kategorier: Udvalgte artikler » Praktisk elektronik
Antal visninger: 54385
Kommentarer til artiklen: 3
Termostat til svejsning af plast
Beskrivelse af det enkle og pålidelige design af en temperaturregulator til svejsning af plast, for eksempel plastrammer.
Termostater. Udnævnelse og omfang
Det ser ud til at være en enkel ting temperaturregulator, og dets hovedformål er at opretholde en given temperatur. Men der er mange teknologiområder eller simpelthen husholdninger, hvor en stabil temperatur skal opretholdes og i et ret bredt område.
For eksempel kan det være varmt gulv, et akvarium med guldfisk, en inkubator til fjernelse af kyllinger, en elektrisk pejs eller kedel i badeværelset. I alle disse tilfælde skal temperaturen holdes forskellig. F.eks. For akvariefisk, afhængigt af deres type, kan temperaturen på vandet i akvariet ligge i området 22 ... 31 ° C, i inkubatoren inden for 37 ... 38 ° C, og i en elektrisk pejs eller kedel ca. 70 ... 80 ° C.
Der er også temperaturregulatorer, der opretholder temperaturen i intervallet fra hundrede til tusind eller flere grader. At oprette en temperaturregulator med et interval fra flere grader til flere tusinde er upraktisk; designet vil vise sig at være for kompliceret og dyrt og endda, mest sandsynligt, uvirksom. Derfor produceres termostater som regel over et ret smalt temperaturområde.
Mange processer bruger også temperaturregulatorer. Dette loddeudstyr, sprøjtestøbemaskiner til formning af plastprodukter, udstyr til svejsning af plastrør, så moderigtigt for nylig, og ikke mindre populære plastvinduer.
Moderne temperaturregulatorer for industriel produktion er ret komplekse og nøjagtige, som regel lavet på basis af mikrokontrollere, har en digital indikation af driftsformer og kan programmeres af brugeren. Men ofte er der behov for mindre komplekse design.
Denne artikel vil beskrive konstruktion af en temmelig enkel og pålidelig temperaturregulator, tilgængelig til fremstilling i en enkelt produktion, for eksempel i elektriske laboratorier i fabrikken. Flere dusin af disse enheder er med succes brugt i maskiner til svejsning af plastrammer. For øvrig blev selve maskinerne også fremstillet i et enkelt produktionsmiljø.
Beskrivelse af kredsløbsdiagrammet
Konstruktionen af termostaten er ganske enkel på grund af brugen af K157UD2-chip, som er en dobbelt operationel forstærker (OA). Én DIP14-pakke indeholder to uafhængige op-ampere, der kun kombinerer almindelige strømstifter.
Omfanget af denne chip er hovedsageligt lydforstærkningsudstyr, såsom mixere, crossovers, båndoptagere og forskellige forstærkere. Derfor er op-forstærkerne kendetegnet ved et lavt støjniveau, hvilket også gør det muligt at bruge det som en forstærker til termoelementssignaler, hvis niveau kun er nogle få titusinder af millivolt. Med den samme succes kan K157UD3-chip bruges. I dette tilfælde kræves ingen ændringer og indstillinger.
På trods af kredsløbets enkelhed opretholder enheden en temperatur inden for 180 ... 300 C ° med en tolerance på højst 5%, hvilket er helt nok til højkvalitets plastsvejsning. Varmeeffekt 400 watt. Skematisk diagram over temperaturregulatoren er vist i figur 1.
Figur 1. Skematisk diagram over en temperaturregulator (ved at klikke på et billede åbnes et kredsløb i større skala).
Funktionelt består termostaten af flere noder: en termoelement signalforstærker på DA1.1 op-amp, komparator på DA1.2 op-amp, løfteraketter triac på transistoren VT1 og udgangsnøglenheden lavet på triac T1. Denne triac inkluderer en belastning, der er angivet i diagrammet som EK1.
termoelement
Temperaturmåling ved hjælp af en termoelement BK1.Designet bruger en TYPE K termoelement med en termo-emf på 4 μV / ° C. Ved en temperatur på 100 ° C udvikler termoelementet en spænding på 4,095 mV, ved 200 ° C 8,377 mV og ved 260 ° C 10,560 mV. Disse data er hentet fra en termoelementskalibreringstabel udarbejdet empirisk. Målingerne blev foretaget med kompensation for temperaturen i det kolde kryds. Lignende termoelementer bruges i digitale multimetre med temperaturmålere, for eksempel DT838. Brug af TMDT 2-38 ledning termoelement er også muligt. Sådanne termoelementer er i øjeblikket til salg.
