Termostaatti muovien hitsaamiseen

Kuvaus lämpötilansäätimen yksinkertaisesta ja luotettavasta suunnittelusta muovien, esimerkiksi muovikehysten, hitsaamiseen.

Termostaatit. Nimittäminen ja soveltamisala

Se tuntuu yksinkertaiselta lämpötilansäädin, ja sen päätarkoitus on ylläpitää tiettyä lämpötilaa. Mutta on olemassa monia tekniikan aloja tai yksinkertaisesti kotitalouksia, joilla vakaa lämpötila tulisi ylläpitää melko laaja-alaisella alueella.

Se voi esimerkiksi olla lämmin lattia, akvaario kultakaloilla, inkubaattori poikasten poistamiseksi, sähkötakka tai boileri kylpyhuoneessa. Kaikissa näissä tapauksissa lämpötilan on oltava erilainen. Esimerkiksi akvaariokaloille, tyypistään riippuen, veden lämpötila voi olla välillä 22 ... 31 ° C, inkubaattorissa 37 ... 38 ° C ja sähkötakassa tai kattilassa noin 70 ... 80 ° C.

On myös lämpötilansäätimiä, jotka pitävät lämpötilaa välillä sadasta tuhanteen tai enemmän astetta. Lämpötilansäätimen luominen vaihteluvälillä useista asteista useisiin tuhansiin on epäkäytännöllistä; suunnittelu osoittautuu liian monimutkaiseksi ja kalliiksi ja jopa todennäköisimmin toimimattomaksi. Siksi termostaatteja tuotetaan pääsääntöisesti melko kapealla lämpötila-alueella.

Monissa prosesseissa käytetään myös lämpötilansäätimiä. Tämä juotoslaite, ruiskuvalukoneet muovituotteiden muovaamiseen, muoviputkien hitsauslaitteet, niin muodikkaat viime aikoina, ja yhtä suositut muovi-ikkunat.

Teollisuustuotannon nykyaikaiset lämpötilansäätimet ovat melko monimutkaisia ​​ja tarkkoja, jotka on yleensä valmistettu mikrokontrollerien perusteella, niissä on digitaalinen näyttö käyttötavoista ja käyttäjän ohjelmoitavissa. Mutta melko usein tarvitaan vähemmän monimutkaisia ​​malleja.

Tässä artikkelissa kuvataan melko yksinkertaisen ja luotettavan lämpötilansäätimen rakentaminen, valmistettavissa yhdessä tuotannossa, esimerkiksi tehdas-sähkölaboratorioissa. Useita kymmeniä näistä laitteista on onnistuneesti käytetty muovikehysten hitsauskoneissa. Muuten, itse koneet valmistettiin myös yhdessä tuotantoympäristössä.

Kytkentäkaavion kuvaus

Termostaatin suunnittelu on melko yksinkertainen johtuen K157UD2-sirun käytöstä, joka on kaksoisoperaatiovahvistin (OA). Yksi DIP14-paketti sisältää kaksi erillistä op-vahvistinta, joissa yhdistyvät vain yleiset virtatapit.

Tämän sirun piiriin kuuluvat pääasiassa äänenvahvistuslaitteet, kuten sekoittimet, ristikkurit, nauhurit ja erilaiset vahvistimet. Siksi op-vahvistimille on ominaista alhainen kohinataso, mikä myös mahdollistaa sen käytön lämpöparin signaalien vahvistimena, jonka taso on vain muutamia kymmeniä millivoltteja. Samalla menestyksellä K157UD3-sirua voidaan käyttää. Tässä tapauksessa muutoksia ja asetuksia ei tarvita.

Virtapiirin yksinkertaisuudesta huolimatta laite ylläpitää lämpötilaa 180 ... 300 ° C: n tarkkuudella enintään 5%, mikä riittää korkealaatuiseen muovihitsaukseen. Lämmittimen teho 400 wattia. Lämpötilansäätimen kaavio on esitetty kuvassa 1.

Kuva 1. Kaavio lämpötilansäätimestä (kuvan napsauttaminen avaa suuremman mittakaavan piirin).

