Termostat za zavarivanje plastike

Opis jednostavnog i pouzdanog dizajna regulatora temperature za zavarivanje plastike, na primjer, plastični okviri.

Termostati. Imenovanje i djelokrug

Činilo bi se jednostavnom regulator temperature, a glavna mu je svrha održavanje određene temperature. Ali postoje mnoga područja tehnologije ili jednostavno kućanstva u kojima treba održavati stabilnu temperaturu i to u prilično širokom rasponu.

Na primjer, moglo bi biti topli pod, akvarij sa zlatnim ribicama, inkubator za uklanjanje pilića, električni kamin ili bojler u kupaonici, U svim tim slučajevima temperatura se mora održavati različitom. Na primjer, za akvarijske ribe, ovisno o njihovoj vrsti, temperatura vode u akvariju može biti u rasponu 22 ... 31 ° C, u inkubatoru unutar 37 ... 38 ° C, a u električnom kaminu ili bojleru oko 70 ... 80 ° C.

Postoje i regulatori temperature koji održavaju temperaturu u rasponu od stotinu do tisuću ili više stupnjeva. Stvaranje regulatora temperature s rasponom od nekoliko stupnjeva do nekoliko tisuća nepraktično je, dizajn će ispasti previše kompliciran i skup, pa čak i, najvjerojatnije, neradan. Stoga se termostati u pravilu proizvode u prilično uskom temperaturnom rasponu.

Mnogi procesi koriste i regulatore temperature. Ova oprema za lemljenje, strojevi za injekcijsko lijevanje za lijevanje plastičnih proizvoda, oprema za zavarivanje plastičnih cijevi, tako moderno nedavno, a ne manje popularni plastični prozori.

Suvremeni industrijski termostati prilično su složeni i točni, obično se temelje na mikrokontrolerima, imaju digitalnu indikaciju načina rada i korisnik ih može programirati. Ali, vrlo često postoji potreba za manje složenim dizajnom.

Ovaj članak će opisati konstrukcija prilično jednostavnog i pouzdanog regulatora temperature, dostupno za proizvodnju u jednoj proizvodnji, na primjer, u tvorničkim električnim laboratorijama. Nekoliko desetaka ovih uređaja uspješno se koristi u strojevima za zavarivanje plastičnih okvira. Usput, sami strojevi također su proizvedeni u jednom proizvodnom okruženju.

Opis dijagrama kruga

Dizajn termostata prilično je jednostavan, zbog korištenja čipa K157UD2, koji je dvostruko operativno pojačalo (OA). Jedan paket DIP14 sadrži dva neovisna pojačala, koja kombiniraju samo uobičajene osigurače.

Opseg ovog čipa uglavnom je oprema za pojačavanje zvuka, poput miksera, krosovera, magnetofona i raznih pojačala. Stoga op-pojačala karakterizira niska razina buke, što omogućuje i korištenje kao pojačalo za termoelementirane signale, čija je razina samo nekoliko desetaka milivolta. S istim uspjehom može se koristiti i čip K157UD3. U tom slučaju nisu potrebne promjene i postavke.

Unatoč jednostavnosti kruga, uređaj održava temperaturu unutar 180 ... 300 C ° s tolerancijom ne većom od 5%, što je sasvim dovoljno za visokokvalitetno zavarivanje plastike. Snaga grijača 400 vata. Shematski dijagram regulatora temperature prikazan je na slici 1.

Slika 1. Shematski dijagram regulatora temperature (klikom na sliku otvorit ćete krug većeg mjerila).

Funkcionalno, termostat se sastoji od nekoliko čvorova: pojačalo signala termoelementa na DA1.1 op pojačalo, komparator na DA1.2 op-ampu, bacači dvosmjerni tiristor na tranzistoru VT1 i uređaju za izlazni ključ napravljen na trijaku T1. Ovaj triac uključuje opterećenje, koje je u dijagramu označeno kao EK1.

termoelektrična baterija

Mjerenje temperature pomoću termoelementa BK1.Dizajn je koristio termoelement TYPE K s termo-emfom od 4 μV / ° C. Pri temperaturi od 100 ° C termoelement razvija napon 4.095 mV, na 200 ° C 8.137 mV, a na 260 ° C 10.560 mV. Ti se podaci uzimaju iz kalibracijske tablice termoparova sastavljene empirijski. Mjerenja su izvršena uz kompenzaciju temperature hladnog spoja. Slični termoparovi se koriste u digitalni multimetri s mjeračima temperature, na primjer DT838. Moguća je i upotreba žice termoelementa TMDT 2-38. Takvi termoparovi su trenutno u prodaji.

Termo-EMF pojačalo

Termoelementno pojačalo signala na DA1.1 op pojačalo dizajnirano je prema diferencijalnom krugu pojačala. Ovo uključivanje op-pojačala omogućuje vam da se riješite smetnji u uobičajenom načinu rada, što je potrebno za pojačavanje slabog signala termoelementa.

Dobitak diferencijalnog pojačala određuje se omjerom otpora otpornika R3 / R1, a pri vrijednostima navedenim na dijagramu je 560. Dakle, na izlazu pojačala pri temperaturi od 260 ° C napon bi trebao biti 10.560 * 560 = 5913.6 mV, odnosno 5.91 V. Pri to implicira da su R1 = R2 i R3 = R4.

Da biste promijenili dobitak, na primjer, kada koristite drugi tip termoelementa, morat ćete promijeniti dva otpornika odjednom. Najčešće se to vrši zamjenom otpornika R3 i R4. Na ulazu pojačala i u povratnom krugu ugrađeni su kondenzatori C1 ... C4 čija je svrha zaštita od smetnji i stvaranje potrebnog frekvencijskog odziva pojačala.

Ovaj krug ne osigurava krug kompenzacije temperature hladnog spoja. To je omogućilo značajno pojednostavljenje kruga, iako se ne uzima u obzir pri mjerenju temperature grijaćeg elementa u usporedbi sa pojednostavljenjem kruga.

Usporedba uređaja - komparatora

Nadziranje temperature grijanja vrši se pomoću komparatora (uređaja za usporedbu) koji se izvodi na OS DA1.2. Prag komparatora postavlja se pomoću trimernog otpornika R8, napon iz kojeg se kroz otpornik R7 dovodi do ne invertirajućeg ulaza komparatora (pin 2).

Pomoću otpornika R9 i R6 postavljaju se gornji i donji pragovi zadane vrijednosti temperature, a pojačani napon termoelementa dovodi se kroz otpornik R5 kroz otpornik R5 do invertirajućeg ulaza komparatora. Pojačanje je spomenuto malo veće.

Logika komparatora

Dok je napon na invertirajućem ulazu manji nego na neinvertirajućem, izlazni napon komparatora je visok (gotovo + 12V). U slučaju kada je napon invertirajućeg ulaza veći od ne-invertirajućeg izlaza komparatora -12V, što odgovara niskoj razini.

Triac okidač

Uređaj s trijačnim okidačem na tranzistoru VT1 izrađen je prema shemi klasičnog blokatora, koji se može vidjeti u bilo kojem udžbeniku ili referenci. Njegova jedina razlika od klasičnog kruga je da se odstupanje do osnove tranzistora napaja iz izlaza komparatora, što vam omogućuje kontrolu njegova rada.

Kad je izlaz komparatora visok, gotovo + 12 V, na postolje tranzistora primjenjuje se odstupanje, a generator koji blokira stvara kratke impulse. Ako je izlaz komparatora nizak, -12V, negativna pristranost zaključava tranzistor VT1, pa se generiranje impulsa zaustavlja.

Transformator blokatora Tr1 namotan je na feritni prsten marke K10 * 6 * 4 od ferita NM2000. Sva tri namota sadrže 50 okretaja PELSHO 0,13 žice.

Namotavanje se vrši šutom u tri žice odjednom tako da su početak i krajevi namota dijametralno suprotni. Ovo je potrebno kako bi se olakšala ugradnja transformatora na ploču. Izgled transformatora prikazan je na slici 4 na kraju članka.

Rad termostata

Kada je termostat uključen dok se termoelement ne zagrijava, izlazni napon DA1.1 je nula, odnosno samo nekoliko milivolta u plusu ili minusu.To je zbog činjenice da K157UD2 nema zaključke za spajanje trim balansirajućeg otpora, s kojim bi bilo moguće točno postaviti nulti napon na izlazu.

Ali, za naše potrebe, ti izlazni milivolti nisu zastrašujući, budući da je komparator podešen na viši napon, reda od 6 ... 8 V. Stoga, pri bilo kojem postavljanju komparatora u ovom stanju, njegov izlaz ima visoku razinu, oko + 12V, što pokreće generator za blokiranje na tranzistor VT1. Impulsi iz namota III transformatora Tr1 otvaraju trojac T1, koji uključuje grijaći element EK1.

Zajedno s njim, termoelement se također počinje zagrijavati, pa napon na izlazu pojačala DA1.1 raste kako temperatura raste. Kad ovaj napon dosegne vrijednost koju je postavio otpornik R8, komparator će preći u nisko stanje, što će zaustaviti generator koji blokira. Stoga će se triac T1 zatvoriti i isključiti grijač.

Zajedno s njim, termoelement će se ohladiti, napon na izlazu DA1.1 će se smanjiti. Kad ovaj napon postane malo niži od napona na otporniku R8 motora, komparator će ponovno ući na visoku razinu na izlazu i ponovno uključiti blokirajući generator. Ciklus grijanja opet će se ponoviti.

Za vizualnu kontrolu termostata osiguravaju se LED HL1 zelene i HL2 crvene boje. Kada se radni element zagrijava, crveni LED svijetli, a kad je postignuta postavljena temperatura, svijetli zeleni. Da bi zaštitili LED od povratnog napona, zaštitne diode VD1 i VD2 tipa KD521 paralelno su s njima povezane u suprotnom smjeru.

Dizajn. Pločica

Gotovo čitav krug zajedno s izvorom napajanja napravljen je na jednoj tiskanoj pločici. Dizajn pločice je prikazan na slici 2.

Slika 2. pločica termostata (kad kliknete na sliku, krug će se otvoriti u većoj mjeri).

Dimenzije PCB 40 * 116 mm. Ploča je izrađena pomoću tehnologije laserskog peglanja pomoću programa crtanja šprinta na ploči 4. Da bi se tiskana pločica napravila od spomenutog crteža, potrebno je poduzeti nekoliko koraka.

Prvo pretvorite sliku u * .BMP format, zalijepite je u radni prozor sprint izgleda 4. Drugo, jednostavno nacrtajte crte ispisanih zapisa. Treće, ispisati na laserskom pisaču i nastaviti s proizvodnjom ploče s tiskanim krugom. Postupak proizvodnje ploče već je opisan. u jednom od članaka, Zelene linije na ploči označavaju spajanje namotaja na feritnim prstenima. O tome će se raspravljati u nastavku.

Pored stvarnog regulatora temperature, ploča sadrži i izvor napajanja, koji se na prvi pogled može činiti nerazumno složenim. Ali takvo rješenje omogućilo nam je da se riješimo problema pronalaženja i nabave mrežnog transformatora male snage i dodatne „stolarije“ kako bismo ga riješili u slučaju. Krug napajanja prikazan je na slici 3.

Slika 3. Napajanje regulatora temperature (kad kliknete na sliku otvorit će se veća shema).

O ovom bloku treba posebno reći nekoliko riječi. Krug je razvio V. Kuznetsov, a prvotno je bio namijenjen napajanju mikrokontrolernih uređaja, gdje se pokazao prilično pouzdanim u radu. Nakon toga korišten je za napajanje termostata.

Shema je prilično jednostavna. Mrežni napon kroz kondenzator za gašenje C1 i otpornik R4 dovodi se na ispravljački most VDS1, izrađen od dioda 1N4007. Osip ispravljenog napona izglađuje se kondenzatorom C2, napon se stabilizira analogom zener diode izrađenom na tranzistoru VT3, zener diodi VD2 i otporniku R3. Otpornik R4 ograničava struju punjenja kondenzatora C2 kada je uređaj spojen na mrežu, a otpornik R5 ispušta balastni kondenzator C1 kada je isključen iz mreže. Tranzistor VT3 tip KT815G, Zener dioda VD2 tip 1N4749A sa stabilizacijskim naponom od 24 V, snage 1W.

Napon na kondenzatoru C2 koristi se za napajanje oscilatora push-pull-a izrađenim na tranzistorima VT1, VT2. Bazni krugovi tranzistora upravljaju transformatorom Tr1. Dioda VD1 štiti osnovne prijelaze tranzistora od negativnih samoinduktivnih impulsa namota transformatora Tr1. Tranzistori VT1, VT2 tip KT815G, dioda VD1 KD521.

U strujni krug tranzistora ugrađuje se „energetski“ transformator Tr2, iz izlaznih namotaja IV i V, od kojih se dobiva napon za napajanje cijelog kruga. Napon impulsa na izlazu transformatora ispravlja se visokofrekventnim diodama tipa FR207, izglađuje se najjednostavnijim filtrima RC-a, a zatim se stabilizira na razini 12V zener-diodama VD5, VD6 tipa 1N4742A. Njihov stabilizacijski napon je 12V, snaga 1W.

Faza namotavanja prikazana je na dijagramu kao i obično: točka označava početak namotaja. Ako se tijekom montaže faza ne miješa, tada napajanje ne zahtijeva nikakvo prilagođavanje, započinje s radom odmah.

Dizajn transformatora Tr1 i Tr2 prikazan je na slici 4.

Slika 4. Pogled sklopa ploče.

Oba transformatora (slika 3) izrađeni su na feritnim prstenovima od ferita najčešće uobičajene marke NM2000. Transformator Tr1 sadrži tri identična namota od 10 okretaja na prstenu veličine K10 * 6 * 4 mm. Namota su namotani šatlom u tri žice odjednom. Oštri rubovi prstena trebaju biti obloženi brusnim papirom, a sam prsten treba omotati slojem obične ljepljive trake. Za mehaničku čvrstoću, transformator je namotan s dovoljno debelom žicom PEV - 2 0,33, iako se može koristiti i tanja žica.

Na prstenu se izrađuje i transformator Tr2. Njegova je veličina K10 * 16 * 6 mm: pri radnoj frekvenciji od 40 kiloherca, 7 takta snage se mogu ukloniti iz takvog prstena. Namota I i II su namotani žicom PELSHO - 0,13 u dvije žice i sadrže 44 zavoja. Na vrhu ovih namotaja nalazi se povratno navijanje III, koje sadrži 3 navoja žice PEV - 2 0,33. Upotreba tako guste žice također učvršćuje transformator na ploču.

Sekundarni namoti IV i V također su namotani u dvije žice i sadrže 36 navoja žičane šive-2 0,2. Prema dijagramu na slici 3, ovi namoti su zapečaćeni na ploči čak i bez kontinuiteta: počeci oba namota međusobno su zapečaćeni zajedničkom žicom, a krajevi namotaja jednostavno su spojeni na diode VD3 i VD4. Relativni položaj namotaja može se vidjeti na slici 4.

Na slici pločice (slika 2 na početku članka) namotaji svih transformatora prikazani su zelenim linijama. Počeci i krajevi namotaja na prstenovima malog promjera su dijametralno suprotni, pa prvo trebate lemiti tri žice početka u ploču, a zatim, prirodno zvoniti namotaja testerom, krajeve namota.

U blizini tiskarske staze na kojoj je transformator Tr2 zapečaćen, možete vidjeti točke koje pokazuju početak namotaja I, II i III. Izlazni namot, kao što je spomenuto gore, zapečaćen je i bez kontinuiteta: započinje zajedno na zajedničkoj žici, a završava na ispravljačkim diodama.

Ako se ova opcija napajanja čini kompliciranom ili se ne želi miješati s njom, tada se to može učiniti prema shemi prikazanoj na slici 5.

Slika 5. Napajanje je pojednostavljena verzija.

U ovom napajanju možete koristiti padajući mrežni transformator kapaciteta ne više od 5 vata s izlaznim naponom 14 ... 15 V. Potrošnja energije je mala, pa je ispravljač izrađen prema poluvalnom krugu, što je omogućilo dobivanje bipolarnog izlaznog napona iz jednog namota. Transformatori s "poljskih" antenskih pojačala sasvim su prikladni.

Provjera prije konačne montaže

Kao što je već spomenuto, pravilno sastavljen uređaj ne treba prilagodbu, ali bolje je provjeriti ga prije konačne montaže. Prije svega, provjerava se rad izvora napajanja: napon na zener diodama treba biti 12 V. Bolje je to učiniti prije nego što se mikrofikruta instalira na ploču.

Nakon toga trebali biste spojiti termoelement i postaviti napon od oko 5 ... 5,5 V na motor otpornika R8Umjesto trijaca, povežite LED kroz otpornik s otporom 50 ... 100 Ohma na izlazni namot generatora koji blokira. Nakon što je uređaj spojen na mrežu, ovaj LED indikator bi trebao upaliti, što ukazuje na rad generatora koji blokira.

Nakon toga, trebate ugrijati termoelement s najmanje lemilicom - LED bi trebao ugasiti. Dakle, ostaje nam samo konačno sastaviti uređaj i postaviti termometar potrebnu temperaturu. To treba učiniti kada su triac i grijač već spojeni.

Govoreći o trijaku. Naravno, možete koristiti domaći KU208G, ali nisu svi ti trijaci lansirani, morate odabrati barem jedan iz nekoliko komada. Uvoženi BTA06 600A su mnogo bolji. Najveća dopuštena struja takvog trijaca 6A, obrnuti napon 600V, što je sasvim dovoljno za upotrebu u opisanom regulatoru temperature.

Triac je montiran na malom radijatoru koji je na ploču pričvršćen vijcima s plastičnim nosačima visine 8 mm. LED HL1 i HL2 ugrađeni su na prednju ploču, na njemu su također ugrađeni otpornici R6, R8, R9. Za spajanje uređaja na mrežu koriste se grijač i termoelement, terminalni konektori ili jednostavno terminalni blokovi.

Boris Aladyshkin