kategorier: Utvalgte artikler » Praktisk elektronikk
Antall visninger: 54385
Kommentarer til artikkelen: 3
Termostat for sveising av plast
Beskrivelse av den enkle og pålitelige utformingen av en temperaturregulator for sveising av plast, for eksempel plastrammer.
Termostater. Utnevnelse og omfang
Det virker som en enkel ting temperaturregulator, og hovedformålet er å opprettholde en gitt temperatur. Men det er mange teknologiområder eller ganske enkelt husholdninger der en stabil temperatur bør opprettholdes, og i et ganske bredt spekter.
Det kan for eksempel være varmt gulv, et akvarium med gullfisk, en inkubator for fjerning av kyllinger, en elektrisk peis eller kjele på badet. I alle disse tilfellene må temperaturen holdes annerledes. For akvariefisk, for eksempel avhengig av deres type, kan temperaturen på vannet i akvariet ligge i området 22 ... 31 ° C, i inkubatoren innen 37 ... 38 ° C, og i en elektrisk peis eller kjele rundt 70 ... 80 ° C.
Det er også temperaturregulatorer som holder temperaturen i området fra hundre til tusen eller flere grader. Å lage en temperaturregulator med et område fra flere grader til flere tusen er upraktisk; designen vil vise seg å være for komplisert og dyr, og til og med, mest sannsynlig, ikke-operativ. Derfor produseres termostater som regel over et ganske smalt temperaturområde.
Mange prosesser bruker også temperaturregulatorer. Dette loddeutstyret, sprøytestøpte maskiner for å støpe plastprodukter, utstyr for sveising av plastrør, så fasjonable nylig, og ikke mindre populære plastvinduer.
Moderne temperaturregulatorer for industriell produksjon er ganske kompliserte og nøyaktige, laget som regel på grunnlag av mikrokontrollere, har en digital indikasjon på driftsformer og kan programmeres av brukeren. Men ganske ofte er det behov for mindre komplekse design.
Denne artikkelen vil beskrive konstruksjon av en ganske enkel og pålitelig temperaturregulator, tilgjengelig for produksjon i en enkelt produksjon, for eksempel i fabrikkens elektriske laboratorier. Flere dusin av disse enhetene er vellykket brukt i maskiner for sveising av plastrammer. For øvrig ble selve maskinene også produsert i et enkelt produksjonsmiljø.
Beskrivelse av kretsskjemaet
Utformingen av termostaten er ganske enkel, på grunn av bruken av K157UD2-brikken, som er en dobbel operasjonsforsterker (OA). En DIP14-pakke inneholder to uavhengige op-ampere, som bare kombinerer vanlige strømnål.
Omfanget av denne brikken er hovedsakelig lydforsterkningsutstyr, for eksempel miksere, crossovers, båndopptakere og forskjellige forsterkere. Derfor er op-ampere karakterisert av et lavt støynivå, noe som også gjør det mulig å bruke den som en forsterker for termoelement-signaler, hvis nivå bare er noen få titalls millivolt. Med samme suksess kan K157UD3-brikken brukes. I dette tilfellet er ingen endringer og innstillinger nødvendig.
Til tross for enkelhet i kretsen holder enheten en temperatur innenfor 180 ... 300 C ° med en toleranse på ikke mer enn 5%, noe som er ganske nok for høykvalitets plastsveising. Varmekraft 400 watt. Skjematisk diagram over temperaturkontrolleren er vist i figur 1.
Figur 1. Skjematisk diagram over en temperaturregulator (ved å klikke på et bilde åpnes en større skala krets).
Funksjonelt består termostaten av flere noder: en termoelement signalforsterker på DA1.1 op-amp, komparator på DA1.2 op-amp, lanseringer triac på transistoren VT1 og utgangsnøkkelanordningen laget på triac T1. Denne triacen inkluderer en belastning, indikert i diagrammet som EK1.
termo
Temperaturmåling ved hjelp av et termoelement BK1.Designet bruker en TYPE K termoelement med en termo-emf på 4 μV / ° C. Ved en temperatur på 100 ° C utvikler termoelementet en spenning på 4,095 mV, ved 200 ° C 8,377 mV og ved 260 ° C 10,560 mV. Disse dataene er hentet fra en termoelement kalibreringstabell samlet empirisk. Målingene ble utført med kompensasjon for temperaturen i det kalde krysset. Lignende termoelementer brukes i digitale multimetre med temperaturmålere, for eksempel DT838. Bruk av TMDT 2-38 ledning termoelement er også mulig. Slike termoelementer er for tiden i salg.
Termo-EMF forsterker
Termoelementets signalforsterker på DA1.1 op amp er designet i henhold til en differensialforsterkerkrets. Denne inkluderingen av op-forsterkeren lar deg bli kvitt interferens i vanlig modus, noe som er nødvendig for å forsterke et svakt termoelementssignal.
Forsterkningen av differensialforsterkeren bestemmes av forholdet mellom motstanden til motstandene R3 / R1, og ved verdiene som er angitt på diagrammet er 560. Ved forsterkerens utgang ved en temperatur på 260 ° C bør spenningen være 10,560 * 560 = 5913,6 mV, eller 5,91 V. dette innebærer at R1 = R2 og R3 = R4.
For å endre forsterkningen, for eksempel når du bruker en annen type termoelement, må du bytte to motstander samtidig. Oftest gjøres dette ved å bytte ut motstandene R3 og R4. Ved inngangen til forsterkeren og i tilbakemeldingskretsen er kondensatorer C1 ... C4 installert, hvis formål er beskyttelse mot forstyrrelser og dannelse av nødvendig frekvensrespons for forsterkeren.
Denne ordningen gir ikke en temperaturkompensasjonsordning for kaldt kryss. Dette gjorde det mulig å forenkle kretsen betydelig, selv om det ikke tas med i beregningen når man måler temperaturen på varmeelementet i forhold til forenklingen av kretsen.
Sammenligning av enhet - komparator
Overvåking av oppvarmingstemperaturen utføres ved hjelp av en komparator (sammenligningsinnretning), utført på OS DA1.2. Terskelverdien for komparatoren stilles ved å bruke avstemningsmotstanden R8, spenningen som motstanden R7 blir ført til fra den ikke-inverterende inngangen til komparatoren (pinne 2).
Ved bruk av motstandene R9 og R6 stilles henholdsvis de øvre og nedre terskelverdiene for temperaturinnstillingspunktet. Den forsterkede termoelementspenningen føres gjennom motstanden R5 gjennom inverteringsinngangen til komparatoren (pinne 3). Forsterkningen ble nevnt litt høyere.
Komparatorens logikk
Mens spenningen ved inverteringsinngangen er mindre enn den som ikke inverterer, er komparatorens utgangsspenning høy (nesten + 12V). I tilfelle når spenningen til den inverterende inngangen er høyere enn den ikke-inverterende utgangen til komparatoren -12V, som tilsvarer et lavt nivå.
Triac trigger-enhet
Triac-triggeranordningen på transistoren VT1 er laget i henhold til skjemaet til den klassiske blokkeringsgeneratoren, som kan sees i hvilken som helst lærebok eller oppslagsverk. Den eneste forskjellen fra den klassiske kretsen er at skjevheten til bunnen av transistoren leveres fra utgangen til komparatoren, som lar deg kontrollere driften.
Når utgangen fra komparatoren er høy, nesten + 12V, blir en forskyvning påført på transistorbasen og blokkeringsgeneratoren genererer korte pulser. Hvis komparatorens utgang er lav, -12V, låser en negativ skjevhet transistoren VT1, slik at pulsgenerasjonen stopper.
Transformatoren til Tr1-blokkeringsgeneratoren er viklet på en ferrittring av K10 * 6 * 4 laget av NM2000 ferritt. Alle tre viklingene inneholder 50 omdreininger av PELSHO 0,13 ledning.
Viklingen utføres med skyttel i tre ledninger samtidig, slik at begynnelsen og endene av viklingene er diametralt motsatt. Dette er nødvendig for å lette installasjonen av transformatoren på brettet. Utseendet til transformatoren er vist på figur 4 på slutten av artikkelen.
Termostatdrift
Når termostaten slås på til termoelementet er oppvarmet, er utgangsspenningen DA1.1 null, eller bare noen få millivolt i pluss eller minus.Dette skyldes det faktum at K157UD2 ikke har konklusjoner for å koble til en trimbalanseringsmotstand, som det ville være mulig å innstille nullutgangsspenningen nøyaktig med.
Men for våre formål er disse millivoltene ved utgangen ikke skumle, siden komparatoren er innstilt til en høyere spenning, i størrelsesorden 6 ... 8 V. Derfor har dens utgang til en hvilken som helst innstilling av komparatoren i dette tilstanden et høyt nivå, ca. + 12V, som starter blokkeringsgeneratoren ved transistor VT1. Pulsene fra viklingen III av transformatoren Tr1 åpner triac T1, som inkluderer et varmeelement EK1.
Sammen med det begynner også termoelementet å varme opp, så spenningen ved utgangen til DA1.1-forsterkeren øker med økende temperatur. Når denne spenningen når verdien som er satt av motstanden R8, vil komparatoren gå i en lav tilstand, som vil stoppe blokkeringsgeneratoren. Derfor vil triac T1 lukke og slå av varmeren.
Sammen med det vil termoelementet kjøle seg ned, spenningen ved utgangen til DA1.1 vil avta. Når denne spenningen blir litt lavere enn spenningen ved motoren til motstanden R8, vil komparatoren igjen gå inn i et høyt nivå ved utgangen og slå på blokkeringsgeneratoren igjen. Varmesyklusen vil bli gjentatt igjen.
For visuell styring av termostaten leveres lysdioder HL1 grønn og HL2 rød. Når arbeidselementet varmes opp, lyser den røde LED-en, og når den innstilte temperaturen er nådd, lyser den grønne. For å beskytte lysdiodene mot revers spenning er beskyttelsesdioder VD1 og VD2 av typen KD521 koblet parallelt med dem i motsatt retning.
Design. Kretskort
Nesten hele kretsen sammen med strømkilden er laget på ett trykt kretskort. Kretskortdesignet er vist på figur 2.
Figur 2. Termostatkretskort (når du klikker på bildet, vil kretsen åpne i større skala).
PCB dimensjoner 40 * 116 mm. Brettet ble laget ved bruk av laser-stryketeknologi ved bruk av sprintlayout 4. Tegneprogram for kretskort. For å lage et trykt kretskort av den nevnte tegningen, bør flere skritt tas.
Konverter først bildet til * .BMP-format, lim det inn i arbeidsvinduet for sprintoppsett 4. For det andre tegner du bare linjene i de trykte sporene. For det tredje, skriv ut på en laserskriver, og fortsett med produksjonen av kretskortet. Produksjonsprosessen for kortet er allerede beskrevet. i en av artiklene. Grønne linjer på tavlen indikerer ledningene til viklingene på ferrittringer. Dette vil bli diskutert nedenfor.
I tillegg til den faktiske temperaturkontrolleren inneholder brettet også en strømkilde, som ved første øyekast kan virke urimelig sammensatt. Men en slik løsning gjorde at vi kunne kvitte oss med problemet med å finne og anskaffe en nettstransformator med lite strøm og ekstra "snekkerarbeid" for å fikse det i saken. Strømforsyningskretsen er vist på figur 3.
Figur 3. Strømforsyningen til temperaturkontrolleren (når du klikker på bildet, åpnes et større skjema).
Noen få ord skal sies separat om denne blokken. Kretsen ble utviklet av V. Kuznetsov, og var opprinnelig ment for å drive mikrokontrollerenheter, der den viste seg å være ganske pålitelig i drift. Deretter ble den brukt til å drive termostaten.
Opplegget er ganske enkelt. Nettspenning gjennom den slukkende kondensatoren Cl og motstanden R4 tilføres til likeretterbroen VDS1, laget av dioder 1N4007. Rippelen av den utbedrede spenningen blir jevnet ut av kondensatoren C2, spenningen blir stabilisert ved hjelp av analogen fra en zenerdiode laget på en transistor VT3, en zenerdiode VD2 og en motstand R3. Motstand R4 begrenser ladestrømmen til kondensator C2 når enheten er koblet til nettverket, og motstand R5 tømmer ballastkondensatoren C1 når den er koblet fra nettverket. Transistor VT3 type KT815G, Zener diode VD2 type 1N4749A med en stabiliseringsspenning på 24V, effekt 1W.
Spenningen på kondensatoren C2 brukes til å drive en push-pull oscillator laget på transistorer VT1, VT2. Grunnkretsene til transistorene styres av en transformator Tr1. Dioden VD1 beskytter basisovergangene til transistorene mot negative selvinduksjonspulser fra transformatorviklingene Tr1. Transistorer VT1, VT2 type KT815G, diode VD1 KD521.
En "kraft" -transformator Tr2 er inkludert i kollektorkretsene til transistorene, fra utgangsviklingene IV og V hvorav spenninger oppnås for å drive hele kretsen. Pulsspenningen ved transformatorutgangen blir utbedret av høyfrekvente dioder av typen FR207, jevnet ut av de enkleste RC-filtre, og stabilisert deretter på 12V-nivået av Zener-diodene VD5, VD6 av typen 1N4742A. Deres stabiliseringsspenning er 12V, effekten er 1W.
Fasingen av viklingene vises som vanlig i diagrammet: prikken indikerer begynnelsen av viklingen. Hvis fasingen ikke er blandet sammen, krever ikke strømforsyningen noen justering, begynner den å fungere umiddelbart.
Utformingen av transformatorene Tr1 og Tr2 er vist i figur 4.
Figur 4. Visning av tavlenheten.
Begge transformatorene (figur 3) er laget på ferrittringer laget av ferritt av det vanligste merket НМ2000. Transformator Tr1 inneholder tre identiske viklinger på 10 svinger på en ring i størrelse K10 * 6 * 4 mm. Viklingene vikles av en skyttel i tre ledninger samtidig. De skarpe kantene på ringen skal sløyfes med sandpapir, og selve ringen skal pakkes inn med et lag med vanlig tape. For mekanisk styrke er transformatoren viklet med en tilstrekkelig tykk PEV - 2 0,33 ledning, selv om en tynnere ledning også kan brukes.
Transformer Tr2 er også laget på ringen. Størrelsen er K10 * 16 * 6 mm: ved en driftsfrekvens på 40 kilohertz kan 7 watt strøm fjernes fra en slik ring. Viklingene I og II er viklet med en PELSHO - 0,13 ledning i to ledninger og inneholder 44 omdreininger. På toppen av disse viklingene er en tilbakemelding vikling III, som inneholder 3 omdreininger av ledning PEV - 2 0,33. Bruken av en så tykk ledning sikrer også transformatoren til tavlen.
Sekundærviklingene IV og V er også viklet i to ledninger og inneholder 36 omdreininger av trådsy-2 0,2. I følge diagrammet i figur 3 er disse viklingene loddet på tavlen selv uten kontinuitet: begynnelsen til begge viklingene er loddet sammen til en felles ledning, og endene av viklingene er ganske enkelt koblet til VD3- og VD4-diodene. Den relative posisjonen til viklingene kan sees i figur 4.
I kretskortets figur (figur 2 i begynnelsen av artikkelen) er viklingene til alle transformatorer vist med grønne linjer. Begynnelsen og endene av viklingene på ringer med liten diameter er diametralt motsatt, så du bør først lodde de tre trådene fra begynnelsen inn i brettet, og deretter, naturlig, ringe viklingene med en tester, endene på viklingene.
I nærheten av utskriftsveiene der transformatoren Tr2 er forseglet, kan du se punkter som viser begynnelsen på viklingene I, II og III. Produksjonsviklingen, som nevnt over, er forseglet selv uten kontinuitet: den starter sammen på en felles ledning, og endene til likeretterdiodene.
Hvis dette alternativet med strømforsyningen virker komplisert eller bare ikke vil rote med det, kan det gjøres i henhold til skjemaet vist i figur 5.
Figur 5. Strømforsyningen er en forenklet versjon.
I denne strømforsyningen kan du bruke en nedtrappende netttransformator med en kapasitet på ikke mer enn 5 watt med en utgangsspenning på 14 ... 15 V. Strømforbruket er lite, så likeretteren er laget i henhold til en halvbølges krets, som gjorde det mulig å få en bipolar utgangsspenning fra en vikling. Transformatorer fra "polske" antenneforsterkere er ganske passende.
Verifikasjon før sluttmontering
Som allerede nevnt trenger en riktig montert enhet ikke justering, men det er bedre å sjekke det før sluttmontering. Først av alt, kontrolleres driften av strømkilden: spenningen ved zenerdioden skal være 12 V. Det er bedre å gjøre dette før mikrokretsen er installert på brettet.
Etter det bør du koble til et termoelement, og stille spenningen på ca 5 ... 5,5 V på motoren til motstanden R8I stedet for en triac, koble en LED til utgangsviklingen på blokkeringsgeneratoren gjennom en motstand med en motstand på 50 ... 100 Ohm. Etter at enheten er koblet til, skal denne lysdioden lyse, noe som indikerer at blokkeringsgeneratoren fungerer.
Etter det bør du varme opp termoelementet med minst et loddejern - LED-en skal slukke. Så gjenstår det bare å endelig montere enheten og stille inn den nødvendige temperaturen med et termometer. Dette bør gjøres når triacen og varmeren allerede er tilkoblet.
Apropos triac. Selvfølgelig kan du bruke den innenlandske KU208G, men ikke alle disse triacene er lansert, du må velge minst en fra flere stykker. Importert mye bedre blir importert BTA06 600A. Den maksimalt tillatte strømmen for en slik triac 6A, en revers spenning på 600V, som er ganske nok til bruk i den beskrevne temperaturregulatoren.
Triacen er montert på en liten radiator, som er skrudd fast på tavlen med skruer med plasthyller 8 mm høye. Lysdioder HL1 og HL2 er installert på frontpanelet, motstandene R6, R8, R9 er også installert der. For å koble enheten til nettverket, brukes varmeovn og termoelement, terminalkontakter, eller ganske enkelt terminalblokker.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: