Termostat pro svařování plastů

Popis jednoduché a robustní konstrukce regulátoru teploty pro svařování plastů, jako jsou plastové rámy.

Termostaty. Jmenování a rozsah

Vypadalo by to jako jednoduchá věc regulátor teplotya jeho hlavním účelem je udržovat danou teplotu. Existuje však mnoho oblastí techniky nebo prostě domácností, kde by měla být udržována stabilní teplota a v poměrně širokém rozsahu.

Například by to mohlo být teplá podlaha, akvárium se zlatou rybkou, inkubátor pro odstraňování kuřat, elektrický krb nebo kotel v koupelně. Ve všech těchto případech musí být teplota udržována různě. Například u akvarijních ryb může být teplota vody v akváriu v závislosti na jejich typu v rozmezí 22 ... 31 ° C, v inkubátoru do 37 ... 38 ° C a v elektrickém krbu nebo kotli přibližně 70 ... 80 ° C.

Existují také regulátory teploty, které udržují teplotu v rozsahu od sta do tisíce nebo více stupňů. Vytvoření regulátoru teploty s rozsahem od několika stupňů do několika tisíc je nepraktické, konstrukce se ukáže být příliš komplikovanou a nákladnou, a dokonce pravděpodobně nefunkční. Proto se termostaty vyrábějí zpravidla v poměrně úzkém teplotním rozsahu.

Mnoho procesů také používá regulátory teploty. Toto pájecí zařízení, vstřikovací stroje pro lisování plastových výrobků, zařízení pro svařování plastových trubek, tak módní v poslední době, a neméně populární plastová okna.

Moderní průmyslové termostaty jsou poměrně složité a přesné, obvykle jsou založeny na mikrokontrolérech, mají digitální indikaci provozních režimů a uživatel je může programovat. Často je však potřeba méně složitých vzorů.

Tento článek popisuje konstrukce poměrně jednoduchého a spolehlivého regulátoru teploty, k dispozici pro výrobu v jedné produkci, například v továrních elektrických laboratořích. Několik desítek těchto zařízení bylo úspěšně použito ve strojích pro svařování plastových rámů. Mimochodem, samotné stroje byly také vyráběny v jediném výrobním prostředí.

Popis schématu zapojení

Konstrukce termostatu je poměrně jednoduchá díky použití čipu K157UD2, což je duální operační zesilovač (OA). Jeden balíček DIP14 obsahuje dva nezávislé operační zesilovače, které kombinují pouze běžné napájecí piny.

Předmětem tohoto čipu jsou zejména zařízení pro zesilování zvuku, jako jsou mixéry, crossovery, magnetofony a různé zesilovače. Proto jsou operační zesilovače charakterizovány nízkou hladinou šumu, což také umožňuje použití jako zesilovač pro termočlánkové signály, jejichž úroveň je jen několik desítek milivoltů. Se stejným úspěchem lze použít čip K157UD3. V takovém případě nejsou nutné žádné změny ani nastavení.

Navzdory jednoduchosti obvodu udržuje zařízení teplotu v rozmezí 180 ... 300 ° C s tolerancí ne více než 5%, což je dostačující pro vysoce kvalitní svařování plastů. Výkon ohřívače 400 wattů. Schematický diagram regulátoru teploty je uveden na obrázku 1.

Obrázek 1. Schematický diagram regulátoru teploty (kliknutím na obrázek se otevře obvod většího rozsahu).

Funkčně se regulátor teploty skládá z několika uzlů: termočlánkový zesilovač signálu na operačním zesilovači DA1.1, komparátor na operačním systému DA1.2, launchers triak na tranzistoru VT1 a na výstupním klíčovém zařízení vytvořeném na triaku T1. Tento triak zahrnuje zatížení, které je v diagramu označeno jako EK1.

Termočlánek

Měření teploty pomocí termočlánku BK1.Konstrukce používá termočlánek TYPE K s termočlánkem 4 μV / ° C. Při teplotě 100 ° C vyvine termočlánek napětí 4,095 mV, při 200 ° C 8,137 mV a při 260 ° C 10,560 mV. Tato data jsou převzata z termočlánkové kalibrační tabulky sestavené empiricky. Měření byla prováděna s kompenzací teploty studeného přechodu. Podobné termočlánky se používají v digitální multimetry s měřiči teploty, například DT838. Je také možné použít drátový termočlánek TMDT 2-38. Takové termočlánky jsou v současné době v prodeji.

Termo-EMF zesilovač

Zesilovač signálu termočlánku na zesilovači DA1.1 op je navržen podle obvodu diferenciálního zesilovače. Toto začlenění operačního zesilovače vám umožní zbavit se rušení v běžném režimu, což je nezbytné pro zesílení slabého signálu termočlánku.

Zisk diferenciálního zesilovače je určen poměrem odporů rezistorů R3 / R1 a při hodnotách uvedených na diagramu je 560. Napětí by tedy mělo být na výstupu zesilovače při teplotě 260 ° C 10,560 * 560 = 5913,6 mV nebo 5,91 V. Při to znamená, že R1 = R2 a R3 = R4.

Chcete-li změnit zisk, například při použití jiného typu termočlánku, musíte vyměnit dva odpory najednou. Nejčastěji se to provádí výměnou rezistorů R3 a R4. Na vstupu zesilovače a ve zpětnovazebním obvodu jsou nainstalovány kondenzátory C1 ... C4, jejichž účelem je ochrana proti rušení a vytvoření potřebné frekvenční odezvy zesilovače.

Toto schéma neposkytuje schéma kompenzace teploty studeného uzlu. To umožnilo výrazně zjednodušit obvod, i když se to nebere v úvahu při měření teploty topného prvku ve srovnání se zjednodušením obvodu.

Porovnání zařízení - komparátor

Sledování teploty topení se provádí pomocí komparátoru (porovnávacího zařízení), prováděného na OS DA1.2. Prah komparátoru je nastaven pomocí ladicího rezistoru R8, napětí, od kterého je přes rezistor R7 přiváděno na neinvertující vstup komparátoru (pin 2).

Použitím odporů R9 a R6 se nastavují horní a dolní prahové hodnoty požadované teploty. Zesílené termočlánkové napětí se přivádí přes odpor R5 přes invertující vstup komparátoru (pin 3). Zesílení bylo zmíněno o něco vyšší.

Logika komparátoru

Zatímco napětí na invertujícím vstupu je menší než u neinvertujícího, výstupní napětí komparátoru je vysoké (téměř + 12V). V případě, že napětí invertujícího vstupu je vyšší než neinvertující výstup komparátoru -12V, což odpovídá nízké úrovni.

Triakové spouštěcí zařízení

Triakové spouštěcí zařízení na tranzistoru VT1 je vyrobeno podle schématu klasického blokovacího generátoru, který lze vidět v jakékoli učebnici nebo referenční příručce. Jediný rozdíl oproti klasickému obvodu spočívá v tom, že předpětí na bázi tranzistoru je napájeno z výstupu komparátoru, což vám umožňuje řídit jeho činnost.

Když je výstup komparátoru vysoký, téměř + 12V, je na tranzistorovou základnu aplikováno posunutí a blokovací generátor generuje krátké impulsy. Pokud je výstup komparátoru nízký, -12V, záporná předpětí zablokuje tranzistor VT1, takže se generování impulzů zastaví.

Transformátor blokovacího generátoru Tr1 je navinut na feritový kroužek značky K10 * 6 * 4 vyrobený z feritu NM2000. Všechna tři vinutí obsahují 50 závitů drátu PELSHO 0,13.

Navíjení se provádí kyvadlovou dopravou ve třech vodičích najednou tak, že začátek a konec vinutí jsou diametrálně opačné. To je nezbytné pro usnadnění instalace transformátoru na desce. Vzhled transformátoru je znázorněn na obrázku 4 na konci článku.

Provoz termostatu

Když je termostat zapnutý, dokud se termočlánek nezahřeje, výstupní napětí DA1.1 je nula nebo jen několik milivoltů v plus nebo mínus.To je způsobeno skutečností, že K157UD2 nemá žádné závěry pro připojení vyvažovacího odporu vyvažování, kterým by bylo možné přesně nastavit nulové napětí na výstupu.

Pro naše účely však tyto milivolty na výstupu nejsou děsivé, protože komparátor je naladěn na vyšší napětí, řádově 6 ... 8 V. Proto při jakémkoli nastavení komparátoru v tomto stavu má jeho výstup vysokou úroveň, asi + 12V, která spustí blokovací generátor na tranzistor VT1. Impulzy z vinutí III transformátoru Tr1 otevírají triak T1, který obsahuje topný prvek EK1.

Spolu s tím se termočlánek také zahřívá, takže se napětí na výstupu zesilovače DA1.1 zvyšuje se zvyšující se teplotou. Když toto napětí dosáhne hodnoty nastavené rezistorem R8, komparátor přejde do nízkého stavu, což zastaví generátor blokování. Proto se triak T1 uzavře a vypne ohřívač.

Spolu s tím se termočlánek ochladí, napětí na výstupu DA1.1 se sníží. Když se toto napětí mírně sníží než napětí na motoru rezistoru R8, komparátor znovu vstoupí na vysokou úroveň na výstupu a znovu zapne blokovací generátor. Topný cyklus se bude opakovat znovu.

Pro vizuální ovládání termostatu jsou k dispozici LED HL1 zelená a HL2 červená. Po zahřátí pracovního prvku se rozsvítí červená LED a po dosažení nastavené teploty se rozsvítí zelená. Pro ochranu LED před reverzním napětím jsou paralelně k nim připojeny ochranné diody VD1 a VD2 typu KD521 v opačném směru.

Konstrukce. Obvodová deska

Téměř celý obvod spolu se zdrojem energie je vyroben na jedné desce plošných spojů. Konstrukce desky s obvody je znázorněna na obrázku 2.

Obrázek 2. Termostatická deska (po kliknutí na obrázek se obvod otevře ve větším měřítku).

Rozměry DPS 40 * 116 mm. Deska byla vyrobena pomocí technologie žehlení laserem pomocí programu desky plošných spojů sprintu 4. Aby se deska plošných spojů z výše uvedeného obrázku vytvořila, je třeba provést několik kroků.

Nejprve převeďte obrázek do formátu * .BMP, vložte jej do pracovního okna rozvržení sprintu 4. Za druhé jednoduše nakreslete čáru kolem tištěných stop. Zatřetí, tiskněte na laserové tiskárně a pokračujte ve výrobě desky s plošnými spoji. Proces výroby desek již byl popsán. v jednom z článků. Zelené čáry na desce označují zapojení vinutí na feritových kroužcích. Toto bude diskutováno níže.

Deska kromě skutečného regulátoru teploty obsahuje také zdroj energie, který se na první pohled může zdát nepřiměřeně složitý. Takové řešení však umožnilo zbavit se problému hledání a získání nízkonapěťového síťového transformátoru a dalšího „tesařství“ pro jeho upevnění v případě. Napájecí obvod je znázorněn na obrázku 3.

Obrázek 3. Napájení regulátoru teploty (po kliknutí na obrázek se otevře větší schéma).

O tomto bloku je třeba říci několik slov samostatně. Obvod byl vyvinut V. Kuzněcovem a původně byl určen k napájení mikrokontrolérových zařízení, kde se ukázalo být v provozu docela spolehlivé. Následně byl použit k napájení termostatu.

Schéma je celkem jednoduché. Síťové napětí přes zhášecí kondenzátor C1 a rezistor R4 je přiváděno do usměrňovacího můstku VDS1, vyrobeného z diod 1N4007. Zvlnění usměrněného napětí je vyhlazeno kondenzátorem C2, napětí je stabilizováno analogem zenerovy diody vytvořené na tranzistoru VT3, zenerovy diody VD2 a rezistoru R3. Rezistor R4 omezuje nabíjecí proud kondenzátoru C2, když je zařízení připojeno k síti, a rezistor R5 vybije balastový kondenzátor C1, když je odpojen od sítě. Tranzistor VT3 typu KT815G, Zenerova dioda VD2 typu 1N4749A se stabilizačním napětím 24V, příkon 1W.

Napětí na kondenzátoru C2 se používá k napájení push-pull oscilátoru vytvořeného na tranzistorech VT1, VT2. Základní obvody tranzistorů jsou ovládány transformátorem Tr1. Dioda VD1 chrání základní přechody tranzistorů před negativními impulsy vlastní indukce vinutí transformátoru Tr1. Tranzistory VT1, VT2 typu KT815G, dioda VD1 KD521.

V obvodech kolektorů tranzistorů je zahrnut „výkonový“ transformátor Tr2, z jehož výstupních vinutí IV a V je dosaženo napětí pro napájení celého obvodu. Impulzní napětí na výstupu z transformátoru je usměrněno vysokofrekvenčními diodami typu FR207, vyhlazeny nejjednoduššími RC filtry a poté stabilizovány na úrovni 12V Zenerovými diodami VD5, VD6 typu 1N4742A. Jejich stabilizační napětí je 12V, výkon 1W.

Fázování vinutí je na obrázku znázorněno jako obvykle: tečka označuje začátek vinutí. Pokud během montáže není fázování smícháno, pak napájení nevyžaduje žádné nastavení, začne okamžitě pracovat.

Konstrukce transformátorů Tr1 a Tr2 je znázorněna na obrázku 4.

Obrázek 4. Pohled na sestavu desky.

Oba transformátory (obrázek 3) jsou vyráběny na feritových prstencích vyrobených z feritu nejběžnější značky НМ2000. Transformátor Tr1 obsahuje tři stejná vinutí 10 závitů na prstenci velikosti K10 * 6 * 4 mm. Vinutí jsou vinuta raketoplánem ve třech vodičích najednou. Ostré hrany prstence by měly být otřeny brusným papírem a prsten by měl být obalen vrstvou běžné lepicí pásky. Pro mechanickou pevnost je transformátor navinut s dostatečně silným drátem PEV - 2 0,33, lze však použít i tenčí vodič.

Transformátor Tr2 je také vyroben na kroužku. Jeho velikost je K10 * 16 * 6 mm: při provozní frekvenci 40 kilohertz lze z takového prstence odebrat 7 wattů energie. Vinutí I a II jsou navinuta drátem PELSHO - 0,13 ve dvou drátech a obsahují 44 závitů. Na vrcholu těchto vinutí je zpětné vinutí III, které obsahuje 3 závity drátu PEV - 2 0,33. Použití takového silného drátu také zajistí transformátor k desce.

Sekundární vinutí IV a V jsou také navinuta ve dvou vodičích a obsahují 36 závitů drátu sew-2 0,2. Podle diagramu na obrázku 3 jsou tato vinutí utěsněna na desce i bez kontinuity: začátky obou vinutí jsou spojeny dohromady na společném vodiči a konce vinutí jsou jednoduše spojeny s diodami VD3 a VD4. Relativní poloha vinutí je vidět na obrázku 4.

Na výkresu desky plošných spojů (obrázek 2 na začátku článku) jsou vinutí všech transformátorů znázorněny zelenými čarami. Počátky a konce vinutí na prstencích malého průměru jsou diametrálně protilehlé, takže byste nejprve měli pájet tři dráty začátku do desky a potom přirozeně zvonit vinutí testerem, konce vinutí.

V blízkosti tiskových cest, kde je utěsněn transformátor Tr2, můžete vidět body ukazující začátek vinutí I, II a III. Výstupní vinutí, jak je uvedeno výše, je utěsněno i bez spojitosti: začíná společně na společném drátu a končí na usměrňovacích diodách.

Pokud se zdá, že tato možnost napájení je komplikovaná nebo se s ní nechce jen pohrávat, lze to provést podle schématu znázorněného na obr.

Obrázek 5. Zdroj napájení je zjednodušená verze.

V tomto napájecím zdroji můžete použít sestupný síťový transformátor s kapacitou ne více než 5 wattů s výstupním napětím 14 ... 15 V. Spotřeba energie je malá, takže usměrňovač je vyroben podle půlvlnného obvodu, který umožnil získat bipolární výstupní napětí z jednoho vinutí. Transformátory z "polských" anténních zesilovačů jsou docela vhodné.

Ověření před konečnou montáží

Jak již bylo zmíněno, správně sestavené zařízení nevyžaduje seřízení, ale je lepší jej zkontrolovat před konečnou montáží. Nejprve se zkontroluje činnost zdroje energie: napětí na zenerových diodách by mělo být 12 V. Je lepší to udělat před instalací mikroobvodu na desce.

Poté byste měli připojit termočlánek a nastavit napětí asi 5 ... 5,5 V na motoru rezistoru R8.Namísto triaku připojte LED přes rezistor s odporem 50 ... 100 Ohmů k výstupnímu vinutí blokovacího generátoru. Po připojení zařízení k síti by se tato LED měla rozsvítit, což indikuje činnost blokovacího generátoru.

Poté byste měli termočlánek zahřát alespoň páječkou - LED by měla zhasnout. Zbývá tedy pouze sestavit zařízení a nastavit požadovanou teplotu pomocí teploměru. To by mělo být provedeno, když jsou triak a topení již připojeny.

Když už mluvíme o triaku. Samozřejmě můžete použít domácí KU208G, ale ne všechny tyto triaky jsou spuštěny, musíte si vybrat alespoň jeden z několika kusů. Mnohem lépe se importuje importovaný BTA06 600A. Maximální přípustný proud takového triaku 6A, zpětného napětí 600 V, což je dostačující pro použití v popsaném regulátoru teploty.

Triak je namontován na malém radiátoru, který je přišroubován k desce pomocí šroubů s plastovými stojany o výšce 8 mm. LED diody HL1 a HL2 jsou instalovány na čelním panelu, jsou zde také instalovány odpory R6, R8, R9. Pro připojení zařízení k síti, topení a termočlánku se používají konektory terminálu, nebo jednoduše svorkovnice.

Boris Aladyshkin