Termosztát műanyagok hegesztéséhez

Hőmérséklet-szabályozó egyszerű és megbízható kialakításának leírása műanyagok, például műanyag keretek hegesztésére.

Termosztátok. Kinevezés és hatály

Egyszerűnek tűnik hőmérséklet-szabályozó, és fő célja egy adott hőmérséklet fenntartása. De számos olyan technológiai terület vagy egyszerűen háztartás van, ahol stabil hőmérsékletet kell tartani, és meglehetősen széles tartományban.

Például lehet meleg padló, egy akvárium aranyhallal, inkubátor csajok eltávolítására, elektromos kandalló vagy kazán a fürdőszobában. Ezekben az esetekben a hőmérsékletet eltérőnek kell tartani. Például akváriumhalak esetében típusától függően az akváriumban a víz hőmérséklete 22 ... 31 ° C, az inkubátorban pedig 37 ... 38 ° C, és egy elektromos kandallóban vagy kazánban körülbelül 70 ... 80 ° C lehet.

Vannak olyan hőmérsékletszabályozók is, amelyek a hőmérsékletet száz és ezer vagy annál több fok között tartják fenn. A több foktól több ezerig terjedő hőmérsékletszabályozó létrehozása nem praktikus, a kialakítás túl bonyolult és drága, és valószínűleg még nem is működik. Ezért a termosztátokat általában egy meglehetősen szűk hőmérsékleti tartományban állítják elő.

Számos folyamat hőmérsékletszabályzót is használ. Ez a forrasztóberendezés, fröccsöntő gépek műanyag termékek öntéséhez, műanyag csövek hegesztésére szolgáló berendezések, a közelmúltban divatosak, és nem kevésbé népszerű műanyag ablakok.

Az ipari termelés modern hőmérséklet-szabályozói meglehetősen bonyolultak és pontosak, általában mikrokontrollerek alapján készültek, az üzemmódok digitális kijelzővel rendelkeznek, és a felhasználó programozható. Gyakran szükség van kevésbé összetett mintákra.

Ez a cikk leírja meglehetősen egyszerű és megbízható hőmérsékletszabályozó felépítése, egyetlen gyártásban gyártható, például gyári elektromos laboratóriumokban. Ezen eszközök közül több tucat sikeresen felhasználták műanyag keretek hegesztésére szolgáló gépekben. Mellesleg, magukat a gépeket is egyetlen gyártási környezetben gyártották.

Az áramköri rajz leírása

A termosztát megtervezése meglehetősen egyszerű, a K157UD2 chip használatával, amely kettős működési erősítő (OA). Az egyik DIP14 csomag két független op-erősítőt tartalmaz, amelyek csak a közös tápcsapokat egyesítik.

Ennek a chipnek a területe elsősorban a hangerősítő berendezések, mint például keverők, keresztezõk, magnók és különféle erõsítõk. Ezért az op-erősítőket csökkentett zajszint jellemzi, ami lehetővé teszi hőerő-jelek erősítőjeként való használatát is, amelynek szintje csak néhány tíz millivolt. Ugyanezzel a sikerrel a K157UD3 chip is használható. Ebben az esetben nincs szükség változtatásokra és beállításokra.

Az áramkör egyszerűsége ellenére a készülék 180 ... 300 ° C hőmérsékleten tartja a hőmérsékletet, legfeljebb 5% toleranciával, ami elegendő a jó minőségű műanyag hegesztéshez. A fűtőteljesítmény 400 watt. A hőmérséklet-szabályozó vázlatos rajza az 1. ábrán látható.

1. ábra: A hőmérséklet-szabályozó vázlatos rajza (egy képre kattintva egy nagyobb méretű áramkör nyílik meg).