Termostaatti koostuu toiminnallisesti useista solmuista: termoelementin signaalivahvistin DA1.1-op-amp-vahvistimessa, komparaattori DA1.2-op-vahvistimella, kantoraketit triac transistorissa VT1 ja triac T1: llä valmistetulla lähtöavaimella. Tämä triac sisältää kuorman, joka on merkitty kaaviossa EK1: ksi.

termoelementin

Lämpötilan mittaus käyttämällä lämpöparia BK1.Suunnittelu käyttää TYPE K -paria, jonka termoemf on 4 μV / ° C. Lämpötilassa 100 ° C termoelementti kehittää jännitteen 4,095 mV, 200 ° C: ssa 8,137 mV ja 260 ° C: ssa 10 560 mV. Nämä tiedot on otettu termoelementtien kalibrointitaulusta, joka on koottu empiirisesti. Mittaukset tehtiin kompensoimalla kylmän liittymän lämpötila. Samanlaisia ​​lämpöparia käytetään digitaaliset yleismittarit lämpötilamittareilla, esimerkiksi DT838. TMDT 2-38-lankatermoelementin käyttö on myös mahdollista. Tällaisia ​​lämpöparia on tällä hetkellä myynnissä.

Termo-EMF-vahvistin

Termoparisignaalinvahvistin DA1.1-op-vahvistimessa on suunniteltu differentiaalivahvistinpiirin mukaisesti. Tämä op-vahvistimen sisällyttäminen antaa sinun päästä eroon tavallisen tilan häiriöistä, jotka ovat tarpeen heikon termoelementtisignaalin vahvistamiseksi.

Erotusvahvistimen vahvistuksen määrää vastusten R3 / R1 resistanssisuhde ja kaaviossa ilmoitetuissa arvoissa on 560. Siten vahvistimen ulostulossa lämpötilassa 260 ° C jännitteen tulisi olla 10,560 * 560 = 5913,6 mV tai 5,91 V. tämä tarkoittaa, että R1 = R2 ja R3 = R4.

Vahvistuksen muuttamiseksi, esimerkiksi käytettäessä erityyppistä lämpöparia, joudut vaihtamaan kaksi vastusta kerralla. Yleensä tämä tehdään korvaamalla vastukset R3 ja R4. Vahvistimen tuloon ja takaisinkytkentäpiiriin on asennettu kondensaattoreita C1 ... C4, joiden tarkoituksena on suoja häiriöiltä ja vahvistimen tarvittavan taajuusvasteen muodostuminen.

Tämä järjestelmä ei tarjoa kylmän liitoksen lämpötilan kompensointijärjestelmää. Tämä antoi mahdolliseksi yksinkertaistaa virtapiiriä merkittävästi, vaikka sitä ei oteta huomioon mittaamalla lämmityselementin lämpötilaa verrattuna piirin yksinkertaistamiseen.

Vertaa laitetta - vertailu

Lämmityslämpötilan tarkkailu suoritetaan vertailulaitteella (vertailulaite), suoritetaan OS DA1.2: lla. Vertailijan vastekynnys asetetaan trimmerivastuksella R8, jonka jännite syötetään vastuksen R7 kautta vertailijan ei-invertoivaan tuloon (nasta 2).

Vastuksia R9 ja R6 käyttämällä asetetaan ylempi ja alempi kynnysarvo lämpötilalle. Vahvistettu termoelementin jännite syötetään vastuksen R5 kautta vertailijan käänteiseen tuloon (nasta 3). Vahvistus mainittiin hiukan korkeammalle.

Vertailijan logiikka

Vaikka jännite invertoivassa tulossa on pienempi kuin invertoimattomassa, vertailijan lähtöjännite on korkea (melkein + 12 V). Tapauksessa, kun käänteisen tulon jännite on korkeampi kuin vertailijan ei-kääntävä lähtö, -12V, mikä vastaa matalaa tasoa.

Triac-laukaisulaite

Transistorin VT1 triac-laukaisulaite on valmistettu klassisen estogeneraattorin kaavion mukaan, joka voidaan nähdä missä tahansa oppikirjassa tai viitekirjassa. Sen ainoa ero klassisesta piiristä on, että transistorin pohjaan kohdistuva esijännite syötetään komparaattorin lähdöstä, jonka avulla voit hallita sen toimintaa.

Kun vertailijan lähtö on korkea, melkein + 12 V, transistorin kannalle kohdistetaan poikkeama ja estogeneraattori tuottaa lyhyitä pulsseja. Jos vertailijan lähtö on alhainen, -12 V, negatiivinen esijännitys lukitsee transistorin VT1, joten pulssin generointi pysähtyy.

Tr1: n estävän generaattorin muuntaja kierretään K10 * 6 * 4 -merkkiseen ferriittirenkaaseen, joka on valmistettu NM2000-ferriitistä. Kaikki kolme käämiä sisältävät 50 kierrosta PELSHO 0,13 lankaa.

Käämitys tehdään sukkulalla kolmessa langassa kerralla siten, että käämien alku ja pää ovat diametraalisesti vastakkaiset. Tämä on välttämätöntä muuntajan asentamisen helpottamiseksi levylle. Muuntajan ulkonäkö on esitetty kuvassa 4 artikkelin lopussa.

Termostaatin toiminta

Kun termostaatti kytketään päälle, kunnes termoelementti on lämmitetty, lähtöjännite DA1.1 on nolla tai vain muutama millivoltti plussa tai miinus.Tämä johtuu tosiasiasta, että K157UD2: lla ei ole johtopäätöksiä tasapainotusvastuksen kytkemisestä, jonka avulla nollajännite voidaan asettaa tarkasti ulostulossa.

Mutta tarkoituksiamme varten nämä lähtömolivolttit eivät ole pelottavia, koska vertailija on viritetty suurempaan jännitteeseen, joka on luokkaa 6 ... 8 V. Tämän vuoksi missä tahansa vertailijan asetuksessa tässä tilassa sen lähtö on korkealla tasolla, noin + 12 V, mikä käynnistää estogeneraattorin transistori VT1. Muuntajan Tr1 käämityksestä III tulevat pulssit avaavat triacin T1, joka sisältää lämmityselementin EK1.

Yhdessä sen kanssa, termoelementti alkaa myös lämmetä, joten DA1.1-vahvistimen ulostulon jännite kasvaa lämpötilan noustessa. Kun tämä jännite saavuttaa vastuksen R8 asettaman arvon, komparaattori menee alhaiseen tilaan, mikä pysäyttää estävän generaattorin. Siksi triac T1 sulkee ja sammuttaa lämmittimen.

Yhdessä sen kanssa, lämpöpari jäähtyy, jännite DA1.1: n ulostulossa laskee. Kun tästä jännitteestä tulee hiukan alhaisempi kuin vastuksen R8 moottorin jännite, komparaattori menee jälleen korkealle tasolle ulostulossa ja kytkee estogeneraattorin uudelleen päälle. Lämmitysjakso toistetaan uudelleen.

Termostaatin visuaalista ohjausta varten on LED-merkkivalot HL1 vihreät ja HL2 punaiset. Kun työelementtiä kuumennetaan, punainen merkkivalo syttyy ja kun asetettu lämpötila saavutetaan, vihreä valo syttyy. LEDien suojaamiseksi käänteisjännitteeltä tyypin KD521 suojadiodit VD1 ja VD2 on kytketty rinnalla niiden vastakkaiseen suuntaan.

Design. Piirilevy

Lähes koko piiri ja virtalähde on tehty yhdelle piirilevylle. Piirilevyn rakenne on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Termostaatin piirilevy (kun napsautat kuvaa, piiri aukeaa suuremmassa mittakaavassa).

Piirilevyn mitat 40 * 116 mm. Levy valmistettiin lasersilitystekniikalla käyttämällä sprintin asettelua 4. Piirilevyn piirustusohjelmaa varten.Jos painetun piirilevyn tekemiseksi edellä mainitusta piirustuksesta tulisi suorittaa useita vaiheita.

Muunna ensin kuva * .BMP-muotoon, liitä se sprintin asettelu 4 -ikkunaan. Toiseksi, yksinkertaisesti piirrä tulostettujen kappaleiden viivat. Kolmanneksi tulosta lasertulostimella ja jatka piirilevyn valmistusta. Levyn valmistusprosessi on jo kuvattu. yhdessä artikkeleissa. Taulun vihreät viivat osoittavat ferriittirenkaiden käämien johdotuksen. Tätä käsitellään jäljempänä.

Todellisen lämpötilasäätimen lisäksi kortti sisältää myös virtalähteen, joka voi ensi silmäyksellä tuntua kohtuuttoman monimutkaiselta. Mutta tällainen ratkaisu antoi meille mahdollisuuden päästä eroon ongelmasta löytää ja hankkia pienitehoinen verkkomuuntaja ja ylimääräinen "puusepäntyö" sen korjaamiseksi tapauksessa. Virtalähdepiiri on esitetty kuvassa 3.

Kuva 3. Lämpötilansäätimen virtalähde (kun napsautat kuvaa, suurempi järjestelmä aukeaa).

Muutaman sanan tulisi sanoa tästä lohkosta erikseen. Piirin on kehittänyt V. Kuznetsov, ja se oli alun perin tarkoitettu mikro-ohjauslaitteiden virrankäyttöön, missä se osoittautui melko luotettavaksi toiminnassa. Myöhemmin sitä käytettiin termostaatin virtaan.

Järjestelmä on melko yksinkertainen. Verkkojännite sammutuskondensaattorin C1 ja vastuksen R4 kautta syötetään tasasuuntaajasiltaan VDS1, joka on valmistettu diodeista 1N4007. Puhdistetun jännitteen aalto tasoitetaan kondensaattorilla C2, jännite vakautetaan transistorille VT3 tehdyn zener-diodin, zener-diodin VD2 ja vastuksen R3 analogilla. Vastus R4 rajoittaa kondensaattorin C2 latausvirtaa, kun laite on kytketty verkkoon, ja vastus R5 purkaa liitäntälaitteen kondensaattorin C1, kun se irroitetaan verkosta. Transistori VT3, tyyppi KT815G, Zener-diodi VD2, tyyppi 1N4749A, stabilointijännite 24V, teho 1W.

Kondensaattorin C2 jännitettä käytetään transistoreihin VT1, VT2 tehtyyn push-pull-oskillaattoriin. Transistorien peruspiirejä ohjataan muuntajalla Tr1. Diodi VD1 suojaa transistorien kantasiirtymiä muuntajan Tr1 käämien negatiivisilta itseinduktiopulsseilta. Transistorit VT1, VT2 tyyppi KT815G, diodi VD1 KD521.

Transistorien kollektoripiireihin sisältyy ”teho” muuntaja Tr2, lähtökäämistä IV ja V, joiden jännitteet saadaan koko piirin virran kytkemiseksi. Pulssijännite muuntajan lähdössä tasasuuntaataan FR207-tyyppisillä korkeataajuuksisilla diodeilla, tasoitetaan yksinkertaisimmilla RC-suodattimilla ja vakautetaan sitten 12V: n tasolla Zener-diodeilla VD5, VD6, tyyppiä 1N4742A. Niiden vakautusjännite on 12V, teho 1W.

Käämien vaiheistus on esitetty kaaviossa tavalliseen tapaan: piste osoittaa käämityksen alkamisen. Jos vaiheittaista asennusta ei sekoiteta, virtalähde ei vaadi säätöä, se alkaa toimia välittömästi.

Muuntajien Tr1 ja Tr2 suunnittelu on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Kuva levykokoonpanosta.

Molemmat muuntajat (kuva 3) on tehty ferriittirenkaista, jotka on valmistettu yleisimmän tuotemerkin НМ2000 ferriitistä. Muuntaja Tr1 sisältää kolme identtistä kääntää 10 kierrosta renkaalla, jonka koko on K10 * 6 * 4 mm. Käämitykset käämitään sukkulalla kolmessa langassa kerralla. Renkaan terävät reunat tulee himmentää hiekkapaperilla, ja rengas itse kääritään tavallisella teipillä. Mekaanisen lujuuden vuoksi muuntaja kierretään riittävän paksulla PEV - 0,33-langalla, vaikka voidaan käyttää myös ohuempaa lankaa.

Muuntaja Tr2 tehdään myös renkaaseen. Sen koko on K10 * 16 * 6 mm: 40 kilohertsin toimintataajuudella 7 watin teho voidaan poistaa tällaisesta renkaasta. Käämitykset I ja II kelataan PELSHO - 0,13-langalla kahdessa langassa ja ne sisältävät 44 kierrosta. Näiden käämien päällä on takaisinkäämi III, joka sisältää 3 kierrosta lankaa PEV - 2 0,33. Tällaisen paksun johdon käyttö myös varmistaa muuntajan levylle.

Toissijaiset käämit IV ja V on myös kierretty kahteen johtoon ja ne sisältävät 36 kierrosta lankaa ommeltua-2 0,2. Kuvion 3 kaavion mukaan nämä käämit on suljettu levylle myös ilman jatkuvuutta: Molempien käämien alkeet tiivistetään yhteen yhteisellä johdolla, ja käämien päät on yksinkertaisesti kytketty VD3- ja VD4-diodeihin. Käämien suhteellinen sijainti näkyy kuvassa 4.

Piirilevykuvassa (kuva 2 artikkelin alussa) kaikkien muuntajan käämit on merkitty vihreillä viivoilla. Pienen halkaisijan omaavien renkaiden käämien alku ja pää ovat vastakkaisesti vastakkaisia, joten sinun on ensin juotettava alun kolme johtoa levyyn ja sitten käämityksen päät luonnollisesti soittamalla käämityksellä testerillä.

Tulostuspolkujen lähellä, joihin muuntaja Tr2 on suljettu, näet pisteitä, jotka osoittavat käämien I, II ja III alkavan. Kuten edellä mainittiin, lähtökäämi suljetaan ilman jatkuvuutta: se alkaa yhdessä yhteisellä viiralla ja päättyy tasasuuntaisiin diodeihin.

Jos tämä virtalähteen vaihtoehto vaikuttaa monimutkaiselta tai ei vain halua sekoittaa sitä, se voidaan tehdä kuvassa 5 esitetyn kaavion mukaisesti.

Kuva 5. Virtalähde on yksinkertaistettu versio.

Tässä virtalähteessä voit käyttää portaattomasti verkkomuuntajaa, jonka kapasiteetti on enintään 5 wattia, lähtöjännitteellä 14 ... 15 V. Virrankulutus on pieni, joten tasasuuntaaja on valmistettu puoli-aaltopiirin mukaisesti, mikä mahdollisti bipolaarisen lähtöjännitteen saamisen yhdestä käämityksestä. "Puolalaisten" antennivahvistimien muuntajat ovat varsin sopivia.

Varmennus ennen lopullista kokoamista

Kuten jo mainittiin, oikein koottu laite ei tarvitse säätää, mutta on parempi tarkistaa se ennen lopullista kokoamista. Ensinnäkin tarkistetaan virtalähteen toiminta: zener-diodien jännitteen tulisi olla 12 V. Tämä on parempi tehdä ennen mikrosirun asentamista kortille.

Sen jälkeen sinun pitäisi kytkeä termoelementti ja asettaa vastuksen R8 moottoriin jännite noin 5 ... 5,5 V.Liitä triacin sijasta LED-valo estogeneraattorin lähtökäämiin 50 ... 100 ohmin resistanssin kautta. Kun laite on kytketty pistorasiaan, tämän merkkivalon tulisi syttyä, mikä osoittaa estogeneraattorin toiminnan.

Sen jälkeen sinun tulee lämmittää termoelementti ainakin juotosraudalla - LEDin pitäisi sammua. Joten jäädä vain koota laite lopulta ja asettaa tarvittava lämpötila lämpömittarilla. Tämä tulisi tehdä, kun triac ja lämmitin on jo kytketty.

Puhuminen triacista. Voit tietysti käyttää kotimaista KU208G: tä, mutta kaikkia näitä triakkeja ei tuoda markkinoille, sinun on valittava ainakin yksi useista kappaleista. Tuodut paljon paremmin tuodaan BTA06 600A. Tällaisen triacin 6A suurin sallittu virta, käänteinen jännite 600V, joka on täysin riittävä käytettäväksi kuvatussa lämpötilasäätimessä.

Triac asennetaan pienelle jäähdyttimelle, joka kiinnitetään levyyn ruuveilla, joiden muovitelineet ovat 8 mm korkeat. LEDit HL1 ja HL2 on asennettu etupaneeliin, vastukset R6, R8, R9 on myös asennettu niihin. Laitteen kytkemiseen verkkoon, lämmittimeen ja termoelementtiin käytetään liitäntäliittimiä tai yksinkertaisesti riviliittimet.

Boris Aladyshkin