kategória: Najlepšie články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 54385
Komentáre k článku: 3
Termostat na zváranie plastov
Opis jednoduchého a spoľahlivého návrhu regulátora teploty pre zváranie plastov, napríklad plastových rámov.
Termostaty. Vymenovanie a rozsah pôsobnosti
Vyzeralo by to jednoducho regulátor teplotya jeho hlavným účelom je udržiavanie danej teploty. Existuje však mnoho oblastí techniky alebo jednoducho domácnosti, v ktorých by sa mala udržiavať stabilná teplota av pomerne širokom rozsahu.
Napríklad by to mohlo byť teplá podlaha, akvárium so zlatou rybkou, inkubátor na odstraňovanie kurčiat, elektrický krb alebo bojler v kúpeľni, Vo všetkých týchto prípadoch sa musí teplota udržiavať iná. Napríklad v prípade akvarijných rýb môže byť teplota vody v akváriu v rozmedzí od 22 ... 31 ° C, v inkubátore do 37 ... 38 ° C a do elektrického krbu alebo kotla približne 70 ... 80 ° C.
Existujú tiež regulátory teploty, ktoré udržiavajú teplotu v rozsahu od sto do tisíc stupňov alebo viac. Vytvorenie regulátora teploty s rozsahom od niekoľkých stupňov do niekoľkých tisíc je nepraktické, návrh sa ukáže byť príliš komplikovaný a drahý a dokonca pravdepodobne nefunkčný. Preto sa termostaty vyrábajú spravidla v pomerne úzkom teplotnom rozmedzí.
Mnoho procesov používa tiež regulátory teploty. Toto spájkovacie zariadenie, vstrekovacie stroje na formovanie plastových výrobkov, zariadenia na zváranie plastových rúr, tak v poslednej dobe módne a nemenej populárne plastové okná.
Moderné priemyselné termostaty sú pomerne zložité a presné, zvyčajne sú založené na mikrokontroléroch, majú digitálnu indikáciu prevádzkových režimov a môžu byť programované užívateľom. Ale pomerne často sú potrebné menej zložité vzory.
Tento článok opíše konštrukcia pomerne jednoduchého a spoľahlivého regulátora teploty, k dispozícii na výrobu v jednej produkcii, napríklad v laboratórnych elektrických laboratóriách. Niekoľko desiatok týchto zariadení bolo úspešne použitých v strojoch na zváranie plastových rámov. Mimochodom, samotné stroje sa vyrábali aj v jedinom produkčnom prostredí.
Opis schémy zapojenia
Konštrukcia termostatu je pomerne jednoduchá vďaka použitiu čipu K157UD2, ktorý je dvojitým operačným zosilňovačom (OA). Jeden balík DIP14 obsahuje dva nezávislé operačné zosilňovače, ktoré kombinujú iba bežné napájacie kolíky.
Predmetom tohto čipu sú hlavne zariadenia na zosilňovanie zvuku, ako sú mixéry, crossovery, magnetofóny a rôzne zosilňovače. Preto sa operačné zosilňovače vyznačujú nízkou úrovňou šumu, ktorá tiež umožňuje použitie ako zosilňovač pre signály termočlánkov, ktorých úroveň je len niekoľko desiatok milivoltov. S rovnakým úspechom sa dá použiť čip K157UD3. V takom prípade nie sú potrebné žiadne zmeny ani nastavenia.
Napriek jednoduchosti obvodu si zariadenie udržiava teplotu v rozmedzí 180 ... 300 ° C s toleranciou najviac 5%, čo je dosť pre kvalitné zváranie plastov. Výkon ohrievača 400 W. Schematický diagram regulátora teploty je znázornený na obrázku 1.
Obrázok 1. Schematický diagram regulátora teploty (kliknutím na obrázok sa otvorí väčší okruh).
Funkčne sa termostat skladá z niekoľkých uzlov: termočlánkový zosilňovač signálu na operačnom zosilňovači DA1.1, komparátor na opačných zosilňovačoch DA1.2 triak na tranzistore VT1 a na výstupnom kľúčovom zariadení vyrobenom na triaku T1. Tento triak obsahuje záťaž označenú v diagrame ako EK1.
termoelektrický článok
Meranie teploty pomocou termočlánku BK1.Konštrukcia využíva termočlánok TYPE K s termočlánkom 4 μV / ° C. Pri teplote 100 ° C sa v termočlánku vyvinie napätie 4,095 mV, pri 200 ° C 8,137 mV a pri 260 ° C 10,560 mV. Tieto údaje sú prevzaté z kalibračnej tabuľky termočlánkov zostavenej empiricky. Merania sa uskutočňovali s kompenzáciou teploty studeného uzlu. Podobné termočlánky sa používajú v digitálne multimetre s meračmi teploty, napríklad DT838. Je tiež možné použiť drôtový termočlánok TMDT 2-38. Takéto termočlánky sa v súčasnosti predávajú.
Zosilňovač Thermo-EMF
Zosilňovač signálu termočlánku na zosilňovači DA1.1 je navrhnutý podľa obvodu diferenciálneho zosilňovača. Toto začlenenie operačného zosilňovača vám umožní zbaviť sa interferenčných interferencií, ktoré sú potrebné na zosilnenie slabého signálu termočlánku.
Zisk diferenciálneho zosilňovača je určený pomerom odporov rezistorov R3 / R1 a pri hodnotách uvedených v diagrame je 560. Preto by na výstupe zosilňovača pri teplote 260 ° C malo byť napätie 10,560 * 560 = 5913,6 mV alebo 5,91 V. Pri to znamená, že R1 = R2 a R3 = R4.
Aby ste zmenili zisk, napríklad pri použití iného typu termočlánku, musíte vymeniť dva odpory naraz. Najčastejšie sa to uskutočňuje výmenou rezistorov R3 a R4. Na vstupe zosilňovača a v spätnoväzbovom obvode sú nainštalované kondenzátory C1 ... C4, ktorých účelom je ochrana pred rušením a tvorba potrebnej frekvenčnej odozvy zosilňovača.
Táto schéma neposkytuje schému kompenzácie teploty za studena. To umožnilo výrazne zjednodušiť obvod, aj keď sa to nezohľadňuje pri meraní teploty vykurovacieho telesa v porovnaní so zjednodušením okruhu.
Porovnávacie zariadenie - komparátor
Monitorovanie teploty ohrevu sa vykonáva pomocou porovnávacieho zariadenia (porovnávacieho zariadenia), ktoré sa vykonáva na OS DA1.2. Prah komparátora sa nastavuje pomocou ladiaceho odporu R8, ktorého napätie, z ktorého sa cez rezistor R7 privádza do neinvertujúceho vstupu komparátora (kolík 2).
Použitím odporov R9 a R6 sa nastaví horná a dolná prahová hodnota žiadanej hodnoty teploty. Zosilnené termočlánkové napätie sa privádza cez odpor R5 cez invertujúci vstup komparátora (kolík 3). Amplifikácia bola uvedená o niečo vyššia.
Logika porovnávača
Zatiaľ čo napätie na invertujúcom vstupe je menšie ako na neinvertujúcom, výstupné napätie komparátora je vysoké (takmer + 12V). V prípade, že napätie invertujúceho vstupu je vyššie ako neinvertujúci výstup komparátora -12V, čo zodpovedá nízkej úrovni.
Triakové spúšťacie zariadenie
Spúšťacie zariadenie triaka na tranzistore VT1 je vyrobené podľa schémy klasického blokovacieho generátora, ktorý je možné vidieť v akejkoľvek učebnici alebo referenčnej knihe. Jediný rozdiel oproti klasickému obvodu je v tom, že predpätie na báze tranzistora je napájané z výstupu komparátora, čo umožňuje ovládať jeho činnosť.
Ak je výstup z porovnávača vysoký, takmer + 12 V, na základňu tranzistora sa aplikuje posun a blokovací generátor generuje krátke impulzy. Ak je výstup z porovnávača nízky, -12V, záporná odchýlka zablokuje tranzistor VT1, takže sa generovanie impulzov zastaví.
Transformátor blokovacieho generátora Tr1 je navinutý na feritovom krúžku značky K10 * 6 * 4 vyrobenom z feritu NM2000. Všetky tri vinutia obsahujú 50 závitov drôtu PELSHO 0,13.
Navíjanie sa vykonáva kyvadlovou dopravou do troch drôtov súčasne, takže začiatok a koniec vinutia sú diametrálne opačné. Je to potrebné na uľahčenie inštalácie transformátora na dosku. Vzhľad transformátora je znázornený na obrázku 4 na konci článku.
Prevádzka termostatu
Keď je termostat zapnutý, kým sa termočlánok nezahreje, je výstupné napätie DA1.1 nulové alebo iba niekoľko milivoltov v plus alebo mínus.Je to spôsobené skutočnosťou, že K157UD2 nemá žiadne závery pre pripojenie vyvažovacieho odporu vyvažovania, ktorým by bolo možné na výstupe presne nastaviť nulové napätie.
Ale pre naše účely tieto milivolty na výstupe nie sú desivé, pretože komparátor je naladený na vyššie napätie, rádovo 6 ... 8 V. Preto pri akomkoľvek nastavení komparátora v tomto stave má jeho výstup vysokú úroveň, asi + 12V, ktorá spúšťa blokovací generátor pri tranzistor VT1. Impulzy z vinutia III transformátora Tr1 otvárajú triak T1, ktorý obsahuje vyhrievací prvok EK1.
Spolu s tým sa termočlánok tiež zahreje, takže napätie na výstupe zosilňovača DA1.1 sa zvyšuje s rastúcou teplotou. Keď toto napätie dosiahne hodnotu nastavenú odporom R8, komparátor prejde do nízkeho stavu, čo zastaví generátor blokovania. Preto sa triak T1 uzavrie a vypne ohrievač.
Spolu s tým sa termočlánok ochladí, napätie na výstupe DA1.1 sa zníži. Keď sa toto napätie mierne zníži ako napätie na motore rezistora R8, komparátor opäť vystúpi na vysokú úroveň na výstupe a znova zapne blokovací generátor. Vykurovací cyklus sa opakuje znova.
Na vizuálne ovládanie termostatu sú k dispozícii LED HL1 zelená a HL2 červená. Po zahriatí pracovného prvku sa rozsvieti červená LED dióda a keď sa dosiahne nastavená teplota, zelená sa rozsvieti. Na ochranu LED pred spätným napätím sú ochranné diódy VD1 a VD2 typu KD521 spojené paralelne s nimi v opačnom smere.
Navrhovať. Obvodová doska
Takmer celý obvod spolu so zdrojom energie je vyrobený na jednej doske plošných spojov. Konštrukcia dosky s obvodmi je znázornená na obrázku 2.
Obrázok 2. Doska termostatu (po kliknutí na obrázok sa obvod otvorí vo väčšej mierke).
Rozmery DPS 40 x 116 mm. Doska bola vyrobená pomocou technológie žehlenia laserom pomocou programu na kreslenie dosiek plošných spojov sprintu 4. Aby sa doska s plošnými spojmi vyrobila z vyššie uvedeného výkresu, malo by sa vykonať niekoľko krokov.
Najskôr skonvertujte obrázok do formátu * .BMP, vložte ho do pracovného okna rozloženia sprintu 4. Po druhé jednoducho nakreslite čiary vytlačených skladieb. Po tretie, tlačte na laserovej tlačiarni a pokračujte vo výrobe dosky s plošnými spojmi. Proces výroby dosiek už bol opísaný. v jednom z článkov, Zelené čiary na doske označujú zapojenie vinutí na feritových krúžkoch. Toto bude prediskutované nižšie.
Doska obsahuje okrem skutočného regulátora teploty aj zdroj energie, ktorý sa na prvý pohľad môže javiť ako neprimerane zložitý. Takéto riešenie nám však umožnilo zbaviť sa problému nájdenia a získania nízkoenergetického sieťového transformátora a dodatočného „tesárstva“ na jeho opravu v prípade. Obvod napájacieho zdroja je znázornený na obrázku 3.
Obrázok 3. Napájanie regulátora teploty (po kliknutí na obrázok sa otvorí väčšia schéma).
O tomto bloku by sa malo povedať niekoľko slov osobitne. Obvod bol vyvinutý V. Kuznetsovom a pôvodne bol určený na napájanie mikrokontrolérov, kde sa ukázalo, že je v prevádzke dosť spoľahlivý. Následne sa použil na napájanie termostatu.
Táto schéma je pomerne jednoduchá. Sieťové napätie cez zhášací kondenzátor Cl a rezistor R4 je dodávané do usmerňovacieho mostíka VDS1, vyrobeného z diód 1N4007. Zvlnenie usmerneného napätia je vyhladené kondenzátorom C2, napätie je stabilizované analógom zenerovej diódy vytvorenej na tranzistore VT3, zenerovej diódy VD2 a rezistora R3. Rezistor R4 obmedzuje nabíjací prúd kondenzátora C2, keď je zariadenie pripojené k sieti, a rezistor R5 vybíja kondenzátor C1 predradníka, keď je odpojený od siete. Tranzistor VT3 typu KT815G, Zenerova dióda VD2 typu 1N4749A so stabilizačným napätím 24V, príkon 1W.
Napätie na kondenzátore C2 sa používa na napájanie push-pull oscilátora vyrobeného na tranzistoroch VT1, VT2. Základné obvody tranzistorov sú riadené transformátorom Tr1. Dióda VD1 chráni základné prechody tranzistorov pred negatívnymi samoindukčnými impulzmi vinutí transformátora Tr1. Tranzistory VT1, VT2 typu KT815G, dióda VD1 KD521.
Do obvodov kolektorov tranzistorov je zahrnutý „výkonový“ transformátor Tr2, z ktorého výstupných vinutí IV a V sa získa napätie na napájanie celého obvodu. Impulzné napätie na výstupe z transformátora je usmernené vysokofrekvenčnými diódami typu FR207, vyhladené najjednoduchšími RC filtrami a potom stabilizované na úrovni 12V pomocou Zenerových diód VD5, VD6 typu 1N4742A. Ich stabilizačné napätie je 12V, výkon 1W.
Fázovanie vinutí je na diagrame znázornené ako zvyčajne: bodka označuje začiatok vinutia. Ak počas montáže nie je fázovanie zmiešané, napájací zdroj nevyžaduje žiadne nastavenie, začne pracovať okamžite.
Konštrukcia transformátorov Tr1 a Tr2 je znázornená na obrázku 4.
Obrázok 4. Pohľad na zostavu dosky.
Oba transformátory (obrázok 3) sú vyrobené na feritových krúžkoch vyrobených z feritu najbežnejšej značky НМ2000. Transformátor Tr1 obsahuje tri rovnaké vinutia 10 otáčok na krúžku s veľkosťou K10 * 6 * 4 mm. Vinutia sú vinuté člnkom v troch drôtoch naraz. Ostré okraje krúžku by mali byť vytrhané brúsnym papierom a samotný prsteň by mal byť obalený vrstvou bežnej lepiacej pásky. Pre mechanickú pevnosť je transformátor navinutý dostatočne silným drôtom PEV - 2 0,33, hoci je možné použiť aj tenší drôt.
Transformátor Tr2 je tiež vyrobený na krúžku. Jeho veľkosť je K10 * 16 * 6 mm: pri prevádzkovej frekvencii 40 km / h je možné z takého prstenca odobrať 7 wattov. Vinutia I a II sú navinuté drôtom PELSHO - 0,13 v dvoch drôtoch a obsahujú 44 zákrutov. Na vrchole týchto vinutí je spätné vinutie III, ktoré obsahuje 3 závity drôtu PEV - 2 0,33. Použitie takého hrubého drôtu tiež zaisťuje transformátor k doske.
Sekundárne vinutia IV a V sú tiež navinuté do dvoch drôtov a obsahujú 36 závitov drôtu šitého-0,2. Podľa schémy na obrázku 3 sú tieto vinutia utesnené na doske aj bez kontinuity: začiatky obidvoch vinutí sú navzájom spojené na spoločnom vodiči a konce vinutí sú jednoducho spojené s diódami VD3 a VD4. Relatívna poloha vinutí je znázornená na obr.
Na obrázku obvodovej dosky (obrázok 2 na začiatku článku) sú vinutia všetkých transformátorov znázornené zelenými čiarami. Začiatky a konce vinutí na krúžkoch s malým priemerom sú diametrálne odlišné, takže najskôr by ste mali spájať tri drôty zo začiatku do dosky a potom, prirodzene, krúžiť vinutia testerom, konce vinutí.
V blízkosti tlačových dráh, kde je transformátor Tr2 utesnený, vidíte body ukazujúce začiatok vinutia I, II a III. Výstupné vinutie, ako je uvedené vyššie, je utesnené aj bez kontinuity: začína spoločne na spoločnom vodiči a končí na usmerňovacích diódach.
Ak sa zdá, že táto možnosť napájania je komplikovaná alebo ak s ňou nechce nič robiť, môže sa to urobiť podľa schémy znázornenej na obrázku 5.
Obrázok 5. Zdroj napájania je zjednodušená verzia.
Pri tomto napájaní môžete použiť sieťový transformátor s výkonom maximálne 5 wattov s výstupným napätím 14 ... 15 V. Spotreba energie je malá, takže usmerňovač je vyrobený podľa polvlnového obvodu, ktorý umožnil získať bipolárne výstupné napätie z jedného vinutia. Transformátory z „poľských“ anténnych zosilňovačov sú celkom vhodné.
Overovanie pred konečnou montážou
Ako už bolo spomenuté, správne zostavené zariadenie nevyžaduje nastavenie, ale je lepšie ho skontrolovať pred konečnou montážou. Najprv sa skontroluje činnosť zdroja energie: napätie na zenerových diódach by malo byť 12 V. Lepšie je to pred inštaláciou mikroobvodu na dosku.
Potom by ste mali pripojiť termočlánok a na motor rezistora R8 nastaviť napätie približne 5 ... 5,5 VNamiesto triaka pripojte LED k výstupnému vinutiu blokovacieho generátora cez odpor s odporom 50 ... 100 Ohmov. Po pripojení zariadenia by sa táto LED mala rozsvietiť, čo signalizuje činnosť blokovacieho generátora.
Potom by ste mali termočlánok zahriať aspoň spájkovacou žehličkou - LED by mala zhasnúť. Zostáva teda iba zostavenie zariadenia a nastavenie požadovanej teploty pomocou teplomera. Toto by sa malo vykonať, keď sú triak a ohrievač už pripojené.
Keď už hovoríme o triaku. Samozrejme môžete použiť domáci KU208G, ale nie všetky tieto triaky sú uvedené na trh, musíte si vybrať aspoň jeden z niekoľkých kusov. Dovezené oveľa lepšie sa importujú BTA06 600A. Maximálny povolený prúd takéhoto triaku 6A, spätné napätie 600 V, čo je dosť na použitie v opísanom regulátore teploty.
Triak je namontovaný na malom chladiči, ktorý je priskrutkovaný k doske pomocou skrutiek s plastovými stojanmi s výškou 8 mm. LED diódy HL1 a HL2 sú nainštalované na prednom paneli, tam sú tiež nainštalované odpory R6, R8, R9. Na pripojenie zariadenia k sieti, ohrievaču a termočlánku sa používajú, alebo jednoducho, konektorové konektory svorkovnice.
boris Aladyshkin
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: