Термостат за заваривање пластике

Опис једноставног и поузданог дизајна регулатора температуре за заваривање пластике, на пример, пластични оквири.

Термостати. Именовање и делокруг

Изгледало би једноставно регулатор температуре, а његова главна сврха је одржавање одређене температуре. Али постоје многа подручја технологије или једноставно домаћинства у којима треба одржавати стабилну температуру и то у прилично широком распону.

На примјер, могло би бити топли под, акваријум са златним рибицама, инкубатор за уклањање пилића, електрични камин или бојлер у купатилу. У свим тим случајевима температура се мора одржавати различитом. На пример, за акваријумске рибе, у зависности од њихове врсте, температура воде у акваријуму може бити у опсегу 22 ... 31 ° Ц, у инкубатору унутар 37 ... 38 ° Ц, а у електричном камину или бојлеру око 70 ... 80 ° Ц.

Постоје и регулатори температуре који одржавају температуру у опсегу од стотину до хиљаду или више степени. Стварање регулатора температуре са опсегом од неколико степени до неколико хиљада непрактично је, дизајн ће испасти прекомпликован и скуп, па чак и, највероватније, нерадан. Стога се термостати по правилу производе у прилично уском температурном опсегу.

Многи процеси такође користе регулаторе температуре. Ова опрема за лемљење, машине за бризгање за ливење пластичних производа, опрема за заваривање пластичних цеви, тако модерна, а однедавно мање популарна пластична прозора.

Савремени регулатори температуре индустријске производње прилично су сложени и тачни, израђени су, по правилу, на бази микроконтролера, имају дигиталну индикацију начина рада и корисник их може програмирати. Али, често је потреба за мање сложеним дизајном.

Овај чланак ће описати конструкција прилично једноставног и поузданог регулатора температуре, доступне за производњу у једној производњи, на пример, у фабричким електричним лабораторијама. Неколико десетака ових уређаја се успешно користи у машинама за заваривање пластичних рамова. Узгред, и саме машине су се производиле у једном производном окружењу.

Опис дијаграма кола

Дизајн термостата је прилично једноставан, због употребе чипа К157УД2, који је двоструко оперативно појачало (ОА). Један пакет ДИП14 садржи два неовисна појачала, која комбинују само уобичајене пинове напајања.

Обим овог чипа је углавном опрема за појачавање звука, попут миксера, кросовера, магнетофона и разних појачала. Због тога оп-појачала карактерише низак ниво буке, што такође омогућава његово коришћење као појачало за термоелементиране сигнале, чији ниво износи само неколико десетина миливолта. Са истим успехом може се користити и чип К157УД3. У том случају нису потребне промјене и подешавања.

Упркос једноставности круга, уређај одржава температуру унутар 180 ... 300 Ц ° са толеранцијом не већом од 5%, што је сасвим довољно за висококвалитетно заваривање пластике. Снага грејача 400 вата. Схематски дијаграм регулатора температуре приказан је на слици 1.

Слика 1. Схематски дијаграм регулатора температуре (кликом на слику отвориће се круг већег обима).

Функционално, термостат се састоји од неколико чворова: појачавач сигнала термоелемента на ДА1.1 оп-амп, упоређивач на ДА1.2 оп-амп, ракете триац на транзистору ВТ1 и уређају за излазни кључ направљен на тријаку Т1. Овај триац укључује оптерећење, које је на дијаграму означено као ЕК1.

Термоелемент

Мерење температуре користећи термоелемент БК1.Дизајн користи термоелемент ТИПЕ К са термо-емфом од 4 μВ / ° Ц. На температури од 100 ° Ц, термоелемент развија напон 4.095 мВ, на 200 ° Ц 8.137 мВ, а на 260 ° Ц 10.560 мВ. Ови подаци преузети су из калибрационе табеле термопарова сакупљене емпиријски. Мерења су извршена уз компензацију температуре хладног чвора. Слични термопарови се користе у дигитални мултиметри са мерачима температуре, на пример ДТ838. Такође је могућа употреба термоелемента ТМДТ 2-38. Такви термопарови су тренутно у продаји.

Термо-ЕМФ појачало

Термоелементно појачало сигнала на ДА1.1 оп појачало дизајнирано је према диференцијалном кругу појачала. Ово укључивање оп-ампера омогућава вам да се ослободите сметњи у уобичајеном режиму, што је неопходно за појачавање слабог сигнала термоелемента.

Појачање диференцијалног појачала одређује се односом отпора отпорника Р3 / Р1 и при вредностима наведеним на дијаграму је 560. Дакле, на излазу појачала на температури 260 ° Ц напон треба да буде 10.560 * 560 = 5913.6 мВ, или 5.91 В. При то имплицира да су Р1 = Р2 и Р3 = Р4.

Да бисте променили појачање, на пример када користите други тип термоелемента, мораћете да промените два отпорника одједном. Најчешће се то врши заменом отпорника Р3 и Р4. На улазу појачала и у повратном кругу уграђују се кондензатори Ц1 ... Ц4, чија је сврха заштита од сметњи и формирање потребног фреквенцијског одзива појачала.

Ова шема не пружа схему компензације температуре хладног споја. То је омогућило значајно поједностављење круга, мада се не узима у обзир при мерењу температуре грејачког елемента у поређењу са поједностављењем круга.

Упоређивање уређаја - компаратора

Праћење температуре грејања врши се помоћу компаратора (упоредни уређај), који се врши на ОС ДА1.2. Праг компаратора се поставља помоћу подешавања отпорника Р8, напон из којег се кроз отпорник Р7 доводи до инвертирајућег улаза компаратора (пин 2).

Користећи отпорнике Р9 и Р6, постављају се горњи и доњи прагови задате температуре. Појачани напон термоелемента се напаја кроз отпорник Р5 преко инвертирајућег улаза компаратора (пин 3). Појачање је споменуто мало веће.

Логика компаратора

Иако је напон на инвертирајућем улазу мањи него на неинвертирајућем, излазни напон компаратора је висок (скоро + 12В). У случају када је напон инвертирајућег улаза већи од не-инвертирајућег излаза компаратора -12В, што одговара ниском нивоу.

Триац окидач

Триац окидач на транзистору ВТ1 направљен је према шеми класичног блокатора, који се може видети у било којем уџбенику или референци. Његова једина разлика у односу на класични склоп је та што се пристраност према бази транзистора испоручује са излаза компаратора, што вам омогућава контролу његовог рада.

Када је излаз компаратора висок, скоро + 12В, на постоље транзистора примењује се оффсет и генератор који блокира ствара кратке импулсе. Ако је излаз компаратора низак, -12В, негативна пристраност закључава транзистор ВТ1, па се генерација импулса зауставља.

Трансформатор блокатора Тр1 намотан је на феритни прстен марке К10 * 6 * 4 од ферита НМ2000. Сва три намотаја садрже 50 окрета жице ПЕЛСХО 0,13.

Намотавање се врши шутом у три жице одједном тако да су почетак и крајеви намотаја дијаметрално супротни. Ово је потребно да би се олакшала инсталација трансформатора на плочу. Изглед трансформатора приказан је на слици 4 на крају чланка.

Рад термостата

Када је термостат укључен док се термоелемент не загреје, излазни напон ДА1.1 је нула, или само неколико миливолта у плусу или минусу.То је због чињенице да К157УД2 нема закључке за спајање трим балансирајућег отпора, помоћу којег би било могуће тачно подесити нулта излазни напон.

Али, за наше потребе, ови миливолти на излазу нису застрашујући, пошто је компаратор подешен на виши напон, величине од 6 ... 8 В. Стога, у било ком подешавању компаратора у овом стању, његов излаз има висок ниво, око + 12В, што покреће блокирајући генератор на транзистор ВТ1. Импулси из намотаја ИИИ трансформатора Тр1 отварају триац Т1, који укључује грејни елемент ЕК1.

Заједно с њим, термоелемент такође почиње да се загрева, па напон на излазу ДА1.1 појачала расте како температура расте. Када овај напон достигне вредност коју је поставио отпорник Р8, компаратор ће прећи у ниско стање, што ће зауставити генератор који блокира. Стога ће се триац Т1 затворити и искључити гријач.

Заједно с њим, термоелемент ће се охладити, напон на излазу ДА1.1 ће се смањити. Када овај напон постане мало нижи од напона на мотору отпорника Р8, компаратор ће поново изаћи на високи ниво на излазу и поново укључити блокирајући генератор. Циклус грејања поново ће се поновити.

За визуелну контролу термостата, обезбеђене су ЛЕД ХЛ1 зелене и ХЛ2 црвене. Када се радни елемент загрева, светли црвени ЛЕД, а када се достигне подешена температура, светли зелени. Да би заштитили ЛЕД од реверзног напона, заштитне диоде ВД1 и ВД2 типа КД521 су повезане паралелно са њима у супротном смеру.

Изградња. Даска за везје

Скоро читав круг заједно са извором напајања направљен је на једној штампаној плочи. Дизајн плоче је приказан на слици 2.

Слика 2. Плоча термостата (када кликнете на слику, круг ће се отворити у већој скали).

Димензије ПЦБ 40 * 116 мм. Плоча је направљена коришћењем технологије ласерског пеглања помоћу програма цртања шпринтеве плоче 4. Да би се штампана плоча направила од горе поменутог цртежа, потребно је предузети неколико корака.

Прво, слику претворите у * .БМП формат, залепите је у радни прозор спринт изгледа 4. Друго, једноставно нацртајте линије одштампаног записа. Треће, штампајте на ласерском штампачу и наставите са производњом штампане плоче. Процес производње плоче већ је описан. у једном од чланака. Зелене линије на плочи означавају ожичење намотаја на феритним прстенима. О овоме ће бити речи у даљем тексту.

Поред стварног регулатора температуре, плоча садржи и извор напајања, који на први поглед може изгледати неразумно сложен. Али такво решење омогућило нам је да се решимо проблема проналажења и набавке мрежног трансформатора мале снаге и додатне „столарије“ да га решимо у случају. Круг напајања је приказан на слици 3.

Слика 3. Напајање регулатора температуре (када кликнете на слику отвориће се већа шема).

Неколико речи би требало посебно рећи о овом блоку. Круг је развио В. Кузнетсов, а првобитно је био намењен напајању микроконтролерних уређаја, где се показао прилично поузданим у раду. Након тога кориштен је за напајање термостата.

Схема је прилично једноставна. Мрежни напон кроз кондензатор за гашење Ц1 и отпорник Р4 доводи се на исправљачки мост ВДС1, направљен од диода 1Н4007. Празнина исправљеног напона изглађује се кондензатором Ц2, напон се стабилише аналогом зенер диоде направљеном на транзистору ВТ3, зенер диоди ВД2 и отпорнику Р3. Отпорник Р4 ограничава струју пуњења кондензатора Ц2 када је уређај повезан на мрежу, а отпорник Р5 испушта баластни кондензатор Ц1 када је искључен из мреже. Транзистор ВТ3 тип КТ815Г, Зенер диода ВД2 тип 1Н4749А са стабилизацијским напоном од 24 В, снаге 1В.

Напон на кондензатору Ц2 користи се за напајање осцилатора пусх-пулл-а израђеним на транзисторима ВТ1, ВТ2. Основним круговима транзистора управља трансформатор Тр1. Диода ВД1 штити основне пријелазе транзистора од негативних импулса самоиндукције намотаја трансформатора Тр1. Транзистори ВТ1, ВТ2 тип КТ815Г, диода ВД1 КД521.

Трансформатор "снаге" је укључен у колекторска кола транзистора, из излазних намотаја ИВ и В од којих се добијају напони који напајају читав круг. Напон импулса на излазу трансформатора исправља се високофреквентним диодама типа ФР207, изглађује се најједноставнијим РЦ филтерима, а затим се стабилише на нивоу 12В зенер диодама ВД5, ВД6 типа 1Н4742А. Њихов стабилизацијски напон је 12В, снага 1В.

Фаза намотавања приказана је на дијаграму као и обично: тачка означава почетак намотаја. Ако се током монтаже фаза не меша, а затим напајање не захтева подешавање, оно ће одмах радити.

Дизајн трансформатора Тр1 и Тр2 приказан је на слици 4.

Слика 4. Поглед на склоп плоче.

Оба трансформатора (слика 3) направљена су на феритним прстеновима од ферита најчешћих марки НМ2000. Трансформатор Тр1 садржи три идентична намотаја од 10 завоја на прстену величине К10 * 6 * 4 мм. Намота се намотавају шатлом у три жице одједном. Оштре ивице прстена треба да се обруше брусном папиром, а сам прстен треба омотати слојем обичне лепљиве траке. За механичку чврстоћу, трансформатор је намотан са довољно дебелом жицом ПЕВ - 2 0,33, мада се такође може користити и тања жица.

На прстену је направљен и трансформатор Тр2. Његова величина је К10 * 16 * 6 мм: при радној фреквенцији од 40 килохерца, 7 такти снаге могу се уклонити из таквог прстена. Намота И и ИИ су намотани жицом ПЕЛСХО - 0,13 у две жице и садрже 44 окрета. Поврх ових намотаја је повратно навијање ИИИ, које садржи 3 окрета жице ПЕВ - 2 0,33. Употреба тако густе жице такође обезбеђује трансформатор на плочу.

Секундарни намоти ИВ и В такође су намотани у две жице и садрже 36 навоја жице за шивење-2 0,2. Према дијаграму на слици 3, ови намоти су лемљени на плочи чак и без континуитета: почетци оба намота су лемљени заједно заједничком жицом, а крајеви намотаја су једноставно повезани на ВД3 и ВД4 диоде. Релативни положај намотаја може се видети на слици 4.

На слици плочице (слика 2 на почетку чланка) намотаји свих трансформатора приказани су зеленим линијама. Почеци и крајеви намотаја на прстеновима малог пречника су дијаметрално супротни, па прво требате лемити три жице почетка у плочу, а затим, природно звонити намотаја помоћу тестера, крајеве намотаја.

У близини стаза штампања на којима је трансформатор Тр2 запечаћен, можете видети тачке које приказују почетак намотаја И, ИИ и ИИИ. Излазни намот, као што је већ споменуто, запечаћен је и без континуитета: започиње заједно на заједничкој жици, а завршава до исправљачких диода.

Ако се ова опција напајања чини компликованом или се једноставно не жели мијешати с њом, тада се може извршити према шеми приказаној на слици 5.

Слика 5. Напајање је поједностављена верзија.

У овом напајању можете користити падајући мрежни трансформатор, капацитета не више од 5 вата, с излазним напоном 14 ... 15 В. Потрошња електричне енергије је мала, па је исправљач направљен према полу-таласном кругу, што је омогућило добијање биполарног излазног напона из једног намота. Трансформатори из "пољских" антенских појачала су сасвим погодни.

Провјера прије коначне монтаже

Као што је већ споменуто, правилно састављен уређај не треба подешавање, али боље је проверити га пре завршне монтаже. Пре свега, проверава се рад извора напајања: напон на зенер-диодама треба да буде 12 В. Боље је то учинити пре него што се микро-склоп инсталира на плочу.

Након тога треба спојити термоелемент и подесити напон од око 5 ... 5,5 В на мотору отпорника Р8Уместо тријаца, повежите ЛЕД на излазни намот блокирајућег генератора кроз отпорник са отпором 50 ... 100 Охма. Након што је уређај прикључен, овај ЛЕД индикатор би требао упалити, што указује на рад генератора који блокира.

Након тога, треба да загрејете термоелемент са најмање лемилицом - ЛЕД треба да угаси. Дакле, остаје нам само да коначно склопимо уређај и подесимо потребну температуру са термометром. То треба урадити када су триац и грејач већ повезани.

Када је у питању триац. Наравно, можете користити и домаћи КУ208Г, али нису сви ти тријаци лансирани, морате одабрати најмање један из неколико комада. Увози се много боље, увози БТА06 600А. Највећа дозвољена струја таквог тријачног 6А, обрнути напон 600В, што је сасвим довољно за употребу у описаном регулатору температуре.

Триац је монтиран на малом радијатору који је на плочу причвршћен вијцима са пластичним носачима висине 8 мм. ЛЕД ХЛ1 и ХЛ2 су инсталирани на предњој плочи, отпорници Р6, Р8, Р9 су такође инсталирани на њима. За повезивање уређаја на мрежу, грејач и термоелемент користе се терминални конектори или једноставно терминални блокови.

Борис Аладисхкин