Termo-EMF forstærker
Termoelementets signalforstærker på DA1.1 op-forstærkeren er designet i henhold til et differentielt forstærkerkredsløb. Denne inkludering af op-forstærkeren giver dig mulighed for at slippe af med interferens i almindelig tilstand, hvilket er nødvendigt for at forstærke et svagt termoelementssignal.
Differensen af forstærkerens forstærkning bestemmes af forholdet mellem modstanderne i modstanderne R3 / R1 og ved de angivne værdier er 560. Ved forstærkerens udgang ved en temperatur på 260 ° C skal spændingen være 10,560 * 560 = 5913,6 mV eller 5,91 V. dette indebærer, at R1 = R2 og R3 = R4.
For at ændre forstærkningen, for eksempel når du bruger en anden type termoelement, bliver du nødt til at ændre to modstande på én gang. Oftest gøres dette ved at udskifte modstanderne R3 og R4. Ved indgangen til forstærkeren og i feedbackkredsløbet er kondensatorer C1 ... C4 installeret, hvis formål er beskyttelse mod interferens og dannelse af den nødvendige frekvensrespons for forstærkeren.
Dette skema tilvejebringer ikke et koldt krydsstemperaturkompensationsprogram. Dette gjorde det muligt at forenkle kredsløbet væsentligt, skønt det ikke tages i betragtning, når temperaturen på varmeelementet måles i sammenligning med forenklingen af kredsløbet.
Sammenligning af enhed - komparator
Overvågning af opvarmningstemperaturen udføres ved hjælp af en komparator (sammenligningsanordning), der udføres på OS DA1.2. Tærsklen for komparatoren indstilles ved hjælp af indstillingsmodstanden R8, den spænding, hvorfra modstanden R7 leveres til den ikke-inverterende indgang fra komparatoren (stift 2).
Ved anvendelse af modstande R9 og R6 indstilles henholdsvis de øvre og nedre tærskler for temperaturindstillingspunktet Den forstærkede termoelementspænding føres gennem modstanden R5 gennem komparatorens inverterende indgang (stift 3). Forstærkningen blev nævnt lidt højere.
Sammenligningens logik
Mens spændingen ved inverteringsindgangen er mindre end ved den ikke-inverterende, er komparatorens udgangsspænding høj (næsten + 12V). I tilfælde, hvor spændingen på inverteringsindgangen er højere end den ikke-inverterende udgang fra komparatoren -12V, hvilket svarer til et lavt niveau.
Triac trigger-enhed
Triac-triggerindretningen på transistoren VT1 er fremstillet i henhold til skemaet for den klassiske blokeringsgenerator, som kan ses i enhver lærebog eller opslagsbog. Den eneste forskel fra det klassiske kredsløb er, at forspænding til transistorens basis leveres fra komparatorens output, hvilket giver dig mulighed for at kontrollere dens funktion.
Når komparatorens output er høj, næsten + 12V, påføres en forskydning på transistorbasen, og blokeringsgeneratoren genererer korte impulser. Hvis komparatorens output er lav, -12V, låser en negativ bias transistoren VT1, så pulsgenerationen stopper.
Transformatoren af Tr1-blokeringsgeneratoren er viklet på en ferritring af K10 * 6 * 4-mærket lavet af NM2000-ferrit. Alle tre viklinger indeholder 50 omdrejninger af PELSHO 0,13 ledning.
Opviklingen udføres med shuttle i tre ledninger på én gang, så viklingernes begyndelse og ender er diametralt modsat. Dette er nødvendigt for at lette installationen af transformeren på tavlen. Udseendet af transformeren er vist i figur 4 i slutningen af artiklen.
Termostatdrift
Når termostaten tændes, indtil termoelementet er opvarmet, er udgangsspændingen DA1.1 nul eller blot et par millivolt i plus eller minus.Dette skyldes det faktum, at K157UD2 ikke har konklusioner for tilslutning af en trimbalanceringsmodstand, som det ville være muligt nøjagtigt at indstille nuludgangsspændingen.
Men til vores formål er disse millivolt ved udgangen ikke skræmmende, da komparatoren er indstillet til en højere spænding i størrelsesordenen 6 ... 8 V. Derfor har dens udgang ved enhver indstilling af komparatoren i denne tilstand et højt niveau, ca. + 12V, som starter blokeringsgeneratoren ved transistor VT1. Impulserne fra viklingen III af transformeren Tr1 åbner triac T1, der inkluderer et varmeelement EK1.
Sammen med det begynder termoelementet også at varme op, så spændingen ved udgangen fra DA1.1-forstærkeren stiger, når temperaturen stiger. Når denne spænding når den værdi, der er indstillet af modstanden R8, vil komparatoren gå i en lav tilstand, hvilket stopper blokeringsgeneratoren. Derfor lukker triac T1 og slukker for varmeren.
Sammen med det vil termoelementet køle ned, spændingen ved output fra DA1.1 falde. Når denne spænding bliver lidt lavere end spændingen ved motoren i modstanden R8, vil komparatoren igen gå i et højt niveau ved udgangen og tænde for blokeringsgeneratoren igen. Varmecyklussen gentages igen.
Til visuel styring af termostaten leveres lysdioder HL1 grøn og HL2 rød. Når arbejdselementet opvarmes, lyser den røde LED, og når den indstillede temperatur er nået, lyser den grønne. For at beskytte lysdioderne mod omvendt spænding er beskyttelsesdioder VD1 og VD2 af typen KD521 forbundet parallelt med dem i modsat retning.
Design. Kredsløb
Næsten hele kredsløbet sammen med strømkilden laves på et printkort. Kredsløbskonstruktionen er vist i figur 2.
Figur 2. Termostat kredsløbskort (når du klikker på billedet, åbnes kredsløbet i større skala).
PCB dimensioner 40 * 116 mm. Brættet blev lavet ved hjælp af laser-strygningsteknologi ved hjælp af sprintlayout 4. Kredsløbskortetegningsprogram For at fremstille et trykt kredsløbskort ud fra den førnævnte tegning, skal der tages flere trin.
For det første skal du konvertere billedet til * .BMP-format, indsætte det i arbejdsvinduet på sprintlayout 4. For det andet skal du blot tegne linjerne på de udskrevne spor. For det tredje skal du udskrive på en laserprinter og fortsætte med fremstillingen af det trykte kredsløbskort. Kortfremstillingsprocessen er allerede beskrevet. i en af artiklene. Grønne linjer på tavlen angiver ledningsføring af viklingerne på ferritringe. Dette vil blive diskuteret nedenfor.
Ud over den faktiske temperaturregulator indeholder brættet også en strømkilde, der ved første øjekast kan virke urimeligt kompliceret. Men en sådan løsning gjorde det muligt for os at slippe af med problemet med at finde og anskaffe en lavt strømnetværkstransformator og yderligere "tømrerarbejde" for at løse det i sagen. Strømforsyningskredsløbet er vist i figur 3.
Figur 3. Strømforsyningen til temperaturregulatoren (når du klikker på billedet åbnes et større skema).
Et par ord skal siges separat om denne blok. Kredsløbet blev udviklet af V. Kuznetsov og var oprindeligt beregnet til at drive mikrokontrollerenheder, hvor det viste sig at være ganske pålideligt i drift. Efterfølgende blev det brugt til at drive termostaten.
Ordningen er ganske enkel. Netspænding gennem den slukkende kondensator C1 og modstand R4 tilføres til ensretterbroen VDS1, lavet af dioder 1N4007. Ripplen af den udrettede spænding udjævnes af kondensatoren C2, spændingen stabiliseres ved hjælp af analogen fra en zenerdiode fremstillet på en transistor VT3, en zenerdiode VD2 og en modstand R3. Modstand R4 begrænser ladestrømmen for kondensator C2, når enheden er forbundet til netværket, og modstand R5 udleder ballastkondensatoren C1, når den kobles fra netværket. Transistor VT3 type KT815G, Zener diode VD2 type 1N4749A med en stabiliseringsspænding på 24V, effekt 1W.
Spændingen på kondensatoren C2 bruges til at drive en push-pull oscillator lavet på transistorer VT1, VT2. Transistorenes basekredsløb styres af en transformer Tr1. Dioden VD1 beskytter basisovergange af transistorer mod negative selvinduktionsimpulser af viklingerne af transformeren Tr1. Transistorer VT1, VT2 type KT815G, diode VD1 KD521.
En "effekt" -transformator Tr2 er inkluderet i transistorernes kollektorkredsløb, fra hvilke udgangsviklingerne IV og V opnås, hvorved der opnås spændinger til at drive hele kredsløbet. Impulsspændingen ved transformerudgangen korrigeres af højfrekvente dioder af typen FR207, udjævnes med de enkleste RC-filtre og stabiliseres derefter på 12V-niveauet af Zener-dioderne VD5, VD6 af typen 1N4742A. Deres stabiliseringsspænding er 12V, strømmen er 1W.
Fasningen af viklingerne vises som normalt i diagrammet: prikken angiver starten af viklingen. Hvis fasingen ikke er blandet, og strømforsyningen ikke kræver nogen justering, begynder den at arbejde med det samme.
Konstruktionen af transformere Tr1 og Tr2 er vist i figur 4.
Figur 4. Udsigt over tavlen.
Begge transformatorer (figur 3) er fremstillet på ferritringe lavet af ferrit af det mest almindelige mærke НМ2000. Transformator Tr1 indeholder tre identiske viklinger på 10 omdrejninger på en ring i størrelse K10 * 6 * 4 mm. Viklingerne vikles af en shuttle i tre ledninger på én gang. De skarpe kanter på ringen skal slides med sandpapir, og selve ringen skal pakkes med et lag almindeligt klæbebånd. For mekanisk styrke vikles transformatoren med en tilstrækkelig tyk PEV - 2 0,33-ledning, skønt en tyndere ledning også kan bruges.
Transformer Tr2 er også lavet på ringen. Dets størrelse er K10 * 16 * 6 mm: ved en driftsfrekvens på 40 kilohertz kan 7 watt strøm fjernes fra en sådan ring. Viklingerne I og II er viklet med en PELSHO - 0,13 ledning i to ledninger og indeholder 44 omdrejninger. Ovenpå disse viklinger er en tilbagemeldingsvikling III, der indeholder 3 omdrejninger af ledning PEV - 2 0,33. Brug af en sådan tyk tråd sikrer også transformeren til tavlen.
De sekundære viklinger IV og V er også viklet i to ledninger og indeholder 36 omdrejninger af trådsy-2 0,2. I henhold til diagrammet i figur 3 er disse viklinger forseglet på brættet, selv uden kontinuitet: Begyndelsen af begge viklinger er forseglet sammen på en fælles ledning, og enderne af viklingerne er simpelthen forbundet til VD3- og VD4-dioderne. Den relative position af viklingerne kan ses i figur 4.
I kredsløbets figur (figur 2 i begyndelsen af artiklen) vises viklingerne af alle transformere med grønne linjer. Begyndelsen og enderne af viklingerne på ringe med lille diameter er diametralt modsat, så du bør først lodde de tre ledninger fra begyndelsen ind i brættet, og derefter naturligt ringe viklingerne med en tester, enderne af viklingerne.
I nærheden af udskrivningsstierne, hvor transformatoren Tr2 er forseglet, kan du se punkter, der viser begyndelsen på viklingerne I, II og III. Outputviklingen, som nævnt ovenfor, forsegles, selv uden kontinuitet: Den starter sammen på en fælles ledning, og enderne på ensretterdioderne.
Hvis denne mulighed for strømforsyning virker kompliceret eller bare ikke ønsker at rod med den, kan den gøres i henhold til skemaet vist i figur 5.
Figur 5. Strømforsyningen er en forenklet version.
I denne strømforsyning kan du bruge en nedkoblet nettransformator med en kapacitet på højst 5 watt med en udgangsspænding på 14 ... 15 V. Strømforbruget er lille, så ensretteren er lavet i henhold til et halvbølgekredsløb, som gjorde det muligt at opnå en bipolær udgangsspænding fra en vikling. Transformere fra "polske" antenneforstærkere er meget velegnede.
Verifikation inden den endelige samling
Som allerede nævnt behøver en korrekt samlet enhed ikke justering, men det er bedre at kontrollere det før den endelige samling. Først og fremmest kontrolleres driften af strømkilden: spændingen ved zenerdioderne skal være 12 V. Det er bedre at gøre dette, før mikrokredsløbet er installeret på tavlen.
Derefter skal du tilslutte et termoelement og indstille spændingen på ca. 5 ... 5,5 V på motoren i modstanden R8I stedet for en triac skal du tilslutte en LED til udgangsviklingen af blokeringsgeneratoren gennem en modstand med en modstand på 50 ... 100 ohm. Når enheden er tilsluttet, lyser denne LED, hvilket indikerer, at blokeringsgeneratoren fungerer.
Derefter skal du varme termoelementet med mindst et loddejern - LED'en skal slukke. Så det er kun tilbage for endelig at samle enheden og indstille den krævede temperatur med et termometer. Dette skal gøres, når triacen og varmeren allerede er tilsluttet.
Apropos triac. Selvfølgelig kan du bruge den indenlandske KU208G, men ikke alle disse triacer er lanceret, du skal vælge mindst en fra flere stykker. Importeret meget bedre importeres BTA06 600A. Den maksimalt tilladte strøm for en sådan triac 6A, en revers spænding på 600V, hvilket er helt nok til brug i den beskrevne temperaturregulator.
Triac monteres på en lille radiator, der skrues fast på tavlen med skruer med plastikstativer, der er 8 mm høje. Lysdioder HL1 og HL2 er installeret på frontpanelet, modstande R6, R8, R9 er også installeret der. For at tilslutte enheden til netværket bruges varmelegeme og termoelement, terminalstik eller simpelthen terminalblokke.
Boris Aladyshkin
Se også på elektrohomepro.com
: