Termostat untuk plastik kimpalan

Penerangan mengenai reka bentuk yang mudah dan mantap bagi pengawal suhu untuk plastik kimpalan, seperti bingkai plastik.

Thermostats. Pelantikan dan skop

Ia seolah-olah satu perkara yang mudah pengawal suhu, dan tujuan utamanya adalah untuk mengekalkan suhu tertentu. Tetapi terdapat banyak bidang teknologi atau sekadar rumah tangga di mana suhu stabil perlu dikekalkan, dan dalam lingkungan yang agak luas.

Contohnya, boleh jadi lantai panas, akuarium dengan ikan mas emas, inkubator untuk mengeluarkan anak ayam, perapian elektrik atau dandang di bilik mandi. Dalam semua kes ini, suhu mesti dikekalkan berbeza. Contohnya, untuk ikan akuarium, bergantung pada jenisnya, suhu air di dalam akuarium boleh berada dalam julat 22 ... 31 ° C, dalam inkubator dalam 37 ... 38 ° C, dan dalam perapian elektrik atau dandang kira-kira 70 ... 80 ° C.

Terdapat juga pengawal suhu yang mengekalkan suhu dalam lingkungan dari seratus hingga seribu atau lebih darjah. Mewujudkan pengawal suhu dengan pelbagai dari beberapa darjah hingga beberapa ribu adalah tidak praktikal; reka bentuk itu akan berubah menjadi terlalu rumit dan mahal, dan walaupun, kemungkinan besar, tidak berfungsi. Oleh itu, termostat dihasilkan, sebagai peraturan, dalam julat suhu yang sempit.

Banyak proses juga menggunakan pengawal suhu. Peralatan pematerian, mesin pengacuan suntikan untuk mencetak produk plastik, peralatan untuk paip plastik kimpalan, begitu bergaya baru-baru ini, dan tiada tingkap plastik yang kurang popular.

Termostat perindustrian moden agak rumit dan tepat, biasanya berdasarkan mikrokontroler, mempunyai petunjuk mod operasi digital dan boleh diprogramkan oleh pengguna. Tetapi, agak kerap terdapat keperluan untuk reka bentuk kurang kompleks.

Artikel ini akan menerangkan pembinaan pengawal suhu yang agak mudah dan boleh dipercayai, tersedia untuk pengeluaran dalam pengeluaran tunggal, contohnya, dalam makmal kilang elektrik. Beberapa dozen peranti ini telah berjaya digunakan dalam mesin untuk bingkai plastik kimpalan. Dengan cara ini, mesin itu sendiri juga dihasilkan dalam persekitaran pengeluaran tunggal.

Penerangan gambarajah litar

Reka bentuk termostat agak mudah, kerana penggunaan cip K157UD2, yang merupakan penguat operasi ganda (OA). Satu pakej DIP14 mengandungi dua op-amp bebas yang menggabungkan hanya pin kuasa biasa.

Skop cip ini terutamanya peralatan penguat bunyi, seperti mixer, crossovers, perakam pita dan pelbagai penguat. Oleh itu, op-amp disifatkan oleh tahap hingar yang rendah, yang juga membolehkannya digunakan sebagai penguat untuk isyarat termokopel, tahap yang hanya beberapa puluhan millivolt. Dengan kejayaan yang sama, cip K157UD3 boleh digunakan. Dalam kes ini, tiada perubahan dan penetapan diperlukan.

Walaupun kesederhanaan litar, peranti ini mengekalkan suhu dalam 180 ... 300 C ° dengan toleransi tidak lebih daripada 5%, yang cukup untuk kimpalan plastik berkualiti tinggi. Pemanas kuasa 400 watt. Gambarajah skematik pengawal suhu ditunjukkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Skema skematik pengawal selia suhu (klik pada gambar akan membuka litar skala lebih besar).

Secara fungsional, termostat terdiri daripada beberapa nod: penguat isyarat termokopel pada op amp DA1.1, komparator pada DA1.2 op-amp, pelancar triac pada transistor VT1 dan peranti kunci output yang dibuat pada tri1 T1. Triac ini termasuk beban yang ditunjukkan dalam rajah sebagai EK1.

Thermocouple

Pengukuran suhu menggunakan termokopel BK1.Reka bentuk ini menggunakan termokopel TYPE K dengan termo-emf daripada 4 μV / ° C. Pada suhu 100 ° C, termokopel menghasilkan voltan 4,095 mV, pada 200 ° C 8.137 mV, dan pada 260 ° C 10.560 mV. Data-data ini diambil dari jadual penentukuran termokopel yang disusun secara empirik. Pengukuran dibuat dengan pampasan suhu persimpangan sejuk. Termokopel serupa digunakan dalam multimeter digital dengan meter suhu, contohnya DT838. Penggunaan thermocouple wayar TMDT 2-38 juga mungkin. Termokopel sedemikian kini sedang dijual.

Penguat Thermo-EMF

Penguat isyarat termokopel pada op amp DA1.1 direka mengikut litar penguat perbezaan. Kemasukan op-amp ini membolehkan anda menyingkirkan gangguan mod biasa, yang diperlukan untuk menguatkan isyarat termokopel yang lemah.

Keuntungan penguat kebezaan ditentukan oleh nisbah rintangan R3 / R1 dan pada nilai yang ditunjukkan pada rajah adalah 560. Oleh itu, pada output penguat pada suhu 260 ° C, voltan hendaklah 10.560 * 560 = 5913.6 mV atau 5.91 V. Pada ini menunjukkan bahawa R1 = R2 dan R3 = R4.

Untuk menukar keuntungan, contohnya apabila menggunakan jenis termokopel yang berbeza, anda perlu menukar dua perintang sekaligus. Selalunya ini dilakukan dengan menggantikan resistor R3 dan R4. Pada input penguat dan dalam litar umpan balik, kapasitor C1 ... C4 dipasang, tujuannya adalah perlindungan terhadap gangguan dan pembentukan tindak balas frekuensi yang diperlukan penguat.

Skim ini tidak menyediakan skim pampasan suhu persimpangan sejuk. Ini menjadikan ia mudah untuk memudahkan litar, walaupun ia tidak diambilkira apabila mengukur suhu unsur pemanasan berbanding dengan pemudahan litar.

Membandingkan peranti - komparator

Pemantauan suhu pemanasan dilakukan menggunakan komparator (membandingkan peralatan), dilakukan pada OS DA1.2. Ambang komparator ditetapkan menggunakan perintang trimmer R8, voltan yang melalui perintang R7 dibekalkan kepada input bukan penyongsang komparator (pin 2).

Menggunakan resistor R9 dan R6, ambang atas dan bawah setpoint suhu ditetapkan, masing-masing. Voltan termokopel amplified disalurkan melalui resistor R5 melalui perintang R5 ke input pembalik komparator. Penguatan disebutkan sedikit lebih tinggi.

Logik komparator

Walaupun voltan pada input terbalik adalah kurang daripada yang tidak terbalik, voltan keluaran komparator adalah tinggi (hampir + 12V). Dalam kes apabila voltan input terbalik adalah lebih tinggi daripada output bukan pembalik pembanding -12V, yang sepadan dengan tahap yang rendah.

Alat pemicu Triac

Alat pemicu triac pada transistor VT1 dibuat mengikut skema penjana penghalang klasik, yang boleh dilihat dalam mana-mana buku teks atau buku rujukan. Satu-satunya perbezaannya dari litar klasik ialah bias ke pangkal transistor dibekalkan dari output komparator, yang membolehkan anda mengawal operasinya.

Apabila output komparator tinggi, hampir + 12V, suatu offset digunakan pada pangkalan transistor dan penjana menyekat menghasilkan denyutan pendek. Sekiranya output komparator rendah, -12V, bias negatif mengunci transistor VT1, jadi penjanaan nadi berhenti.

Pengubah penjana Tr1 menyekat litar pada cincin ferit dari jenama K10 * 6 * 4 daripada ferit NM2000. Semua tiga belitan mengandungi 50 pusingan PELSHO 0.13 wayar.

Penggulungan dilakukan oleh pesawat ulang-alik dalam tiga wayar sekaligus supaya permulaan dan hujung gulungan berlawanan secara bertahap. Ini adalah perlu untuk memudahkan pemasangan pengubah di papan. Penampilan transformer ditunjukkan dalam Rajah 4 pada akhir artikel.

Operasi termostat

Apabila termostat dihidupkan sehingga termokopel dipanaskan, voltan output DA1.1 adalah sifar, atau hanya beberapa millivolts dalam tambah atau tolak.Ini disebabkan oleh fakta bahawa K157UD2 tidak mempunyai kesimpulan untuk menyambungkan perintang pemampasan trim, dengan mana ia mungkin untuk menetapkan voltan output sifar dengan tepat.

Tetapi, bagi tujuan kami, millivolt output ini tidak menakutkan, kerana komparator disesuaikan dengan voltan yang lebih tinggi, dengan urutan 6 ... 8 V. Oleh itu, pada mana-mana tetapan komparator dalam keadaan ini, outputnya mempunyai tahap tinggi, kira-kira + 12V, yang memulakan penjana menyekat transistor VT1. Denyutan dari penggulungan III pengubah Tr1 membuka triac T1, yang termasuk elemen pemanasan EK1.

Bersama-sama dengannya, termokopel itu juga mula panas, sehingga voltan pada output penguat DA1.1 meningkat dengan peningkatan suhu. Apabila voltan ini mencapai nilai yang ditetapkan oleh perintang R8, komparator akan masuk ke keadaan yang rendah, yang akan menghentikan penjana menyekat. Oleh itu, T1 triac akan menutup dan mematikan pemanas.

Bersama-sama dengannya, termokopel akan menyejuk, voltan pada output DA1.1 akan berkurang. Apabila voltan ini menjadi sedikit lebih rendah daripada voltan pada enjin R8 resistor, komparator akan memasuki tahap yang tinggi pada output dan menghidupkan penjana menyekat lagi. Kitaran pemanasan akan diulang lagi.

Untuk kawalan visual termostat, LED HL1 hijau dan merah HL2 disediakan. Apabila elemen kerja dipanaskan, lampu merah LED menyala, dan apabila suhu set dicapai, lampu hijau menyala. Untuk melindungi LED daripada voltan terbalik, diod perlindungan VD1 dan VD2 jenis KD521 disambung secara selari dengan mereka dalam arah yang bertentangan.

Pembinaan. Papan litar

Hampir keseluruhan litar bersama-sama dengan sumber kuasa dibuat pada satu papan litar bercetak. Reka bentuk papan litar ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2. Papan litar termostat (apabila anda mengklik pada gambar, litar akan terbuka pada skala yang lebih besar).

Dimensi PCB 40 * 116 mm. Papan telah dibuat menggunakan teknologi penyetrikaan laser dengan menggunakan papan litar 4 papan litar susun atur. Untuk membuat papan litar bercetak dari angka di atas, beberapa langkah perlu diambil.

Pertama, tukar gambar ke format * BMP, tampalkannya ke dalam susun atur sprint 4 tetingkap kerja. Kedua, lukiskan garisan cetakan yang dicetak. Ketiga, cetak pada pencetak laser, dan lanjutkan dengan pembuatan papan litar bercetak. Proses pembuatan papan telah diterangkan. dalam salah satu artikel. Garis hijau di papan menunjukkan pendawaian gegelang pada cincin ferit. Ini akan dibincangkan di bawah.

Sebagai tambahan kepada pengawal suhu sebenar, papan juga mengandungi sumber kuasa, yang pada pandangan pertama mungkin kelihatan tidak munasabah kompleks. Tetapi penyelesaian seperti itu membolehkan kami menyingkirkan masalah mencari dan memperoleh pengubah rangkaian kuasa rendah dan "pertukangan" tambahan untuk membetulkannya dalam kes itu. Litar bekalan kuasa ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Bekalan kuasa untuk pengawal suhu (apabila anda mengklik pada gambar, skema yang lebih besar akan dibuka).

Beberapa perkataan harus dikatakan mengenai blok ini secara berasingan. Litar ini dibangunkan oleh V. Kuznetsov, dan pada mulanya bertujuan untuk peranti mikrokontroler kuasa, di mana ia terbukti sangat dapat diandalkan dalam operasi. Seterusnya, ia digunakan untuk menggerakkan termostat.

Skim ini agak mudah. Voltan induk melalui kapasitor pelindapkejutan C1 dan perintang R4 dibekalkan kepada jambatan penerus VDS1, diperbuat daripada dioda 1N4007. Riak voltan yang diperbetulkan dilonggarkan oleh kapasitor C2, voltan itu disejukkan oleh analog dari diod zener yang dibuat pada transistor VT3, sebuah zener diode VD2 dan resistor R3. Resistor R4 mengehadkan arus pengisian kapasitor C2 apabila peranti disambungkan ke rangkaian, dan perintang R5 melepaskan kapasitor ballast C1 apabila terputus dari rangkaian. Transistor VT3 jenis KT815G, Zener diode VD2 jenis 1N4749A dengan voltan penstabilan 24V, kuasa 1W.

Voltan pada kapasitor C2 digunakan untuk menggerakkan pengayun push-pull yang dibuat pada transistor VT1, VT2. Litar asas transistor dikawal oleh transformator Tr1. Diode VD1 melindungi peralihan asas transistor dari denyutan induksi diri negatif dari belitan pengubah Tr1. Transistor VT1, VT2 jenis KT815G, diod VD1 KD521.

Transformer "kuasa" Tr2 dimasukkan ke dalam litar pengumpul transistor, dari keluaran keluaran IV dan V yang mana voltan diperolehi untuk menguasai keseluruhan litar. Voltan denyut pada output pengubah diperbetulkan oleh diod frekuensi tinggi jenis FR207, yang dipancarkan oleh penapis RC paling sederhana, dan kemudian stabil pada paras 12V oleh Zener diodes VD5, VD6 jenis 1N4742A. Voltan penstabilan mereka adalah 12V, kuasa adalah 1W.

Pemisahan lilitan ditunjukkan dalam rajah seperti biasa: titik menunjukkan permulaan penggulungan. Sekiranya pemisahan tidak dicampur semasa pemasangan, maka bekalan kuasa tidak memerlukan sebarang pelarasan, ia mula berfungsi dengan segera.

Reka bentuk transformer Tr1 dan Tr2 ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4. Lihat perhimpunan dewan.

Kedua-dua transformer (Rajah 3) dibuat pada cincin ferit yang diperbuat daripada ferit dari jenama yang paling biasa NM2000. Transformer Tr1 mengandungi tiga putaran yang sama 10 pusingan pada cincin saiz K10 * 6 * 4 mm. Gelombang luka digulung oleh sebuah pesawat ulang-alik dalam tiga wayar sekaligus. Tepi tajam cincin itu perlu dibasuh dengan kertas pasir, dan cincin itu sendiri harus dibalut dengan lapisan pita pelekat biasa. Untuk kekuatan mekanikal, pengubah akan dilukai dengan PEV - 2 0.33 wayar yang cukup tebal, walaupun wayar nipis juga boleh digunakan.

Transformer Tr2 juga dibuat pada cincin. Saiznya ialah K10 * 16 * 6 mm: pada kekerapan operasi 40 kilohertz, 7 watt kuasa boleh dikeluarkan dari cincin tersebut. Gelombang I dan II dilukai dengan PELSHO - 0.13 wayar dalam dua wayar dan mengandungi 44 giliran. Di atas lilitan ini adalah umpan balik penggulungan III, yang mengandungi 3 lilitan kabel PEV - 2 0.33. Penggunaan dawai tebal itu juga menjamin pengubah ke papan.

Lintasan sekunder IV dan V juga dilukai dalam dua wayar dan mengandungi 36 lilitan wayar menjahit-2 0.2. Menurut gambarajah di Rajah 3, belitan ini dimeteraikan di papan walaupun tanpa kesinambungan: permulaan kedua-dua belitan dimeteraikan bersama pada dawai yang sama, dan hujung belitan hanya disambungkan ke diod VD3 dan VD4. Kedudukan relatif dari belitan dapat dilihat dalam Rajah 4.

Dalam papan litar (Rajah 2 pada awal artikel), lilitan semua transformer ditunjukkan oleh garis hijau. Permulaan dan hujung gulungan pada cincin diameter kecil bertentangan secara mendadak, jadi anda harus terlebih dahulu mematerikan ketiga-tiga wayar dari mulanya ke papan, dan kemudian, secara semula jadi menaip lilitan dengan penguji, hujung lilitan.

Berhampiran laluan percetakan di mana pengubah Tr2 dimeteraikan, anda dapat melihat titik yang menunjukkan permulaan lilitan I, II, dan III. Pengalihan output, seperti yang dinyatakan di atas, dimeteraikan walaupun tanpa kesinambungan: ia bermula bersama-sama pada dawai biasa, dan hujung ke diod penerus.

Sekiranya pilihan bekalan kuasa ini kelihatan rumit atau tidak mahu mengacaukannya, maka ia boleh dilakukan mengikut skema yang ditunjukkan dalam Rajah 5.

Rajah 5. Bekalan kuasa adalah versi mudah.

Dalam bekalan kuasa ini, anda boleh menggunakan pengubah rangkaian langkah ke bawah dengan kapasiti tidak lebih daripada 5 watt dengan voltan keluaran 14 ... 15 V. Penggunaan kuasa adalah kecil, oleh itu penerus dibuat mengikut litar separuh gelombang, yang memungkinkan untuk mendapatkan voltan keluaran bipolar dari satu penggulungan. Transformer dari penguat antena "Poland" agak sesuai.

Pengesahan sebelum pemasangan akhir

Seperti yang telah disebutkan, peranti dipasang dengan betul tidak memerlukan pelarasan, tetapi lebih baik untuk memeriksa sebelum pemasangan akhir. Pertama sekali, operasi sumber kuasa diperiksa: voltan pada diod zener hendaklah 12 V. Lebih baik untuk melakukan ini sebelum microcircuit dipasang di papan.

Selepas itu, anda perlu menyambungkan termokopel, dan tetapkan voltan kira-kira 5 ... 5.5 V pada enjin perintang R8Daripada triac, sambungkan sebuah LED melalui perintang dengan rintangan 50 ... 100 Ohms untuk penggulungan output penjana menyekat. Selepas peranti disambungkan ke rangkaian, LED ini perlu menyala, yang menunjukkan operasi penjana menyekat.

Selepas itu, anda perlu memanaskan termokopel dengan sekurang-kurangnya besi pematerian - lampu LED mesti keluar. Oleh itu, ia tetap hanya untuk memasang peralatan dan menetapkan suhu yang diperlukan dengan termometer. Ini perlu dilakukan apabila triac dan pemanas telah disambungkan.

Bercakap tentang triac. Sudah tentu, anda boleh menggunakan KU208G domestik, tetapi tidak semua triac ini dilancarkan, anda perlu memilih sekurang-kurangnya satu daripada beberapa keping. Diimport jauh lebih baik diimport BTA06 600A. Arus maksimum yang dibenarkan seperti triac 6A, voltan terbalik 600V, yang cukup cukup untuk digunakan dalam pengawal selia suhu yang diterangkan.

Triac dipasang pada radiator kecil, yang diskru ke papan dengan skru dengan rak plastik 8 mm tinggi. LED HL1 dan HL2 dipasang di panel depan, perintang R6, R8, R9 juga dipasang di sana. Untuk menyambungkan peranti ke rangkaian, pemanas dan termokopel, penyambung terminal digunakan, atau hanya blok terminal.

Boris Aladyshkin