Термостат за заваряване на пластмаси

Описание на простия и здрав дизайн на терморегулатор за заваряване на пластмаси, като пластмасови рамки.

Термостати. Назначаване и обхват

Изглежда просто нещо регулатор на температурата, а основната му цел е да поддържа дадена температура. Но има много области на технологията или просто домакинства, където трябва да се поддържа стабилна температура и то в доста широк диапазон.

Например, може да бъде топъл под, аквариум със златни рибки, инкубатор за отстраняване на пиленца, електрическа камина или бойлер в банята, Във всички тези случаи температурата трябва да се поддържа различна. Например за аквариумните риби, в зависимост от вида им, температурата на водата в аквариума може да бъде в диапазона 22 ... 31 ° C, в инкубатора в рамките на 37 ... 38 ° C, а в електрическа камина или бойлер около 70 ... 80 ° C.

Има и регулатори на температурата, които поддържат температурата в диапазона от сто до хиляда или повече градуса. Непрактично е да се създаде регулатор на температурата с диапазон от няколко градуса до няколко хиляди, дизайнът ще се окаже твърде сложен и скъп и дори, най-вероятно, неработещ. Поради това термостатите се произвеждат по правило в доста тесен температурен диапазон.

Много процеси използват и регулатори на температурата. Това оборудване за запояване, машини за леене под налягане за формоване на пластмасови изделия, оборудване за заваряване на пластмасови тръби, така модерно напоследък и не по-малко популярни пластмасови прозорци.

Съвременните индустриални термостати са доста сложни и точни, обикновено се основават на микроконтролери, имат цифрова индикация на режимите на работа и могат да бъдат програмирани от потребителя. Но, доста често има нужда от по-малко сложни дизайни.

Тази статия ще опише изграждане на доста прост и надежден регулатор на температурата, предлага се за производство в единична продукция, например в заводски електрически лаборатории. Няколко десетки от тези устройства успешно се използват в машини за заваряване на пластмасови рамки. Между другото, самите машини също са произведени в единна производствена среда.

Описание на схемата

Конструкцията на термостата е доста проста, поради използването на чипа K157UD2, който е двоен оперативен усилвател (OA). Един пакет DIP14 съдържа два независими усилвателя, които комбинират само общи щифтове за захранване.

Обхватът на този чип е основно оборудване за усилване на звука, като миксери, кросоувъри, магнетофони и различни усилватели. Следователно оптичните усилватели се характеризират с ниско ниво на шум, което също дава възможност да се използва като усилвател за термодвойни сигнали, чието ниво е само няколко десетки миливолта. Със същия успех може да се използва чипът K157UD3. В този случай не се изискват промени и настройки.

Въпреки простотата на веригата, устройството поддържа температура в рамките на 180 ... 300 C ° с допуск не повече от 5%, което е напълно достатъчно за висококачествено заваряване на пластмаса. Мощност на нагревателя 400 вата. Схематичната схема на регулатора на температурата е показана на фигура 1.

Фигура 1. Схематична диаграма на регулатор на температурата (щракването върху снимка ще отвори верига с по-голям мащаб).

Функционално термостатът се състои от няколко възли: усилвател на сигнала на термодвойка на DA1.1 оп усилвател, сравнителен на DA1.2 оп усилвател, пускови установки триак на транзистора VT1 и устройството за изходен ключ, направено на триака Т1. Този триак включва товар, посочен на диаграмата като EK1.

термодвойка

Измерване на температура с помощта на термодвойка BK1.Дизайнът използва термодвойка TYPE K с термо-емф 4 μV / ° C. При температура 100 ° C термодвойката развива напрежение 4.095 mV, при 200 ° C 8.137 mV и при 260 ° C 10.560 mV. Тези данни са взети от таблицата за калибриране на термодвойката, съставена емпирично. Измерванията са направени с компенсиране на температурата на студения възел. Подобни термодвойки се използват във цифрови мултиметри с измерватели на температура, например DT838. Възможно е използването и на жична термодвойка TMDT 2-38. Понастоящем такива термодвойки се продават.

Термо-EMF усилвател

Усилвателят на сигнала на термодвойката на DA1.1 оп усилвател е проектиран според диференциална схема на усилвателя. Това включване на оп усилвателя ви позволява да се отървете от смущения в общ режим, което е необходимо за усилване на слаб сигнал на термодвойката.

Коефициентът на усилване на диференциалния усилвател се определя от съотношението на съпротивлението на резисторите R3 / R1 и при стойностите, посочени на диаграмата е 560. По този начин, на изхода на усилвателя при температура 260 ° C, напрежението трябва да бъде 10,560 * 560 = 5913,6 mV, или 5,91 V. При това означава, че R1 = R2 и R3 = R4.

За да промените усилването, например когато използвате различен тип термодвойка, ще трябва да смените два резистора наведнъж. Най-често това става чрез подмяна на резисторите R3 и R4. На входа на усилвателя и във веригата за обратна връзка се монтират кондензатори С1 ... С4, чиято цел е защита срещу смущения и формиране на необходимата честотна характеристика на усилвателя.

Тази схема не осигурява схема за компенсиране на температурата на студен възел. Това даде възможност за значително опростяване на веригата, въпреки че не се взема предвид при измерване на температурата на нагревателния елемент в сравнение с опростяването на веригата.

Сравняващо устройство - компаратор

Мониторингът на температурата на отопление се извършва с помощта на сравнител (сравняващо устройство), извършен на OS DA1.2. Прагът на компаратора се задава с помощта на настройващия резистор R8, напрежението от което през резистора R7 се подава към неинвертиращия вход на компаратора (щифт 2).

Използвайки резистори R9 и R6, горният и долният праг се задават съответно за температурата. Усиленото напрежение на термодвойката се подава през резистора R5 към инвертиращия вход на компаратора (щифт 3). Усилването беше споменато малко по-високо.

Логиката на сравнителя

Докато напрежението на инвертиращия вход е по-малко, отколкото на неинвертиращия, изходното напрежение на компаратора е високо (почти + 12V). В случай, когато напрежението на инвертиращия вход е по-високо от неинвертиращия изход на компаратора -12V, което съответства на ниско ниво.

Устройство на триака

Устройството за триак на транзистора VT1 е направено по схемата на класическия блокиращ генератор, която може да се види във всеки учебник или справочник. Единствената му разлика от класическата схема е, че отклонението към основата на транзистора се подава от изхода на компаратора, което ви позволява да контролирате неговата работа.

Когато изходът на сравнителя е голям, почти + 12V, към транзисторната основа се прилага отместване и блокиращият генератор генерира къси импулси. Ако изходът на сравнителя е нисък, -12V, отрицателно отклонение заключва транзистора VT1, така че генерирането на импулс спира.

Трансформаторът на блокиращия Tr1 генератор се навива на феритен пръстен с марка K10 * 6 * 4, изработен от ферит NM2000. И трите намотки съдържат 50 оборота на проводник PELSHO 0,13.

Намотката се извършва чрез совалка в три проводника наведнъж, така че началото и краищата на намотките да са диаметрално противоположни. Това е необходимо, за да се улесни инсталирането на трансформатора на платката. Появата на трансформатора е показана на фигура 4 в края на статията.

Работа с термостат

Когато термостатът е включен, докато термодвойката се нагрее, изходното напрежение DA1.1 е нула или е само няколко миливолта в плюс или минус.Това се дължи на факта, че K157UD2 няма заключения за свързване на тапицерен балансиращ резистор, с който би било възможно точно да се зададе нулевото изходно напрежение.

Но за нашите цели тези изходни миливолта не са страшни, тъй като сравнителят е настроен на по-високо напрежение от порядъка на 6 ... 8 V. Следователно, при всяка настройка на сравнителя в това състояние, неговият изход има високо ниво, около + 12V, което стартира блокиращия генератор да транзистор VT1. Импулсите от намотката III на трансформатора Tr1 отварят триака Т1, който включва нагревателен елемент EK1.

Заедно с него термодвойката също започва да се нагрява, така че напрежението на изхода на усилвателя DA1.1 нараства с повишаване на температурата. Когато това напрежение достигне стойността, зададена от резистора R8, компараторът ще премине в ниско състояние, което ще спре блокиращия генератор. Следователно триак Т1 ще се затвори и изключи нагревателя.

Заедно с него термодвойката ще се охлади, напрежението на изхода на DA1.1 ще намалее. Когато това напрежение стане малко по-ниско от напрежението в двигателя на резистора R8, сравнителят отново ще излезе на високо ниво на изхода и ще включи блокиращия генератор отново. Отоплителният цикъл ще се повтори отново.

За визуално управление на термостата са осигурени светодиоди HL1 зелено и HL2 червено. Когато работният елемент се нагрее, червеният светодиод светва, а когато се достигне зададената температура, зеленият светва. За да се защитят светодиодите от обратно напрежение, защитните диоди VD1 и VD2 от тип KD521 са свързани паралелно с тях в обратна посока.

Дизайн. Платка

Почти цялата верига заедно с източника на захранване е направена на една печатна платка. Дизайнът на платката е показан на фигура 2.

Фигура 2. Платка на термостата (когато кликнете върху снимката, веригата ще се отвори в по-голям мащаб).

Размери на печатни платки 40 * 116 мм. Платката е направена с помощта на лазерна технология за гладене с помощта на програмата на схемата за подреждане на платки 4. За да се направи печатна платка от горната фигура, трябва да се предприемат няколко стъпки.

Първо, преобразувайте картината във формат * .BMP, поставете я в работния прозорец на спринтното оформление 4. Второ, просто нарисувайте линия около отпечатаните песни. Трето, отпечатайте на лазерен принтер и продължете с производството на печатаната платка. Процесът на производство на дъската вече е описан. в една от статиите, Зелените линии на дъската показват свързването на намотките на феритни пръстени. Това ще бъде разгледано по-долу.

В допълнение към реалния регулатор на температурата, платката съдържа и източник на захранване, който на пръв поглед може да изглежда неразумно сложен. Но такова решение ни позволи да се отървем от проблема с намирането и придобиването на мрежов трансформатор с ниска мощност и допълнителни „дърводелски изделия“, за да го оправим в случая. Веригата на захранването е показана на фигура 3.

Фигура 3. Захранването на регулатора на температурата (когато щракнете върху снимката, ще се отвори по-голяма схема).

Няколко думи трябва да се кажат за този блок отделно. Веригата е разработена от В. Кузнецов и първоначално е била предназначена за захранване на микроконтролерни устройства, където се оказа доста надеждна при работа. Впоследствие се използва за захранване на термостата.

Схемата е доста проста. Главното напрежение през загасващия кондензатор С1 и резистор R4 се подава към токоизправителния мост VDS1, изработен от диоди 1N4007. Пулсацията на ректифицираното напрежение се заглажда от кондензатора С2, напрежението се стабилизира чрез аналог на ценерови диод, направен върху транзистор VT3, ценеров диод VD2 и резистор R3. Резистор R4 ограничава тока на зареждане на кондензатор С2, когато устройството е свързано към мрежата, а резистор R5 разтоварва баластния кондензатор С1, когато е изключен от мрежата. Транзистор VT3 тип KT815G, Зенеров диод VD2 тип 1N4749A със стабилизационно напрежение 24V, мощност 1W.

Напрежението върху кондензатора С2 се използва за захранване на пулсиращ осцилатор, направен върху транзистори VT1, VT2. Основните вериги на транзисторите се управляват от трансформатор Tr1. Диод VD1 предпазва базовите преходи на транзисторите от отрицателни импулси на самоиндукция на намотките на трансформатора Tr1. Транзистори VT1, VT2 тип KT815G, диодни VD1 KD521.

В силовите вериги на транзисторите е включен "силов" трансформатор Tr2, от изходните намотки IV и V от който се получават напрежения за захранване на цялата верига. Импулсното напрежение на изхода на трансформатора се коригира от високочестотни диоди от типа FR207, заглажда се от най-простите RC филтри и след това се стабилизира на ниво 12V от зенеровите диоди VD5, VD6 от тип 1N4742A. Стабилното им напрежение е 12V, мощността е 1W.

Фазирането на намотките е показано на диаграмата както обикновено: точката показва началото на намотката. Ако по време на монтажа фазата не е смесена, тогава захранването не изисква никаква настройка, то започва да работи веднага.

Конструкцията на трансформатори Tr1 и Tr2 е показана на фигура 4.

Фигура 4. Изглед на устройството на платката.

И двата трансформатора (Фигура 3) са направени на феритни пръстени, изработени от ферит от най-разпространената марка НМ2000. Трансформаторът Tr1 съдържа три еднакви намотки от 10 завъртания върху пръстен с размер K10 * 6 * 4 mm. Намотките се навиват от совалка в три проводника наведнъж. Острите ръбове на пръстена трябва да бъдат залепени с шкурка, а самият пръстен трябва да бъде обвит със слой обикновена лепяща лента. За механична якост трансформаторът се навива с достатъчно дебел проводник PEV - 2 0,33, въпреки че може да се използва и по-тънка жица.

На пръстена се прави и трансформатор Tr2. Размерът му е K10 * 16 * 6 mm: при работна честота от 40 килогерца, 7 вата мощност могат да бъдат отстранени от такъв пръстен. Намотките I и II са навити с PELSHO - 0,13 проводник в две проводници и съдържат 44 оборота. Отгоре на тези намотки е намотка с обратна връзка III, която съдържа 3 оборота на тел PEV - 2 0,33. Използването на такъв дебел проводник също закрепва трансформатора към платката.

Вторичните намотки IV и V също са навити в две проводници и съдържат 36 оборота на тел шие-2 0,2. Според схемата на фигура 3, тези намотки са запечатани на платката дори и без непрекъснатост: началото на двете намотки са запечатани заедно върху общ проводник, а краищата на намотките са просто свързани към диодите VD3 и VD4. Относителното положение на намотките може да се види на фигура 4.

На фигурата на платката (фигура 2 в началото на статията) намотките на всички трансформатори са показани със зелени линии. Началото и краищата на намотките на пръстени с малък диаметър са диаметрално противоположни, така че първо трябва да спойкате трите жици на началото в дъската, а след това, естествено да звъните намотките с тестер, краищата на намотките.

В близост до печатните пътеки, където трансформаторът Tr2 е запечатан, можете да видите точки, показващи началото на намотките I, II и III. Изходната намотка, както бе споменато по-горе, е запечатана дори без непрекъснатост: тя започва заедно върху общ проводник, а краищата към изправителите.

Ако тази опция на захранването изглежда сложна или просто не иска да се забърква с нея, тогава тя може да се извърши по схемата, показана на фигура 5.

Фигура 5. Захранването е опростена версия.

В това захранване можете да използвате понижаващ мрежов трансформатор с мощност не повече от 5 вата с изходно напрежение 14 ... 15 V. Консумацията на енергия е малка, така че токоизправителят се прави според полувълнова верига, което направи възможно получаването на биполярно изходно напрежение от една намотка. Трансформаторите от "полски" антенни усилватели са доста подходящи.

Проверка преди окончателното сглобяване

Както вече споменахме, правилно сглобеното устройство не се нуждае от настройка, но е по-добре да го проверите преди окончателния монтаж. На първо място се проверява работата на източника на захранване: напрежението в ценеровите диоди трябва да бъде 12 V. По-добре е да направите това, преди микросхемата да бъде инсталирана на платката.

След това трябва да свържете термодвойка и да настроите напрежението около 5 ... 5,5 V на двигателя на резистора R8Вместо триак, свържете светодиод към изходната намотка на блокиращия генератор чрез резистор със съпротивление 50 ... 100 ома. След включване на устройството този светодиод трябва да светне, което показва работата на блокиращия генератор.

След това трябва да загреете термодвойката поне с поялник - светодиодът трябва да изгасне. Така че остава само най-накрая да сглобим устройството и да зададем необходимата температура с термометър. Това трябва да се направи, когато триакът и нагревателят вече са свързани.

Говорейки за триак. Разбира се, можете да използвате домашния KU208G, но не всички тези триаци са стартирани, трябва да изберете поне един от няколко парчета. Внасят се много по-добре, се внасят BTA06 600A. Максималният допустим ток на такъв триак 6А, обратно напрежение 600V, което е напълно достатъчно за използване в описания регулатор на температурата.

Триакът е монтиран на малък радиатор, който се завинтва към дъската с винтове с пластмасови стелажи с височина 8 мм. На предния панел са инсталирани светодиоди HL1 и HL2, там също са инсталирани резистори R6, R8, R9. За свързване на устройството към мрежата, нагревателя и термодвойката се използват терминални конектори или просто терминални блокове.

Борис Aladyshkin