Termostat för svetsning av plast

Beskrivning av den enkla och pålitliga konstruktionen av en temperaturregulator för svetsning av plast, till exempel plastramar.

Termostater. Utnämning och omfattning

Det verkar vara en enkel sak temperaturkontrolloch dess huvudsakliga syfte är att upprätthålla en given temperatur. Men det finns många teknikområden eller helt enkelt hushåll där en stabil temperatur bör bibehållas och i ett ganska brett intervall.

Det kan till exempel vara varmt golv, ett akvarium med guldfisk, en inkubator för att ta bort kycklingar, en eldstad eller panna i badrummet. I alla dessa fall måste temperaturen hållas annorlunda. Till exempel, för akvariefiskar, beroende på deras typ, kan temperaturen på vattnet i akvariet vara i området 22 ... 31 ° C, i inkubatorn inom 37 ... 38 ° C, och i en elektrisk spis eller panna cirka 70 ... 80 ° C.

Det finns också temperaturkontroller som håller temperaturen i intervallet från hundra till tusen eller fler grader. Att skapa en temperaturkontroll med ett intervall från flera grader till flera tusen är opraktiskt; konstruktionen visar sig vara för komplicerad och dyr och till och med troligtvis inte fungerande. Därför produceras termostater som regel över ett ganska smalt temperaturområde.

Många processer använder också temperaturkontroller. Denna lödutrustning, formsprutningsmaskiner för gjutning av plastprodukter, utrustning för svetsning av plaströr, så modernt nyligen, och inte mindre populära plastfönster.

Moderna industriella termostater är ganska komplexa och exakta, de är vanligtvis baserade på mikrokontroller, har digital indikering av driftsätt och kan programmeras av användaren. Men ganska ofta finns det behov av mindre komplexa mönster.

Den här artikeln kommer att beskriva konstruktion av en ganska enkel och pålitlig temperaturregulator, tillgängligt för tillverkning i en enda produktion, till exempel i fabrikselektriska laboratorier. Flera dussin av dessa enheter har framgångsrikt använts i maskiner för svetsning av plastramar. Förresten, själva maskinerna tillverkades också i en enda produktionsmiljö.

Beskrivning av kretsschemat

Termostatens utformning är ganska enkel på grund av användningen av K157UD2-chipet, som är en dubbel operationell förstärkare (OA). Ett DIP14-paket innehåller två oberoende op-ampere, som bara kombinerar vanliga strömstift.

Omfattningen av detta chip är huvudsakligen ljudförstärkningsutrustning, såsom blandare, crossovers, bandspelare och olika förstärkare. Därför kännetecknas op-amparna av en låg ljudnivå, vilket också gör det möjligt att använda den som en förstärkare för termoelementssignaler, vars nivå endast är några tiotals millivolt. Med samma framgång kan K157UD3-chipet användas. I detta fall krävs inga ändringar och inställningar.

Trots kretsens enkelhet upprätthåller enheten en temperatur inom 180 ... 300 ° C med en tolerans på högst 5%, vilket är tillräckligt för plastsvetsning av hög kvalitet. Värmareeffekt 400 watt. Schematiskt diagram över temperaturkontrollen visas i figur 1.

Figur 1. Schematiskt diagram över en temperaturregulator (genom att klicka på en bild öppnas en större skala).

Funktionellt består termostaten av flera noder: en termoelement-signalförstärkare på DA1.1 op-amp, komparator på DA1.2 op-amp, lanseringar triac på transistorn VT1 och utgångsnyckelanordningen gjord på triac T1. Denna triac inkluderar en belastning, angiven i diagrammet som EK1.

termoelement

Temperaturmätning med hjälp av ett termoelement BK1.Konstruktionen använder ett TYP K termoelement med en termo-emf på 4 μV / ° C. Vid en temperatur av 100 ° C utvecklar termoelementet en spänning på 4,095 mV, vid 200 ° C 8,377 mV och vid 260 ° C 10,560 mV. Dessa data är hämtade från en termoelement kalibreringstabell sammanställd empiriskt. Mätningarna gjordes med kompensation för temperaturen i den kalla korsningen. Liknande termoelement används i digitala multimetrar med temperaturmätare, till exempel DT838. Det är också möjligt att använda TMDT 2-38 trådtermoelement. Sådana termoelement finns för närvarande till försäljning.

