo describirá construcción de un controlador de temperatura bastante simple y confiable, disponible para su fabricación en una sola producción, por ejemplo, en laboratorios eléctricos de fábrica. Varias docenas de estos dispositivos se han utilizado con éxito en máquinas para soldar marcos de plástico. Por cierto, las propias máquinas también se fabricaron en un solo entorno de producción.

Descripción del diagrama del circuito.

El diseño del termostato es bastante simple, debido al uso del chip K157UD2, que es un amplificador operacional dual (OA). Un paquete DIP14 contiene dos amplificadores operacionales independientes, que combinan solo pines de alimentación comunes.

El alcance de este chip es principalmente equipo de amplificación de sonido, como mezcladores, crossovers, grabadoras y varios amplificadores. Por lo tanto, los amplificadores operacionales se caracterizan por un bajo nivel de ruido, lo que también hace posible usarlo como un amplificador para señales de termopar, cuyo nivel es solo unas pocas decenas de milivoltios. Con el mismo éxito, se puede usar el chip K157UD3. En este caso, no se requieren alteraciones ni configuraciones.

A pesar de la simplicidad del circuito, el dispositivo mantiene una temperatura dentro de 180 ... 300 C ° con una tolerancia de no más del 5%, que es suficiente para una soldadura de plástico de alta calidad. Potencia del calentador 400 vatios. El diagrama esquemático del controlador de temperatura se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Diagrama esquemático de un regulador de temperatura (al hacer clic en una imagen se abrirá un circuito a mayor escala).

Funcionalmente, el termostato consta de varios nodos: un amplificador de señal de termopar en el amplificador operacional DA1.1, comparador en el amplificador operacional DA1.2, lanzadores triac en el transistor VT1 y el dispositivo clave de salida hecho en el triac T1. Este triac incluye una carga, indicada en el diagrama como EK1.

Termopar

Medida de temperatura usando un termopar BK1.El diseño utilizó un termopar TYPE K con una termoemf de 4 μV / ° C. A una temperatura de 100 ° C, el termopar desarrolla un voltaje de 4.095 mV, a 200 ° C, 8.137 mV, y a 260 ° C, 10.560 mV. Estos datos se toman de una tabla de calibración de termopar compilada empíricamente. Las mediciones se realizaron con compensación de la temperatura de la unión fría. Se utilizan termopares similares en multímetros digitales con medidores de temperatura, por ejemplo DT838. El uso del termopar de alambre TMDT 2-38 también es posible. Tales termopares están actualmente a la venta.

Amplificador termo-EMF

El amplificador de señal de termopar en el amplificador operacional DA1.1 está diseñado de acuerdo con un circuito amplificador diferencial. Esta inclusión del amplificador operacional le permite deshacerse de la interferencia de modo común, que es necesaria para amplificar una señal de termopar débil.

La ganancia del amplificador diferencial está determinada por la relación de la resistencia de las resistencias R3 / R1 y a los valores indicados en el diagrama es 560. Por lo tanto, a la salida del amplificador a una temperatura de 260 ° C, el voltaje debe ser 10.560 * 560 = 5913.6 mV, o 5.91 V. En Esto implica que R1 = R2 y R3 = R4.

Para cambiar la ganancia, por ejemplo, cuando se utiliza un tipo diferente de termopar, deberá cambiar dos resistencias a la vez. La mayoría de las veces esto se hace reemplazando las resistencias R3 y R4. En la entrada del amplificador y en el circuito de retroalimentación, se instalan condensadores C1 ... C4, cuyo propósito es la protección contra la interferencia y la formación de la respuesta de frecuencia necesaria del amplificador.

Este circuito no proporciona un circuito de compensación de temperatura de unión fría. Esto hizo posible simplificar significativamente el circuito, aunque no se tiene en cuenta al medir la temperatura del elemento calefactor en comparación con la simplificación del circuito.

Dispositivo de comparación - comparador

El monitoreo de la temperatura de calentamiento se lleva a cabo utilizando un comparador (dispositivo de comparación), realizado en el OS DA1.2. El umbral del comparador se establece utilizando la resistencia de sintonización R8, el voltaje desde el cual a través de la resistencia R7 se suministra a la entrada no inversora del comparador (pin 2).

Usando las resistencias R9 y R6, se establecen los umbrales superior e inferior del punto de ajuste de temperatura, respectivamente. El voltaje del termopar amplificado se alimenta a través de la resistencia R5 a través de la resistencia R5 a la entrada inversora del comparador. La amplificación se mencionó un poco más arriba.

La lógica del comparador

Mientras que el voltaje en la entrada inversora es menor que en el no inversor, el voltaje de salida del comparador es alto (casi +12 V). En el caso de que el voltaje de la entrada inversora sea mayor que la salida no inversora del comparador -12V, que corresponde a un nivel bajo.

Dispositivo de disparo triac

El dispositivo de disparo triac en el transistor VT1 está hecho de acuerdo con el esquema del generador de bloqueo clásico, que se puede ver en cualquier libro de texto o libro de referencia. Su única diferencia con el circuito clásico es que la polarización a la base del transistor se suministra desde la salida del comparador, lo que le permite controlar su funcionamiento.

Cuando la salida del comparador es alta, casi +12 V, se aplica un desplazamiento a la base del transistor y el generador de bloqueo genera pulsos cortos. Si la salida del comparador es baja, -12 V, una polarización negativa bloquea el transistor VT1, por lo que se detiene la generación de impulsos.

El transformador del generador de bloqueo Tr1 está enrollado en un anillo de ferrita marca K10 * 6 * 4 hecho de ferrita NM2000. Los tres devanados contienen 50 vueltas de cable PELSHO 0.13.

El devanado se realiza mediante lanzadera en tres cables a la vez, de modo que el comienzo y los extremos de los devanados son diametralmente opuestos. Esto es necesario para facilitar la instalación del transformador en la placa. La apariencia del transformador se muestra en la Figura 4 al final del artículo.

Funcionamiento del termostato

Cuando el termostato se enciende hasta que el termopar se calienta, el voltaje de salida DA1.1 es cero, o solo unos pocos milivoltios en más o menos.Esto se debe al hecho de que K157UD2 no tiene conclusiones para conectar una resistencia de compensación de compensación, con lo cual sería posible establecer con precisión el voltaje de salida cero.

Pero, para nuestros propósitos, estos milivoltios en la salida no dan miedo, ya que el comparador está sintonizado a un voltaje más alto, del orden de 6 ... 8 V. Por lo tanto, en cualquier configuración del comparador en este estado, su salida tiene un nivel alto, alrededor de + 12V, que inicia el generador de bloqueo en transistor VT1. Los pulsos del devanado III del transformador Tr1 abren el triac T1, que incluye un elemento calefactor EK1.

Junto con él, el termopar también comienza a calentarse, por lo que el voltaje en la salida del amplificador DA1.1 aumenta a medida que aumenta la temperatura. Cuando este voltaje alcanza el valor establecido por la resistencia R8, el comparador pasará a un estado bajo, lo que detendrá el generador de bloqueo. Por lo tanto, el triac T1 se cerrará y apagará el calentador.

Junto con él, el termopar se enfriará, el voltaje a la salida de DA1.1 disminuirá. Cuando este voltaje se vuelve ligeramente más bajo que el voltaje en el motor de la resistencia R8, el comparador volverá a un nivel alto en la salida y encenderá el generador de bloqueo nuevamente. El ciclo de calentamiento se repetirá nuevamente.

Para el control visual del termostato, se proporcionan los LED HL1 verde y HL2 rojo. Cuando se calienta el elemento de trabajo, se enciende el LED rojo y cuando se alcanza la temperatura establecida, se enciende el verde. Para proteger los LED del voltaje inverso, los diodos protectores VD1 y VD2 del tipo KD521 están conectados en paralelo con ellos en la dirección opuesta.

Construcción. Placa de circuito

Casi todo el circuito junto con la fuente de alimentación se realiza en una placa de circuito impreso. El diseño de la placa de circuito se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Placa de circuito del termostato (cuando hace clic en la imagen, el circuito se abrirá a mayor escala).

Dimensiones de PCB 40 * 116 mm. La placa se fabricó utilizando tecnología de planchado láser utilizando el programa de dibujo de la placa de circuito de diseño de sprint 4. Para hacer una placa de circuito impreso a partir del dibujo mencionado anteriormente, se deben tomar varios pasos.

En primer lugar, convierta la imagen al formato * .BMP, péguela en la ventana de trabajo del diseño de sprint 4. En segundo lugar, simplemente dibuje las líneas de las pistas impresas. En tercer lugar, imprima en una impresora láser y continúe con la fabricación de la placa de circuito impreso. El proceso de fabricación de la placa ya se ha descrito. en uno de los articulos. Las líneas verdes en el tablero indican el cableado de los devanados en los anillos de ferrita. Esto se discutirá a continuación.

Además del controlador de temperatura real, la placa también contiene una fuente de alimentación, que a primera vista puede parecer irrazonablemente compleja. Pero tal solución nos permitió deshacernos del problema de encontrar y adquirir un transformador de red de baja potencia y una "carpintería" adicional para solucionarlo en el caso. El circuito de la fuente de alimentación se muestra en la Figura 3.

Figura 3. La fuente de alimentación para el controlador de temperatura (cuando hace clic en la imagen, se abrirá un esquema más grande).

Deben decirse algunas palabras sobre este bloque por separado. El circuito fue desarrollado por V. Kuznetsov, y originalmente estaba destinado a alimentar dispositivos de microcontroladores, donde demostró ser bastante confiable en operación. Posteriormente, se usó para alimentar el termostato.

El esquema es bastante simple. La tensión de red a través del condensador de enfriamiento rápido C1 y la resistencia R4 se suministra al puente rectificador VDS1, hecho de diodos 1N4007. La ondulación del voltaje rectificado es suavizada por el capacitor C2, el voltaje es estabilizado por el análogo de un diodo zener hecho en un transistor VT3, un diodo zener VD2 y una resistencia R3. La resistencia R4 limita la corriente de carga del condensador C2 cuando el dispositivo está conectado a la red, y la resistencia R5 descarga el condensador de lastre C1 cuando se desconecta de la red. Transistor VT3 tipo KT815G, diodo Zener VD2 tipo 1N4749A con un voltaje de estabilización de 24V, potencia 1W.

El voltaje en el condensador C2 se usa para alimentar un oscilador push-pull fabricado en los transistores VT1, VT2. Los circuitos base de los transistores están controlados por un transformador Tr1. El diodo VD1 protege las transiciones de base de los transistores de los pulsos negativos de autoinducción de los devanados del transformador Tr1. Transistores VT1, VT2 tipo KT815G, diodo VD1 KD521.

El transformador de "potencia" Tr2 está incluido en los circuitos colectores de los transistores, a partir de los devanados de salida IV y V, de los cuales se obtiene voltaje para alimentar todo el circuito. El voltaje de pulso en la salida del transformador es rectificado por diodos de alta frecuencia del tipo FR207, suavizado por los filtros RC más simples, y luego estabilizado al nivel de 12V por los diodos Zener VD5, VD6 del tipo 1N4742A. Su voltaje de estabilización es de 12V, la potencia es de 1W.

La fase de los devanados se muestra en el diagrama como de costumbre: el punto indica el comienzo del devanado. Si durante el montaje la fase no se mezcla, entonces la fuente de alimentación no requiere ningún ajuste, comienza a funcionar de inmediato.

El diseño de los transformadores Tr1 y Tr2 se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Vista del conjunto de la placa.

Ambos transformadores (Figura 3) están hechos en anillos de ferrita hechos de ferrita de la marca más común НМ2000. Transformer Tr1 contiene tres devanados idénticos de 10 vueltas en un anillo de tamaño K10 * 6 * 4 mm. Los devanados son enrollados por una lanzadera en tres cables a la vez. Los bordes afilados del anillo deben estar opacos con papel de lija, y el anillo en sí debe estar envuelto con una capa de cinta adhesiva ordinaria. Para mayor resistencia mecánica, el transformador se enrolla con un cable PEV - 2 0.33 suficientemente grueso, aunque también se puede usar un cable más delgado.

Transformer Tr2 también se hace en el anillo. Su tamaño es K10 * 16 * 6 mm: a una frecuencia de funcionamiento de 40 kilohercios, se pueden eliminar 7 vatios de potencia de dicho anillo. Los devanados I y II están enrollados con un cable PELSHO - 0.13 en dos cables y contienen 44 vueltas. Encima de estos devanados hay un devanado de retroalimentación III, que contiene 3 vueltas de cable PEV - 2 0.33. El uso de un cable tan grueso también asegura el transformador a la placa.

Los devanados secundarios IV y V también están enrollados en dos alambres y contienen 36 vueltas de alambre cosido-2 0.2. De acuerdo con el diagrama de la Figura 3, estos devanados están sellados en el tablero, incluso sin continuidad: los comienzos de ambos devanados están sellados juntos en un cable común, y los extremos de los devanados simplemente están conectados a los diodos VD3 y VD4. La posición relativa de los devanados se puede ver en la Figura 4.

En la figura de la placa de circuito (Figura 2 al comienzo del artículo), los devanados de todos los transformadores se muestran con líneas verdes. Los comienzos y los extremos de los devanados en anillos de pequeño diámetro son diametralmente opuestos, por lo que primero debe soldar los tres cables del principio en el tablero y luego, naturalmente, los anillos de los devanados con un probador, los extremos de los devanados.

Cerca de las rutas de impresión donde el transformador Tr2 está sellado, puede ver puntos que muestran el comienzo de los devanados I, II y III. El devanado de salida, como se mencionó anteriormente, está sellado incluso sin continuidad: comienza en un cable común y termina en los diodos rectificadores.

Si esta opción de la fuente de alimentación parece complicada o simplemente no quiere meterse con ella, entonces se puede hacer de acuerdo con el esquema que se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Fuente de alimentación: una versión simplificada.

En esta fuente de alimentación, puede usar un transformador de red reductor con una capacidad de no más de 5 vatios con un voltaje de salida de 14 ... 15 V. El consumo de energía es pequeño, por lo tanto, el rectificador está hecho de acuerdo con un circuito de media onda, lo que hizo posible obtener un voltaje de salida bipolar de un devanado. Los transformadores de amplificadores de antena "polacos" son bastante adecuados.

Verificación antes del montaje final

Como ya se mencionó, un dispositivo correctamente ensamblado no necesita ajuste, pero es mejor verificarlo antes del ensamblaje final. En primer lugar, se verifica el funcionamiento de la fuente de alimentación: el voltaje en los diodos zener debe ser de 12 V. Es mejor hacerlo antes de instalar el microcircuito en la placa.

Después de eso, debe conectar un termopar y establecer el voltaje de aproximadamente 5 ... 5.5 V en el motor de la resistencia R8En lugar de un triac, conecte un LED al devanado de salida del generador de bloqueo a través de una resistencia con una resistencia de 50 ... 100 ohmios. Después de enchufar el dispositivo, este LED debería encenderse, lo que indica el funcionamiento del generador de bloqueo.

Después de eso, debe calentar el termopar con al menos un soldador; el LED debe apagarse. Por lo tanto, solo queda ensamblar finalmente el dispositivo y establecer la temperatura requerida con un termómetro. Esto debe hacerse cuando el triac y el calentador ya están conectados.

Hablando de triac. Por supuesto, puede usar el KU208G doméstico, pero no todos estos triacs se lanzan, debe elegir al menos uno de varias piezas. Importados mucho mejor son importados BTA06 600A. La corriente máxima permitida de dicho triac 6A, un voltaje inverso de 600 V, que es suficiente para usar en el regulador de temperatura descrito.

El triac está montado en un pequeño radiador, que se atornilla a la placa con tornillos con bastidores de plástico de 8 mm de altura. Los LED HL1 y HL2 están instalados en el panel frontal, las resistencias R6, R8, R9 también están instaladas allí. Para conectar el dispositivo a la red, el calentador y el termopar, se utilizan conectores de terminal, o simplemente bloques de terminales.

Boris Aladyshkin