Thermostaat voor het lassen van kunststoffen

Beschrijving van het eenvoudige en betrouwbare ontwerp van een temperatuurregelaar voor het lassen van kunststoffen, bijvoorbeeld kunststof kozijnen.

Thermostaten. Afspraak en reikwijdte

Het lijkt eenvoudig temperatuurregelaaren het belangrijkste doel is om een ​​bepaalde temperatuur te handhaven. Maar er zijn veel technologische gebieden of gewoon huishoudens waar een stabiele temperatuur moet worden gehandhaafd, en binnen een redelijk breed bereik.

Het zou bijvoorbeeld kunnen warme vloer, een aquarium met goudvissen, een broedmachine voor het verwijderen van kuikens, een elektrische open haard of boiler in de badkamer. In al deze gevallen moet de temperatuur anders worden gehandhaafd. Voor aquariumvissen kan de temperatuur van het water in het aquarium bijvoorbeeld, afhankelijk van hun type, tussen 22 ... 31 ° C liggen, in de broedmachine binnen 37 ... 38 ° C en in een elektrische open haard of boiler ongeveer 70 ... 80 ° C.

Er zijn ook temperatuurregelaars die de temperatuur in het bereik van honderd tot duizend of meer graden houden. Het maken van een temperatuurregelaar met een bereik van enkele graden tot enkele duizenden is onpraktisch; het ontwerp zal te ingewikkeld en duur blijken te zijn, en zelfs, hoogstwaarschijnlijk, niet functionerend. Daarom worden thermostaten in de regel geproduceerd over een vrij smal temperatuurbereik.

Veel processen gebruiken ook temperatuurregelaars. Deze soldeerapparatuur, spuitgietmachines voor het gieten van plastic producten, apparatuur voor het lassen van plastic buizen, zo modieus recent, en niet minder populaire kunststof ramen.

Moderne industriële thermostaten zijn vrij complex en nauwkeurig, ze zijn meestal gebaseerd op microcontrollers, hebben digitale indicatie van bedrijfsmodi en kunnen door de gebruiker worden geprogrammeerd. Maar heel vaak is er behoefte aan minder complexe ontwerpen.

Dit artikel zal beschrijven constructie van een vrij eenvoudige en betrouwbare temperatuurregelaar, beschikbaar voor productie in een enkele productie, bijvoorbeeld in elektrische fabriekslaboratoria. Enkele tientallen van deze apparaten zijn met succes gebruikt in machines voor het lassen van kunststof kozijnen. Overigens werden de machines zelf ook in een enkele productieomgeving vervaardigd.

Beschrijving van het schakelschema

Het ontwerp van de thermostaat is vrij eenvoudig, vanwege het gebruik van de K157UD2-chip, een dubbele operationele versterker (OA). Eén DIP14-pakket bevat twee onafhankelijke op-versterkers, die alleen gemeenschappelijke voedingspinnen combineren.

De reikwijdte van deze chip is hoofdzakelijk geluidsversterkingsapparatuur, zoals mixers, crossovers, bandrecorders en verschillende versterkers. Daarom worden de op-versterkers gekenmerkt door een laag ruisniveau, waardoor het ook mogelijk is om het te gebruiken als een versterker voor thermokoppelsignalen, waarvan het niveau slechts enkele tientallen millivolt is. Met hetzelfde succes kan de K157UD3-chip worden gebruikt. In dit geval zijn geen wijzigingen en instellingen vereist.

Ondanks de eenvoud van het circuit handhaaft het apparaat een temperatuur binnen 180 ... 300 ° C met een tolerantie van niet meer dan 5%, wat voldoende is voor hoogwaardig kunststoflassen. Verwarmingsvermogen 400 Watt. Schematische weergave van de temperatuurregelaar is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. Schematische weergave van een temperatuurregelaar (klikken op een afbeelding opent een groter circuit).

Functioneel bestaat de temperatuurregelaar uit verschillende knooppunten: een thermokoppel signaalversterker op de DA1.1 op-amp, comparator op de DA1.2 op-amp, launchers triac op de transistor VT1 en het uitgangssleutelapparaat op de triac T1. Deze triac bevat een belasting, in het diagram aangeduid als EK1.

thermoelement

Temperatuur meting met behulp van een thermokoppel BK1.Het ontwerp maakt gebruik van een TYPE K thermokoppel met een thermo-emf van 4 μV / ° C. Bij een temperatuur van 100 ° C ontwikkelt het thermokoppel een spanning van 4,095 mV, bij 200 ° C 8,137 mV en bij 260 ° C 10,560 mV. Deze gegevens zijn afkomstig van een thermokoppel kalibratietabel die empirisch is samengesteld. De metingen werden uitgevoerd met compensatie van de temperatuur van de koude overgang. Soortgelijke thermokoppels worden gebruikt in digitale multimeters met temperatuurmeters, bijvoorbeeld DT838. Het gebruik van TMDT 2-38 draad thermokoppel is ook mogelijk. Dergelijke thermokoppels zijn momenteel te koop.

Thermo-EMF-versterker

De thermokoppel signaalversterker op de DA1.1 op versterker is ontworpen volgens een differentieel versterkercircuit. Met deze opname van de op-amp kunt u zich ontdoen van common-mode interferentie, die nodig is om een ​​zwak thermokoppel signaal te versterken.

De versterking van de differentiaalversterker wordt bepaald door de verhouding van de weerstand van de weerstanden R3 / R1 en bij de waarden aangegeven in het diagram is 560. Dus, aan de uitgang van de versterker bij een temperatuur van 260 ° C, moet de spanning 10.560 * 560 = 5913.6 mV zijn, of 5.91 V. Bij dit houdt in dat R1 = R2 en R3 = R4.

Om de versterking te wijzigen, bijvoorbeeld bij gebruik van een ander type thermokoppel, moet u twee weerstanden tegelijk wijzigen. Meestal wordt dit gedaan door de weerstanden R3 en R4 te vervangen. Aan de ingang van de versterker en in het feedbackcircuit zijn condensatoren C1 ... C4 geïnstalleerd, met als doel bescherming tegen interferentie en de vorming van de nodige frequentieresponsie van de versterker.

Dit schema biedt geen compensatie voor koude junctietemperatuur. Dit maakte het mogelijk om het circuit aanzienlijk te vereenvoudigen, hoewel het niet in aanmerking wordt genomen bij het meten van de temperatuur van het verwarmingselement in vergelijking met de vereenvoudiging van het circuit.

Apparaat vergelijken - comparator

Het bewaken van de verwarmingstemperatuur wordt uitgevoerd met behulp van een comparator (vergelijkend apparaat), uitgevoerd op de OS DA1.2. De responsdrempel van de comparator wordt ingesteld met behulp van de trimmerweerstand R8, waarvan de spanning door de weerstand R7 wordt gevoerd naar de niet-inverterende ingang van de comparator (pin 2).

Met behulp van weerstanden R9 en R6 worden de bovenste en onderste drempels ingesteld voor respectievelijk de temperatuur.De versterkte thermokoppel spanning wordt via de weerstand R5 aan de inverterende ingang van de comparator (pin 3) geleverd. De versterking werd iets hoger genoemd.

De logica van de comparator

Terwijl de spanning op de inverterende ingang minder is dan op de niet-inverterende, is de uitgangsspanning van de comparator hoog (bijna + 12V). In het geval dat de spanning van de inverterende ingang hoger is dan de niet-inverterende uitgang van de comparator -12V, wat overeenkomt met een laag niveau.

Triac trigger-apparaat

Het triac-triggerapparaat op de transistor VT1 is gemaakt volgens het schema van de klassieke blokkeergenerator, die te zien is in elk handboek of naslagwerk. Het enige verschil met het klassieke circuit is dat de voorspanning naar de basis van de transistor wordt gevoed door de uitgang van de comparator, waarmee u de werking ervan kunt regelen.

Wanneer de uitgang van de comparator hoog is, bijna + 12V, wordt een offset toegepast op de transistorbasis en genereert de blokkeergenerator korte pulsen. Als de uitgang van de comparator laag is, -12 V, vergrendelt een negatieve voorspanning de transistor VT1, zodat de pulsvorming stopt.

De transformator van de Tr1-blokkeergenerator is gewikkeld op een ferrietring van het merk K10 * 6 * 4 gemaakt van NM2000-ferriet. Alle drie wikkelingen bevatten 50 windingen van PELSHO 0,13 draad.

Het wikkelen gebeurt per shuttle in drie draden tegelijk zodat het begin en einde van de wikkelingen diametraal tegenover elkaar liggen. Dit is nodig om de installatie van de transformator op het bord te vergemakkelijken. Het uiterlijk van de transformator wordt weergegeven in figuur 4 aan het einde van het artikel.

Thermostaat werking

Wanneer de thermostaat wordt ingeschakeld totdat het thermokoppel wordt verwarmd, is de uitgangsspanning DA1.1 nul of slechts enkele millivolt plus of min.Dit komt door het feit dat K157UD2 geen conclusies heeft voor het aansluiten van een trimbalansweerstand, waarmee het mogelijk zou zijn om de nulspanning aan de uitgang nauwkeurig in te stellen.

Maar voor onze doeleinden zijn deze millivolt aan de uitgang niet eng, omdat de comparator is afgestemd op een hogere spanning in de orde van 6 ... 8 V. Daarom heeft de uitgang bij elke instelling van de comparator in deze toestand een hoog niveau, ongeveer + 12V, waardoor de blokkeergenerator op transistor VT1. De pulsen van de wikkeling III van de transformator Tr1 openen de triac T1, die een verwarmingselement EK1 omvat.

Samen met het begint het thermokoppel ook op te warmen, dus de spanning aan de uitgang van de DA1.1-versterker neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Wanneer deze spanning de waarde bereikt die is ingesteld door de weerstand R8, zal de comparator in een lage toestand gaan, waardoor de blokkeergenerator wordt gestopt. Daarom zal de triac T1 sluiten en de verwarming uitschakelen.

Samen met dit zal het thermokoppel afkoelen, de spanning aan de uitgang van DA1.1 zal afnemen. Wanneer deze spanning iets lager wordt dan de spanning op de weerstand R8-motor, zal de comparator opnieuw een hoog niveau aan de uitgang ingaan en de blokkeergenerator weer inschakelen. De verwarmingscyclus wordt opnieuw herhaald.

Voor visuele controle van de thermostaat zijn LED's HL1 groen en HL2 rood voorzien. Wanneer het werkelement wordt verwarmd, licht de rode LED op en wanneer de ingestelde temperatuur is bereikt, licht de groene op. Om de LED's tegen omgekeerde spanning te beschermen, worden beschermende diodes VD1 en VD2 van het type KD521 parallel daaraan in de tegenovergestelde richting aangesloten.

Ontwerpen. Printplaat

Bijna het hele circuit samen met de stroombron wordt op één printplaat gemaakt. Het ontwerp van de printplaat is weergegeven in figuur 2.

Afbeelding 2. Thermostaatprint (wanneer u op de afbeelding klikt, wordt het circuit op grotere schaal geopend).

PCB-afmetingen 40 * 116 mm. Het bord is gemaakt met behulp van laser-strijktechnologie met behulp van het printplaatprogramma van de sprintlay-out 4. Om een ​​printplaat te maken van de bovenstaande afbeelding, moeten verschillende stappen worden genomen.

Converteer eerst de afbeelding naar * .BMP-formaat, plaats deze in het werkvenster van de sprintlay-out 4. Teken vervolgens gewoon een lijn rond de afgedrukte sporen. Ten derde: print op een laserprinter en ga door met de productie van de printplaat. Het productieproces van platen is al beschreven. in een van de artikelen. Groene lijnen op het bord geven de bedrading van de wikkelingen op ferrietringen aan. Dit wordt hieronder besproken.

Naast de werkelijke temperatuurregelaar bevat het bord ook een stroombron, die op het eerste gezicht onredelijk ingewikkeld lijkt. Maar een dergelijke oplossing stelde ons in staat om het probleem van het vinden en aanschaffen van een low-power netwerktransformator en extra "timmerwerk" om het in de zaak te repareren, kwijt te raken. Het voedingscircuit is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3. De voeding voor de temperatuurregelaar (wanneer u op de afbeelding klikt, wordt een groter schema geopend).

Over dit blok moeten enkele woorden afzonderlijk worden gezegd. Het circuit is ontwikkeld door V. Kuznetsov en was oorspronkelijk bedoeld om microcontroller-apparaten van stroom te voorzien, waar het behoorlijk betrouwbaar bleek te zijn. Vervolgens werd het gebruikt om de thermostaat van stroom te voorzien.

Het schema is vrij eenvoudig. Netspanning door de bluscondensator C1 en weerstand R4 wordt geleverd aan de gelijkrichtbrug VDS1, gemaakt van dioden 1N4007. De rimpel van de gelijkgerichte spanning wordt afgevlakt door de condensator C2, de spanning wordt gestabiliseerd door het analoog van een zenerdiode gemaakt op een transistor VT3, een zenerdiode VD2 en een weerstand R3. Weerstand R4 beperkt de laadstroom van condensator C2 wanneer het apparaat is aangesloten op het netwerk, en weerstand R5 ontlaadt ballastcondensator C1 wanneer deze is losgekoppeld van het netwerk. Transistor VT3 type KT815G, Zener diode VD2 type 1N4749A met een stabilisatiespanning van 24V, vermogen 1W.

De spanning op de condensator C2 wordt gebruikt om een ​​push-pull oscillator te voeden die is gemaakt op transistoren VT1, VT2. De basiscircuits van de transistoren worden bestuurd door een transformator Tr1. De diode VD1 beschermt de basisovergangen van de transistoren tegen negatieve zelfinductiepulsen van de wikkelingen van de transformator Tr1. Transistoren VT1, VT2 type KT815G, diode VD1 KD521.

Een "vermogenstransformator Tr2 is opgenomen in de collectorcircuits van de transistoren, van de uitgangswikkelingen IV en V waarvan spanningen worden verkregen om het gehele circuit te voeden. De pulsspanning op de transformatoruitgang wordt gecorrigeerd door hoogfrequente diodes van het type FR207, afgevlakt door de eenvoudigste RC-filters en vervolgens gestabiliseerd op het 12V-niveau door de Zener-diodes VD5, VD6 van het type 1N4742A. Hun stabilisatiespanning is 12V, vermogen is 1W.

De fasering van de wikkelingen wordt zoals gewoonlijk in het diagram weergegeven: de stip geeft het begin van de wikkeling aan. Als tijdens de montage de fasering niet door elkaar loopt, hoeft de voeding niet te worden aangepast en begint deze onmiddellijk te werken.

Het ontwerp van transformatoren Tr1 en Tr2 is weergegeven in figuur 4.

Figuur 4. Overzicht van het bord.

Beide transformatoren (figuur 3) zijn gemaakt op ferrietringen van ferriet van het meest voorkomende merk НМ2000. Transformator Tr1 bevat drie identieke wikkelingen van 10 windingen op een ring met maat K10 * 6 * 4 mm. De wikkelingen worden tegelijkertijd door een pendel in drie draden gewikkeld. De scherpe randen van de ring moeten worden afgestreken met schuurpapier en de ring zelf moet worden ingepakt met een laag gewoon plakband. Voor mechanische sterkte wordt de transformator gewikkeld met een voldoende dikke PEV - 2 0,33 draad, hoewel een dunnere draad ook kan worden gebruikt.

Transformator Tr2 is ook gemaakt op de ring. De grootte is K10 * 16 * 6 mm: bij een werkfrequentie van 40 kilohertz kan 7 watt vermogen uit een dergelijke ring worden verwijderd. De wikkelingen I en II zijn gewikkeld met een PELSHO - 0.13 draad in twee draden en bevatten 44 windingen. Bovenop deze wikkelingen bevindt zich een feedbackwikkeling III, die 3 draadwikkelingen PEV - 2 0,33 bevat. Het gebruik van een dergelijke dikke draad bevestigt ook de transformator aan het bord.

De secundaire wikkelingen IV en V zijn ook in twee draden gewikkeld en bevatten 36 windingen draadnaai-2 0.2. Volgens het diagram in figuur 3 zijn deze wikkelingen op het bord afgedicht, zelfs zonder continuïteit: het begin van beide wikkelingen zijn aan elkaar verzegeld op een gemeenschappelijke draad en de uiteinden van de wikkelingen zijn eenvoudig verbonden met de VD3- en VD4-diodes. De relatieve positie van de wikkelingen is te zien in figuur 4.

In de afbeelding van de printplaat (Afbeelding 2 aan het begin van het artikel) worden de wikkelingen van alle transformatoren weergegeven door groene lijnen. Het begin en einde van de wikkelingen op ringen met een kleine diameter staan ​​diametraal tegenover elkaar, dus eerst moet je de drie draden van het begin in het bord solderen en vervolgens, natuurlijk, de wikkelingen met een tester noemen, de uiteinden van de wikkelingen.

Nabij de afdrukpaden waar de transformator Tr2 is afgedicht, kunt u punten zien die het begin van de wikkelingen I, II en III weergeven. De uitgangswikkeling, zoals hierboven vermeld, is zelfs zonder continuïteit afgedicht: deze begint samen op een gemeenschappelijke draad en eindigt aan de gelijkrichtdioden.

Als deze optie van de voeding ingewikkeld lijkt of er gewoon niet mee wil knoeien, dan kan dit volgens het schema in Afbeelding 5.

Figuur 5. De voeding is een vereenvoudigde versie.

In deze voeding kunt u een step-down netspanningstransformator gebruiken met een vermogen van niet meer dan 5 Watt met een uitgangsspanning van 14 ... 15 V. Het stroomverbruik is klein, dus de gelijkrichter is gemaakt op basis van een halfgolfcircuit, dat het mogelijk maakte om een ​​bipolaire uitgangsspanning van één wikkeling te verkrijgen. Transformatoren van "Poolse" antenneversterkers zijn redelijk geschikt.

Verificatie vóór definitieve montage

Zoals eerder vermeld, hoeft een correct geassembleerd apparaat niet te worden aangepast, maar het is beter om het te controleren vóór de definitieve montage. Allereerst wordt de werking van de stroombron gecontroleerd: de spanning op de zenerdiodes moet 12 V zijn. Het is beter om dit te doen voordat de microschakeling op het bord wordt geïnstalleerd.

Daarna moet u een thermokoppel aansluiten en de spanning van ongeveer 5 ... 5,5 V instellen op de motor van de weerstand R8Sluit in plaats van een triac een LED aan op de uitgangswikkeling van de blokkeergenerator via een weerstand met een weerstand van 50 ... 100 Ohm. Nadat het apparaat is aangesloten, moet deze LED oplichten, wat de werking van de blokkeergenerator aangeeft.

Daarna moet je het thermokoppel opwarmen met ten minste een soldeerbout - de LED moet uitgaan. Het blijft dus alleen om het apparaat eindelijk te monteren en de gewenste temperatuur in te stellen met een thermometer. Dit moet worden gedaan wanneer de triac en de verwarmer al zijn aangesloten.

Over triac gesproken. Natuurlijk kun je de binnenlandse KU208G gebruiken, maar niet al deze triacs worden gelanceerd, je moet minstens één uit verschillende stukken kiezen. Veel beter geïmporteerd worden BTA06 600A geïmporteerd. De maximaal toelaatbare stroom van een dergelijke triac 6A, een omgekeerde spanning van 600V, die voldoende is voor gebruik in de beschreven temperatuurregelaar.

De triac is gemonteerd op een kleine radiator, die op het bord is geschroefd met schroeven met plastic rekken van 8 mm hoog. LED's HL1 en HL2 zijn geïnstalleerd op het voorpaneel, weerstanden R6, R8, R9 zijn daar ook geïnstalleerd. Om het apparaat op het netwerk, de verwarming en het thermokoppel aan te sluiten, worden terminalconnectoren gebruikt, of gewoon klemmenblokken.

Boris Aladyshkin