Termo-EMF-förstärkare

Termoelementets signalförstärkare på DA1.1 op-förstärkaren är utformad enligt en differentiell förstärkarkrets. Denna inkludering av op-förstärkaren gör att du kan bli av med störningar i vanligt läge, vilket är nödvändigt för att förstärka en svag termoelementssignal.

Differensförstärkarens förstärkning bestäms av förhållandet mellan motståndet R3 / R1 och vid värdena som anges på diagrammet är 560. Vid förstärkarens utgång vid en temperatur av 260 ° C bör spänningen vara 10,560 * 560 = 5913,6 mV eller 5,91 V. detta innebär att R1 = R2 och R3 = R4.

För att ändra förstärkningen, till exempel när du använder en annan typ av termoelement, måste du byta två motstånd på en gång. Oftast görs detta genom att byta ut motståndet R3 och R4. Vid ingången till förstärkaren och i återkopplingskretsen är kondensatorer C1 ... C4 installerade, vars syfte är skydd mot störningar och bildandet av det nödvändiga frekvenssvaret för förstärkaren.

Detta schema tillhandahåller inte ett kallkorsningstemperaturkompensationssystem. Detta gjorde det möjligt att väsentligt förenkla kretsen, även om det inte beaktas vid uppmätning av värmeelementets temperatur jämfört med förenkling av kretsen.

Jämför enhet - komparator

Övervakning av värmetemperaturen utförs med en komparator (jämförande anordning), utförd på OS DA1.2. Tröskelvärdet för komparatorn ställs in med avstämningsmotståndet R8, från vilken spänningen genom motståndet R7 matas till den icke-inverterande ingången till komparatorn (stift 2).

Med användning av motstånd R9 och R6 ställs de övre och nedre trösklarna för temperaturbörvärde in respektive. Den förstärkta termoelementspänningen matas genom motståndet R5 genom komparatorns inverterande ingång (stift 3). Förstärkningen nämndes lite högre.

Jämförarens logik

Medan spänningen vid inverteringsingången är mindre än den icke-inverterande, är komparatorns utspänning hög (nästan + 12V). I det fall spänningen för inverteringsingången är högre än den icke-inverterande utgången från komparatorn -12V, vilket motsvarar en låg nivå.

Triac trigger-enhet

Triac-trigger-anordningen på transistorn VT1 är tillverkad enligt schemat för den klassiska blockeringsgeneratorn, som kan ses i valfri lärobok eller referensbok. Dess enda skillnad från den klassiska kretsen är att förspänningen till transistorns bas levereras från komparatorns utgång, vilket gör att du kan styra dess drift.

När komparatorns utgång är hög, nästan + 12V, appliceras en förskjutning på transistorbasen och blockeringsgeneratorn genererar korta pulser. Om komparatorns utgång är låg, -12V, låser en negativ förspänning transistorn VT1, så att pulsgenerationen stoppar.

Transformatorn för Tr1-blockeringsgeneratorn lindas på en ferritring av märket K10 * 6 * 4 tillverkad av NM2000 ferrit. Alla tre lindningarna innehåller 50 varv PELSHO 0,13 tråd.

Lindningen sker med skyttel i tre ledningar samtidigt så att lindningens början och ändar är diametralt motsatta. Detta är nödvändigt för att underlätta installationen av transformatorn på kortet. Transformatorns utseende visas i figur 4 i slutet av artikeln.

Termostatdrift

När termostaten slås på tills termoelementet är uppvärmt, är utgångsspänningen DA1.1 noll, eller bara några millivolt i plus eller minus.Detta beror på det faktum att K157UD2 inte har slutsatser för att ansluta ett trimbalanseringsmotstånd, med vilket det skulle vara möjligt att exakt ställa in nollutspänningen.

Men för våra ändamål är dessa utgångsmillivolt inte läskiga, eftersom komparatorn är inställd på en högre spänning, i storleksordningen 6 ... 8 V. Därför har dess utgång en hög nivå, vid + 12V, vid varje inställning av komparatorn i detta tillstånd, som startar blockeringsgeneratorn till transistor VT1. Pulserna från lindningen III hos transformatorn Tr1 öppnar triac T1, som inkluderar ett värmeelement EK1.

Tillsammans med det börjar termoelementet också att värmas upp, så spänningen vid utgången från DA1.1-förstärkaren ökar med temperaturen. När denna spänning når det värde som ställts in av motståndet R8 kommer komparatorn att gå in i ett lågt tillstånd, vilket kommer att stoppa blockeringsgeneratorn. Därför stänger triac T1 och stänger av värmaren.

Tillsammans med det kommer termoelementet att svalna, spänningen vid utgången från DA1.1 minskar. När denna spänning blir något lägre än spänningen vid motståndet R8-motorn kommer komparatorn igen in i en hög nivå vid utgången och slår på blockeringsgeneratorn igen. Uppvärmningscykeln upprepas igen.

För visuell styrning av termostaten finns lysdioderna HL1 grön och HL2 röd. När arbetselementet värms upp tänds den röda lysdioden och när den inställda temperaturen uppnås tänds den gröna. För att skydda lysdioderna från omvänd spänning ansluts skyddsdioderna VD1 och VD2 av typ KD521 parallellt med dem i motsatt riktning.

Design. Kretskort

Nästan hela kretsen tillsammans med strömkällan tillverkas på ett tryckt kretskort. Kretskortdesignen visas i figur 2.

Figur 2. Termostatkretskort (när du klickar på bilden öppnas kretsen i större skala).

PCB-mått 40 * 116 mm. Brädet tillverkades med laser-strykningsteknik med användning av sprintlayout 4-kretskortets ritningsprogram. För att göra ett tryckt kretskort av ovannämnda ritning bör flera steg vidtas.

Först konvertera bilden till * .BMP-format, klistra in den i arbetsfönstret för sprintlayout 4. För det andra, rita helt enkelt linjerna i de tryckta spåren. För det tredje, skriv ut på en laserskrivare och fortsätt med tillverkningen av kretskortet. Kartongtillverkningsprocessen har redan beskrivits. i en av artiklarna. Gröna linjer på brädet indikerar lindningarna på ferritringar. Detta kommer att diskuteras nedan.

Förutom den faktiska temperaturkontrollen innehåller kortet också en strömkälla, som vid första anblicken kan verka orimligt komplicerad. Men en sådan lösning gjorde det möjligt för oss att bli av med problemet med att hitta och anskaffa en lågkraftsnättransformator och ytterligare "snickeri" för att fixa det i fallet. Strömförsörjningskretsen visas i figur 3.

Bild 3. Strömförsörjningen för temperaturkontrollen (när du klickar på bilden öppnas ett större schema).

Några ord bör sägas separat om detta block. Kretsen utvecklades av V. Kuznetsov och var ursprungligen avsedd att driva mikrokontrollenheter, där den visade sig vara ganska tillförlitlig i drift. Därefter användes den för att driva termostaten.

Systemet är ganska enkelt. Huvudspänning genom kylningskondensatorn C1 och motståndet R4 matas till likriktarbron VDS1, tillverkad av dioder 1N4007. Kretsen av den likriktade spänningen jämnas ut av kondensatorn C2, spänningen stabiliseras av analogen från en zenerdiode framställd på en transistor VT3, en zenerdiode VD2 och ett motstånd R3. Motstånd R4 begränsar laddningsströmmen för kondensatorn C2 när anordningen är ansluten till nätverket, och motståndet R5 avger ballastkondensatorn C1 när den kopplas från nätverket. Transistor VT3 typ KT815G, Zener diod VD2 typ 1N4749A med en stabiliseringsspänning på 24V, effekt 1W.

Spänningen på kondensatorn C2 används för att driva en push-pull oscillator tillverkad på transistorerna VT1, VT2. Transistorns baskretsar styrs av en transformator Tr1. Dioden VD1 skyddar transistorns basövergångar från negativa självinduktionspulser från lindningarna hos transformatorn Trl. Transistorer VT1, VT2 typ KT815G, diod VD1 KD521.

En "effekt" -transformator Tr2 ingår i transistorns kollektorkretsar, från utgångslindningarna IV och V, av vilka spänningar erhålls för att driva hela kretsen. Pulsspänningen vid transformatorutgången korrigeras av högfrekventa dioder av typen FR207, jämnas ut med de enklaste RC-filtren och stabiliseras sedan på 12V-nivån med Zener-dioderna VD5, VD6 av typen 1N4742A. Deras stabiliseringsspänning är 12V, effekten är 1W.

Fasningen av lindningarna visas som vanligt i diagrammet: punkten indikerar början av lindningen. Om fasningen inte blandas, kräver ingen strömförsörjning någon justering, den börjar omedelbart fungera.

Konstruktionen av transformatorerna Tr1 och Tr2 visas i figur 4.

Bild 4. Vy över styrenheten.