Funkcionálisan a termosztát több csomópontból áll: egy hőelem jelerősítő a DA1.1 op-amp-on, komparátor DA1.2 op-amp-on, hordozórakéta triac a VT1 tranzisztoron és a T1 triacon készített kimeneti kulcs eszközön. Ez a triac tartalmaz egy terhelést, amelyet a diagram EK1-ként jelöl.

hőelem

Hőmérséklet mérése hőelem segítségével BK1.A kialakítás TYPE K hőelemet használ, 4 μV / ° C hőemfommal. 100 ° C hőmérsékleten a hőelem 4,095 mV feszültséget fejti ki, 200 ° C-on 8,137 mV és 260 ° C-on 10,560 mV. Ezek az adatok az empirikusan összeállított hőelem kalibrációs táblázatból származnak. A méréseket a hideg csomópont hőmérsékletének kompenzálásával végeztük. Hasonló hőelemeket használnak digitális multiméterek hőmérsékletmérőkkel, például DT838. A TMDT 2-38 vezetékes hőelem használata is lehetséges. Ilyen hőelem jelenleg eladó.

Thermo-EMF erősítő

A DA1.1 op-erősítőn lévő hőelem jel-erősítőt differenciál-erősítő áramkör szerint tervezték. Az op-amp erősítő beépítése lehetővé teszi, hogy megszabaduljon a normál üzemmódbeli zavaroktól, ami a gyenge hőelem jel erősítéséhez szükséges.

A differenciál erősítő erősítését az R3 / R1 ellenállások ellenállásának aránya határozza meg, és az ábrán feltüntetett értékeknél 560. Így az erősítő kimenetén 260 ° C hőmérsékleten a feszültségnek 10,560 * 560 = 5913,6 mV vagy 5,91 V legyen. ez azt jelenti, hogy R1 = R2 és R3 = R4.

Annak érdekében, hogy megváltoztassa az erősítést, például ha más típusú hőelem van használatban, egyszerre két ellenállást kell cserélnie. Ez leggyakrabban az R3 és R4 ellenállások cseréjével történik. Az erősítő bemenetén és a visszacsatoló áramkörön a C1 ... C4 kondenzátorok vannak felszerelve, amelyek célja az interferencia elleni védelem és az erősítő szükséges frekvenciaválaszának kialakítása.

Ez a séma nem biztosítja a hideg csomópont hőmérséklet-kompenzációs rendszerét. Ez lehetővé tette a kör lényeges egyszerűsítését, bár ezt nem veszik figyelembe a fűtőelem hőmérsékletének mérésekor az áramkör egyszerűsítésével összehasonlítva.

Összehasonlító eszköz - összehasonlító

A fűtési hőmérsékletet egy komparátorral (összehasonlító készülékkel) kell ellenőrizni, amelyet az OS DA1.2-en végeznek. A komparátor küszöbértékét az R8 hangoló ellenállás segítségével állíthatjuk be, amelyből az R7 ellenálláson keresztül a feszültséget a komparátor nem invertáló bemenetére tápláljuk (2. tű).

Az R9 és R6 ellenállásokkal beállíthatjuk a hőmérsékleti alapérték felső és alsó küszöbét, az erősített hőelem feszültséget az R5 ellenálláson keresztül vezetjük a komparátor invertáló bemenetén keresztül (3. tű). Az amplifikációt egy kicsit magasabb megemlítették.

Az összehasonlító logikája

Noha a feszültség az invertáló bemenetnél alacsonyabb, mint a nem invertáló bemenetnél, a komparátor kimeneti feszültsége magas (szinte + 12 V). Abban az esetben, ha az invertáló bemenet feszültsége magasabb, mint -12V az összehasonlító nem invertáló kimenete, ami alacsony szintnek felel meg.

Triac trigger készülék

A VT1 tranzisztoron található triac triggert a klasszikus blokkoló generátor sémája szerint készítik, amely bármilyen tankönyvben vagy referenciakönyvben látható. Az egyetlen különbség a klasszikus áramkörhöz képest, hogy a tranzisztor alapjának torzítását a komparátor kimenetéből táplálják, amely lehetővé teszi annak működésének ellenőrzését.

Ha az összehasonlító teljesítménye magas, majdnem + 12 V, eltolást alkalmaznak a tranzisztor alapjára és a blokkoló generátor rövid impulzusokat generál. Ha az összehasonlító kimenete alacsony, -12 V, akkor negatív előfeszítés reteszeli a VT1 tranzisztort, így az impulzusgenerálás leáll.

A Tr1 blokkoló generátor transzformátora egy NM2000 ferritből készült K10 * 6 * 4 márkájú ferritgyűrűre van feltekerve. Mindhárom tekercs 50 fordulatú PELSHO 0,13 vezetéket tartalmaz.

A tekercselést egyszerre három dróttal végezzük úgy, hogy a tekercsek kezdete és vége átmérővel szemben legyen. Erre a transzformátor táblára való felszerelésének megkönnyítése érdekében van szükség. A transzformátor megjelenését a 4. ábra mutatja a cikk végén.

Termosztát működése

A termosztát bekapcsolásáig, amíg a hőelem felmelegszik, a DA1.1 kimeneti feszültség nulla, vagy csak néhány millivolt plusz vagy mínusz között.Ennek oka az a tény, hogy a K157UD2-nek nincs következtetése a trimment kiegyenlítő ellenállás csatlakoztatásáról, amellyel pontosan beállítható lenne a nulla kimeneti feszültség.

De a mi céljaink szerint ezek a millivoltok a kimeneten nem félelmesek, mivel az összehasonlítót magasabb feszültségre állítják be, 6 - 8 V ​​nagyságrendűek. Ezért a komparátor bármilyen beállításánál ebben az állapotban a kimenet magas szintű, körülbelül + 12 V, ami elindítja a blokkoló generátort tranzisztor VT1. A Tr1 transzformátor III tekercséből származó impulzusok megnyitják a T1 triacot, amely az EK1 fűtőelemet tartalmazza.

Vele együtt a hőelem is felmelegszik, tehát a DA1.1 erősítő kimenetén a feszültség nő a hőmérséklet emelkedésével. Amikor ez a feszültség eléri az R8 ellenállás által beállított értéket, az összehasonlító alacsony állapotba kerül, amely leállítja a blokkoló generátort. Ezért a T1 triac bezárja és kikapcsolja a melegítőt.

Vele együtt a hőelem lehűl, a DA1.1 kimenetén a feszültség csökken. Amikor ez a feszültség kissé alacsonyabb lesz, mint az R8 ellenállás motorjának feszültsége, akkor az összehasonlító ismét magas szintre megy a kimeneten, és újra bekapcsolja a blokkoló generátort. A fűtési ciklust megismételjük.

A termosztát vizuális vezérléséhez a HL1 zöld és a HL2 piros LED-ek vannak felszerelve. Ha a munkaelemet felmelegítik, a piros LED kigyullad, és amikor a beállított hőmérsékletet eléri, akkor a zöld felkapcsol. A LED-ek ellenkező feszültség elleni védelme érdekében a KD521 típusú VD1 és VD2 védődiódákat párhuzamosan, ellenkező irányba kell csatlakoztatni.

Design. Áramköri lap

Szinte az egész áramkör és az energiaforrás egy nyomtatott áramköri táblán készül. Az áramköri lap felépítését a 2. ábra mutatja.

2. ábra: Termosztát áramköri lap (ha rákattint a képre, az áramkör nagyobb méretben nyílik meg).

A NYÁK méretei 40 * 116 mm. A táblát lézervasalási technológiával készítettük, a sprint 4. ábra nyomtatott áramköri rajz programjának felhasználásával.A nyomtatott áramköri kártya előállításához a fenti rajzból több lépést kell megtenni.

Először konvertálja a képet * .BMP formátumba, illessze be a sprint-elrendezés 4. munkaablakába, másodszor pedig egyszerűen rajzolja meg a nyomtatott sávok vonalait. Harmadszor, nyomtasson lézernyomtatóval, és folytassa a nyomtatott áramköri lap gyártását. A lemez gyártási folyamatát már leírtuk. az egyik cikkben. A táblán lévő zöld vonal a ferritgyűrűk tekercseinek vezetékeit jelzi. Ezt az alábbiakban tárgyaljuk.

A tényleges hőmérsékletszabályzón kívül a tábla tartalmaz egy energiaforrást is, amely első pillantásra ésszerűtlenül bonyolultnak tűnhet. De egy ilyen megoldás lehetővé tette számunkra, hogy megszabaduljunk az alacsony fogyasztású hálózati transzformátor és a kiegészítő ácsok felkutatásának és megszerzésének problémájából. Az áramellátási áramkört a 3. ábra mutatja.

3. ábra: A hőmérséklet-szabályozó tápellátása (a képre kattintva egy nagyobb séma nyílik meg).

Néhány szót kell mondani erről a blokkról külön. Az áramkört V. Kuznetsov fejlesztette ki, és eredetileg mikrovezérlő eszközök táplálására szánták, ahol működése elég megbízhatónak bizonyult. Ezt követően a termosztát tápellátására használták.

A rendszer meglehetősen egyszerű. A hálózati feszültséget a C1 edzőkondenzátoron és az R4 ellenálláson keresztül az 1N4007 diódákból készült VDS1 egyenirányító hídhoz továbbítják. Az egyenirányított feszültség hullámait a C2 kondenzátor simítja, a feszültséget a VT3 tranzisztoron előállított Zener-dióda, a VD2 Zener-dióda és az R3 ellenállás analógja stabilizálja. Az R4 ellenállás korlátozza a C2 kondenzátor töltőáramát, amikor az eszköz csatlakozik a hálózathoz, és az R5 ellenállás kisüti a C1 előtét kondenzátort, amikor a hálózatból leválasztják. KT815G típusú VT3 tranzisztor, VD2 Zener dióda, 1N4749A típus, 24 V stabilizációs feszültséggel, 1W teljesítmény.

A C2 kondenzátor feszültségét a VT1, VT2 tranzisztorokon előállított push-pull oszcillátor táplálására használják. A tranzisztorok alapáramköreit a Tr1 transzformátor vezérli. A VD1 dióda megóvja a tranzisztorok alapváltozásait a Tr1 transzformátor tekercseinek negatív önindukciós impulzusától. Tranzisztorok VT1, VT2 típusú KT815G, dióda VD1 KD521.

A tranzisztorok kollektoráramköreibe beépítik a Tr2 „teljesítmény” transzformátort, a IV és V kimeneti tekercsekből, amelyek feszültségét az egész áramkör táplálására képezik. A transzformátor kimenetén az impulzus feszültséget az FR207 típusú nagyfrekvenciás diódákkal helyesbítik, a legegyszerűbb RC szűrők simítják, majd az 1N4742A típusú VD5, VD6 Zener diódákkal 12V-os szinten stabilizálják. Stabilizációs feszültségük 12V, teljesítmény 1W.

A tekercsek fázist az ábrán a szokásos módon mutatjuk be: a pont a tekercs kezdetét jelzi. Ha az összeszerelés során a fázist nem keverik össze, akkor a tápegység nem igényel beállítást, azonnal elkezdi működni.

A Tr1 és Tr2 transzformátorok kialakítását a 4. ábra szemlélteti.

4. ábra: A táblák szerelvényének képe.

Mindkét transzformátor (3. ábra) a leggyakoribb НМ2000 márkanévű ferritgyűrűkön készül. A Tr1 transzformátor három azonos, 10 fordulatú tekercset tartalmaz egy K10 * 6 * 4 mm méretű gyűrűn. A tekercseket egyszerre három huzallal tekercselik. A gyűrű éles széleit meg kell tompítani csiszolópapírral, és maga a gyűrűt egy rendes ragasztószalaggal kell becsomagolni. A mechanikai szilárdság érdekében a transzformátort kellően vastag PEV - 0,33 vezetékkel tekercseljük, bár vékonyabb huzal is használható.

A Tr2 transzformátor a gyűrűn is készül. Mérete K10 * 16 * 6 mm: 40 kilohertz üzemi frekvencián 7 watt teljesítmény távolítható el egy ilyen gyűrűből. Az I. és II. Tekercset PELSHO - 0,13 huzallal két vezetéken tekercseljük, és 44 fordulatot tartalmaznak. Ezen tekercsek tetején egy visszacsatoló tekercs III, amely 3 menetes huzal PEV - 2 0,33 vezetéket tartalmaz. Egy ilyen vastag huzal használata a transzformátort a táblához is rögzíti.

A IV és V szekunder tekercsek szintén két huzalban vannak feltekerve, és 36 fordulatot tartalmaz a huzal varrása-0,2. A 3. ábrán látható ábra szerint ezeket a tekercseket folytonosság nélkül is le vannak zárva a táblán: mindkét tekercs kezdete egy közös huzalra van lezárva, és a tekercsek végei egyszerűen a VD3 és a VD4 diódákhoz vannak csatlakoztatva. A tekercsek relatív helyzetét a 4. ábra szemlélteti.

Az áramköri ábrán (a cikk elején látható 2. ábra) az összes transzformátor tekercsét zöld vonallal jelöltük. A kis átmérőjű gyűrűken a tekercsek kezdete és vége egymással szemben van, tehát először a kezdeti három vezetéket be kell forrasztani a táblába, majd a tekercset természetesen teszterrel felcsavarva a tekercsek végeit.

A nyomtatási utak közelében, ahol a Tr2 transzformátor le van zárva, láthat pontokat, amelyek az I, II és III tekercsek kezdetét mutatják. A kimeneti tekercset, amint azt fentebb már említettük, folytonosság nélkül is lezárjuk: közös huzallal együtt indul, és az egyenirányító diódákhoz vezet.

Ha az áramellátás ez a lehetősége bonyolultnak tűnik, vagy csak nem akar vele zavarni, akkor ezt megteheti az 5. ábrán bemutatott séma szerint.

5. ábra. A tápegység egyszerűsített verzió.

Ebben az áramellátásban legfeljebb 5 watt kapacitású, lefelé haladó hálózati transzformátort használhat 14 ... 15 V kimeneti feszültséggel. Az energiafogyasztás kicsi, ezért az egyenirányítót félhullámú áramkör szerint készítik, amely lehetővé tette bipoláris kimeneti feszültség elérését az egyik tekercsen. A "lengyel" antennaerősítőkből származó transzformátorok nagyon alkalmasak.

Ellenőrzés a végső összeszerelés előtt

Mint már említettük, a megfelelően összeszerelt eszköznek nincs szükség beállításra, de jobb, ha azt a végső összeszerelés előtt ellenőrizni kell. Mindenekelőtt az áramforrás működését ellenőrzik: a zener-diódák feszültségének 12 V-osnak kell lennie. Ez jobb, ha ezt megteszi, mielőtt a mikroáramkört a táblára telepítik.

Ezután csatlakoztasson egy hőelemet, és állítsa be az R8 ellenállás motorjának körülbelül 5 ... 5,5 V feszültséget.Triac helyett csatlakoztasson egy LED-et a blokkoló generátor kimeneti tekercséhez egy ellenálláson keresztül, amelynek ellenállása 50 ... 100 Ohm. Az eszköz csatlakoztatása után ennek a LEDnek fel kell világítania, amely jelzi a blokkoló generátor működését.

Ezt követően melegítse fel a hőegységet legalább forrasztópáka segítségével - a LED-nek kialszik. Tehát csak a készülék végleges összeszerelése és a kívánt hőmérséklet hőmérővel történő beállítása. Ezt akkor kell megtenni, amikor a triac és a melegítő már csatlakoztatva vannak.

A triacról beszélve. Természetesen használhatja a hazai KU208G-t is, de ezeknek a triacsoknak nem mindegyikét indítják el, több darab közül legalább egyet kell választani. Sokkal jobb az importált BTA06 600A. Az ilyen 6A triac maximális megengedett árama, a fordított feszültség 600 V, amely elégséges a leírt hőmérsékletszabályozóban való alkalmazáshoz.

A triac egy kis radiátorra van felszerelve, amelyet 8 mm magas műanyag tartókkal csavaroznak a táblához. Az elülső panelen a HL1 és a HL2 LED-ek vannak felszerelve, az R6, R8, R9 ellenállások szintén be vannak építve. Az eszköz hálózathoz, fűtőkészülékhez és hőelemhez történő csatlakoztatásához vagy terminálcsatlakozók használatosak, vagy egyszerűen sorkapcsok.

Boris Aladyshkin