Båda transformatorerna (figur 3) är tillverkade på ferritringar gjorda av ferrit av det vanligaste märket brandМ2000. Transformator Tr1 innehåller tre identiska lindningar på 10 varv på en ring i storlek K10 * 6 * 4 mm. Lindningarna lindas av en buss i tre ledningar samtidigt. Ringarnas vassa kanter ska släppas med sandpapper och själva ringen ska lindas med ett lager vanligt tejp. För mekanisk hållfasthet lindas transformatorn med en tillräckligt tjock PEV - 2 0,33 tråd, även om en tunnare tråd också kan användas.

Transformator Tr2 är också tillverkad på ringen. Dess storlek är K10 * 16 * 6 mm: vid en driftsfrekvens på 40 kilohertz kan 7 watt effekt tas bort från en sådan ring. Lindningarna I och II är lindade med en PELSHO - 0,13 tråd i två ledningar och innehåller 44 varv. Ovanpå dessa lindningar finns en återkopplingslindning III, som innehåller 3 varv av kabel PEV - 2 0,33. Användningen av en sådan tjock tråd säkrar även transformatorn på kortet.

De sekundära lindningarna IV och V är också lindade i två ledningar och innehåller 36 varv av trådsy-2 0,2. Enligt diagrammet i figur 3 är dessa lindningar tätade på kortet även utan kontinuitet: början av båda lindningarna är förseglade tillsammans på en gemensam tråd, och lindningarna av ändarna är helt enkelt anslutna till VD3- och VD4-dioderna. Det relativa läget för lindningarna kan ses i figur 4.

I kretskortets figur (figur 2 i början av artikeln) visas lindningarna för alla transformatorer med gröna linjer. Lindningens början och ändar på ringar med liten diameter är diametralt motsatta, så först bör du löd de tre trådarna från början i brädet, och sedan, naturligtvis ringa lindningarna med en testare, ändarna på lindningarna.

Nära utskriftsvägarna där transformatorn Tr2 är tät kan du se punkter som visar början på lindningarna I, II och III. Utgångslindningen, som nämnts ovan, är tätad även utan kontinuitet: den startar tillsammans på en gemensam tråd och ändarna på likriktningsdioderna.

Om detta alternativ för strömförsörjningen verkar komplicerat eller bara inte vill orka med det, kan det göras enligt schemat som visas i figur 5.

Bild 5. Strömförsörjningen är en förenklad version.

I denna strömförsörjning kan du använda en avstängd nättransformator med en kapacitet på högst 5 watt med en utgångsspänning på 14 ... 15 V. Strömförbrukningen är liten, så likriktaren görs enligt en halvvågskrets, vilket gjorde det möjligt att få en bipolär utgångsspänning från en lindning. Transformatorer från "polska" antennförstärkare är ganska lämpliga.

Verifiering före slutmontering

Som redan nämnts behöver en korrekt monterad enhet inte justeras, men det är bättre att kontrollera den före slutmontering. Först och främst kontrolleras kraftkällans drift: spänningen vid zenerdioderna bör vara 12 V. Det är bättre att göra detta innan mikrokretsen installeras på kortet.

Efter det ska du ansluta ett termoelement och ställa in spänningen på cirka 5 ... 5,5 V på motorn till motståndet R8Istället för en triac, anslut en LED till utgångslindningen på blockeringsgeneratorn genom ett motstånd med ett motstånd på 50 ... 100 ohm. När enheten är ansluten bör denna lysdiod tända, vilket indikerar att blockeringsgeneratorn fungerar.

Efter det bör du värma upp termoelementet med minst ett lödkolv - lysdioden ska slockna. Så återstår det bara att äntligen montera enheten och ställa in önskad temperatur med en termometer. Detta bör göras när triac och värmare redan är anslutna.

På tal om triac. Naturligtvis kan du använda den inhemska KU208G, men inte alla dessa triacer lanseras, du måste välja minst en från flera stycken. Importerade mycket bättre importeras BTA06 600A. Den maximala tillåtna strömmen för en sådan triac 6A, en backspänning på 600V, vilket är tillräckligt för användning i den beskrivna temperaturregulatorn.

Triac är monterad på en liten kylare som är skruvad på skivan med skruvar med 8 mm höga plasthållare. Lysdioderna HL1 och HL2 är installerade på frontpanelen, motstånd R6, R8, R9 är också installerade där. För att ansluta enheten till nätverket används värmare och termoelement, terminalanslutningar, eller helt enkelt terminalblock.

Boris Aladyshkin