Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 54385
Bình luận về bài viết: 3
Nhiệt hàn nhựa
Mô tả thiết kế đơn giản và mạnh mẽ của bộ điều khiển nhiệt độ để hàn nhựa, chẳng hạn như khung nhựa.
Bình giữ nhiệt. Bổ nhiệm và phạm vi
Nó có vẻ là một điều đơn giản điều khiển nhiệt độvà mục đích chính của nó là duy trì nhiệt độ nhất định. Nhưng có nhiều lĩnh vực công nghệ hoặc đơn giản là các hộ gia đình cần duy trì nhiệt độ ổn định và trong phạm vi khá rộng.
Ví dụ, nó có thể là sàn ấm, một bể cá với cá vàng, một lò ấp để loại bỏ gà con, lò sưởi điện hoặc nồi hơi trong phòng tắm. Trong tất cả các trường hợp này, nhiệt độ phải được duy trì khác nhau. Ví dụ, đối với cá cảnh, tùy thuộc vào loại của chúng, nhiệt độ của nước trong bể có thể nằm trong khoảng 22 ... 31 ° C, trong lồng ấp trong vòng 37 ... 38 ° C, và trong lò sưởi điện hoặc nồi hơi khoảng 70 ... 80 ° C.
Ngoài ra còn có bộ điều khiển nhiệt độ duy trì nhiệt độ trong phạm vi từ một trăm đến một nghìn độ trở lên. Tạo một bộ điều chỉnh nhiệt độ với phạm vi từ vài độ đến vài nghìn là không thực tế, thiết kế sẽ trở nên quá phức tạp và tốn kém, và thậm chí, rất có thể, không hoạt động. Do đó, các bộ điều nhiệt được sản xuất, theo quy luật, trong một phạm vi nhiệt độ khá hẹp.
Nhiều quá trình cũng sử dụng bộ điều khiển nhiệt độ. Thiết bị hàn này, máy ép phun để đúc các sản phẩm nhựa, thiết bị hàn ống nhựa, rất thời trang gần đây và cửa sổ nhựa không kém phổ biến.
Bộ điều khiển nhiệt độ hiện đại của sản xuất công nghiệp khá phức tạp và chính xác, theo quy luật, trên cơ sở vi điều khiển, có chỉ báo kỹ thuật số về các chế độ vận hành và có thể được lập trình bởi người dùng. Nhưng, khá thường xuyên cần một thiết kế ít phức tạp hơn.
Bài viết này sẽ mô tả xây dựng một bộ điều khiển nhiệt độ khá đơn giản và đáng tin cậy, có sẵn để sản xuất trong một sản xuất duy nhất, ví dụ, trong các phòng thí nghiệm điện của nhà máy. Vài chục thiết bị này đã được sử dụng thành công trong các máy để hàn khung nhựa. Nhân tiện, các máy móc cũng được sản xuất trong một môi trường sản xuất duy nhất.
Mô tả sơ đồ mạch
Thiết kế của bộ điều chỉnh nhiệt khá đơn giản, do sử dụng chip K157UD2, là bộ khuếch đại hoạt động kép (OA). Một gói DIP14 chứa hai op-amps độc lập, chỉ kết hợp các chân nguồn chung.
Phạm vi của chip này chủ yếu là thiết bị khuếch đại âm thanh, chẳng hạn như máy trộn, crossover, máy ghi âm và các bộ khuếch đại khác nhau. Do đó, op-amps được đặc trưng bởi mức nhiễu thấp, điều này cũng cho phép sử dụng nó làm bộ khuếch đại cho tín hiệu cặp nhiệt điện, mức độ chỉ vài chục mili giây. Với thành công tương tự, chip K157UD3 có thể được sử dụng. Trong trường hợp này, không có thay đổi và cài đặt được yêu cầu.
Mặc dù đơn giản về mạch, thiết bị vẫn duy trì nhiệt độ trong khoảng 180 ... 300 C ° với sai số không quá 5%, khá đủ để hàn nhựa chất lượng cao. Công suất nóng 400 watt. Sơ đồ của bộ điều khiển nhiệt độ được hiển thị trong Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ của bộ điều chỉnh nhiệt độ (nhấp vào hình ảnh sẽ mở ra một mạch tỷ lệ lớn hơn).
Về mặt chức năng, bộ điều chỉnh nhiệt bao gồm một số nút: bộ khuếch đại tín hiệu cặp nhiệt điện trên op-amp DA1.1, bộ so sánh trên op-amp DA1.2, các trình khởi chạy triac trên bóng bán dẫn VT1 và thiết bị khóa đầu ra được thực hiện trên triac T1. Triac này bao gồm một tải, được chỉ định trong sơ đồ là EK1.
Cặp nhiệt điện
Đo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt điện BK1.Thiết kế sử dụng cặp nhiệt điện TYPE K với nhiệt độ 4 μV / ° C. Ở nhiệt độ 100 ° C, cặp nhiệt điện phát triển điện áp 4.095 mV, ở 200 ° C 8.137 mV và ở 260 ° C 10.560 mV. Những dữ liệu này được lấy từ một bảng hiệu chuẩn cặp nhiệt điện được biên soạn theo kinh nghiệm. Các phép đo được thực hiện với sự bù nhiệt độ của mối nối lạnh. Cặp nhiệt điện tương tự được sử dụng trong vạn năng kỹ thuật số với đồng hồ đo nhiệt độ, ví dụ DT838. Việc sử dụng cặp nhiệt điện TMDT 2-38 cũng có thể. Cặp nhiệt điện như vậy hiện đang được bán.
Bộ khuếch đại nhiệt-EMF
Bộ khuếch đại tín hiệu cặp nhiệt điện trên amp op DA1.1 được thiết kế theo mạch khuếch đại vi sai. Việc bao gồm op-amp cho phép bạn thoát khỏi nhiễu ở chế độ chung, cần thiết để khuếch đại tín hiệu cặp nhiệt điện yếu.
Độ lợi của bộ khuếch đại vi sai được xác định bằng tỷ số điện trở của điện trở R3 / R1 và tại các giá trị được chỉ ra trên sơ đồ là 560. Do đó, ở đầu ra của bộ khuếch đại ở nhiệt độ 260 ° C, điện áp phải là 10,560 * 560 = 5913,6 mV, hoặc 5,91 V. điều này hàm ý rằng R1 = R2 và R3 = R4.
Để thay đổi mức tăng, ví dụ khi sử dụng một loại cặp nhiệt điện khác, bạn sẽ phải thay đổi hai điện trở cùng một lúc. Thông thường điều này được thực hiện bằng cách thay thế các điện trở R3 và R4. Ở đầu vào của bộ khuếch đại và trong mạch phản hồi, các tụ C1 ... C4 được lắp đặt, mục đích của nó là bảo vệ chống nhiễu và hình thành đáp ứng tần số cần thiết của bộ khuếch đại.
Sơ đồ này không cung cấp sơ đồ bù nhiệt độ tiếp giáp lạnh. Điều này làm cho nó có thể đơn giản hóa đáng kể mạch, mặc dù nó không được tính đến khi đo nhiệt độ của phần tử gia nhiệt so với việc đơn giản hóa mạch.
Thiết bị so sánh - bộ so sánh
Việc theo dõi nhiệt độ gia nhiệt được thực hiện bằng bộ so sánh (thiết bị so sánh), được thực hiện trên OS DA1.2. Ngưỡng của bộ so sánh được đặt bằng điện trở điều chỉnh R8, điện áp mà từ đó qua điện trở R7 được cung cấp cho đầu vào không đảo của bộ so sánh (chân 2).
Sử dụng điện trở R9 và R6, ngưỡng trên và dưới của điểm đặt nhiệt độ được đặt tương ứng. Điện áp cặp nhiệt điện được khuếch đại được đưa qua điện trở R5 thông qua đầu vào đảo ngược của bộ so sánh, (chân 3). Sự khuếch đại đã được đề cập cao hơn một chút.
Logic của bộ so sánh
Trong khi điện áp ở đầu vào đảo ngược nhỏ hơn ở đầu vào không đảo, điện áp đầu ra của bộ so sánh cao (gần như + 12V). Trong trường hợp khi điện áp của đầu vào đảo ngược cao hơn đầu ra không đảo của bộ so sánh -12V, tương ứng với mức thấp.
Thiết bị kích hoạt Triac
Thiết bị kích hoạt triac trên bóng bán dẫn VT1 được chế tạo theo sơ đồ của trình tạo chặn cổ điển, có thể được nhìn thấy trong bất kỳ sách giáo khoa hoặc sách tham khảo nào. Sự khác biệt duy nhất của nó so với mạch cổ điển là độ lệch so với đế của bóng bán dẫn được cung cấp từ đầu ra của bộ so sánh, cho phép bạn điều khiển hoạt động của nó.
Khi đầu ra của bộ so sánh cao, gần như + 12 V, một phần bù được đặt vào đế của bóng bán dẫn và bộ tạo chặn tạo ra các xung ngắn. Nếu đầu ra của bộ so sánh thấp, -12V, độ lệch âm sẽ khóa bóng bán dẫn VT1, do đó quá trình tạo xung dừng lại.
Biến áp của máy phát chặn Tr1 được quấn trên vòng ferrite của thương hiệu K10 * 6 * 4 từ NM2000 ferrite. Cả ba cuộn dây chứa 50 vòng dây PELSHO 0.13.
Các cuộn dây được thực hiện bằng cách đưa vào ba dây cùng một lúc để đầu và cuối của cuộn dây ngược chiều nhau. Điều này là cần thiết để tạo điều kiện cho việc cài đặt máy biến áp trên bảng. Sự xuất hiện của máy biến áp được hiển thị trong Hình 4 ở cuối bài viết.
Vận hành nhiệt
Khi bật bộ điều nhiệt cho đến khi cặp nhiệt điện được làm nóng, điện áp đầu ra DA1.1 bằng 0 hoặc chỉ một vài milivol cộng hoặc trừ.Điều này là do thực tế là K157UD2 không có kết luận cho việc kết nối một điện trở cân bằng cắt, mà có thể đặt chính xác điện áp bằng 0 ở đầu ra.
Nhưng, với mục đích của chúng tôi, các millivolts đầu ra này không đáng sợ, vì bộ so sánh được điều chỉnh đến điện áp cao hơn, theo thứ tự 6 ... 8 V. Do đó, ở bất kỳ cài đặt nào của bộ so sánh ở trạng thái này, đầu ra của nó có mức cao, khoảng + 12V, khởi động máy phát chặn bóng bán dẫn VT1. Các xung từ cuộn dây III của máy biến áp Tr1 mở triac T1, bao gồm một bộ phận làm nóng EK1.
Cùng với nó, cặp nhiệt điện cũng bắt đầu nóng lên, do đó điện áp ở đầu ra của bộ khuếch đại DA1.1 tăng lên khi nhiệt độ tăng. Khi điện áp này đạt đến giá trị được đặt bởi điện trở R8, bộ so sánh sẽ chuyển sang trạng thái thấp, điều này sẽ dừng máy phát chặn. Do đó, triac T1 sẽ đóng và tắt lò sưởi.
Cùng với nó, cặp nhiệt điện sẽ hạ nhiệt, điện áp ở đầu ra của DA1.1 sẽ giảm. Khi điện áp này trở nên thấp hơn một chút so với điện áp ở động cơ của điện trở R8, bộ so sánh sẽ lại đi vào mức cao ở đầu ra và bật lại máy phát chặn. Chu trình làm nóng sẽ được lặp lại một lần nữa.
Để điều khiển trực quan bộ điều chỉnh nhiệt, đèn LED xanh HL1 và đỏ HL2 được cung cấp. Khi phần tử làm việc được làm nóng, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên và khi đạt đến nhiệt độ cài đặt, phần màu xanh lá cây sẽ sáng lên. Để bảo vệ đèn LED khỏi điện áp ngược, điốt bảo vệ VD1 và VD2 loại KD521 được kết nối song song với chúng theo hướng ngược lại.
Xây dựng. Bảng mạch
Hầu như toàn bộ mạch cùng với nguồn điện được thực hiện trên một bảng mạch in. Thiết kế bảng mạch được hiển thị trong Hình 2.
Hình 2. Bảng mạch nhiệt (khi bạn bấm vào hình ảnh, mạch sẽ mở ở quy mô lớn hơn).
Kích thước PCB 40 * 116 mm. Bảng mạch được chế tạo bằng công nghệ ủi bằng cách sử dụng chương trình vẽ bảng mạch bố trí chạy nước rút. Để tạo bảng mạch in ra khỏi bản vẽ nói trên, cần thực hiện một số bước.
Đầu tiên, chuyển đổi hình ảnh sang định dạng * .BMP, dán nó vào cửa sổ làm việc bố trí chạy nước rút 4. Thứ hai, chỉ cần vẽ các đường của các bản in. Thứ ba, in trên máy in laser và tiến hành sản xuất bảng mạch in. Quy trình sản xuất bảng đã được mô tả. trong một trong những bài báo. Các đường màu xanh lá cây trên bảng biểu thị hệ thống dây điện của cuộn dây trên các vòng ferrite. Điều này sẽ được thảo luận dưới đây.
Ngoài bộ điều khiển nhiệt độ thực tế, bo mạch cũng chứa một nguồn năng lượng, thoạt nhìn có vẻ phức tạp một cách vô lý. Nhưng một giải pháp như vậy cho phép chúng tôi thoát khỏi vấn đề tìm và mua một máy biến áp mạng công suất thấp và "mộc" bổ sung để khắc phục trong trường hợp này. Mạch cung cấp điện được hiển thị trong Hình 3.
Hình 3. Nguồn cung cấp năng lượng cho bộ điều khiển nhiệt độ (khi bạn nhấp vào hình ảnh, sơ đồ lớn hơn sẽ mở ra).
Một vài từ nên được nói về khối này một cách riêng biệt. Mạch được phát triển bởi V. Kuznetsov, và ban đầu được dự định cung cấp năng lượng cho các thiết bị vi điều khiển, nơi nó được chứng minh là khá đáng tin cậy trong hoạt động. Sau đó, nó được sử dụng để cung cấp năng lượng cho bộ điều nhiệt.
Đề án khá đơn giản. Điện áp chính qua tụ điện dập tắt C1 và điện trở R4 được cung cấp cho cầu chỉnh lưu VDS1, được làm bằng điốt 1N4007. Độ gợn của điện áp được chỉnh lưu được làm mịn bằng tụ C2, điện áp được ổn định bằng tín hiệu tương tự của diode zener được tạo ra trên một bóng bán dẫn VT3, diode zener VD2 và điện trở R3. Điện trở R4 giới hạn dòng sạc của tụ điện C2 khi thiết bị được kết nối với mạng và điện trở R5 xả tụ điện ballast C1 khi ngắt kết nối mạng. Transitor VT3 loại KT815G, Zener diode VD2 loại 1N4749A với điện áp ổn định là 24 V, công suất 1W.
Điện áp trên tụ C2 được sử dụng để cấp nguồn cho bộ dao động kéo đẩy được chế tạo trên các bóng bán dẫn VT1, VT2. Các mạch cơ sở của bóng bán dẫn được điều khiển bởi máy biến áp Tr1. Diode VD1 bảo vệ sự chuyển tiếp cơ sở của các bóng bán dẫn khỏi các xung tự cảm âm của các cuộn dây của máy biến áp Tr1. Transitor VT1, VT2 loại KT815G, diode VD1 KD521.
Một máy biến áp điện tử cao cấp Tr2 được bao gồm trong các mạch thu của các bóng bán dẫn, từ các cuộn dây đầu ra IV và V trong đó các điện áp được lấy để cung cấp năng lượng cho toàn bộ mạch. Điện áp xung ở đầu ra máy biến áp được chỉnh lưu bằng các điốt tần số cao loại FR207, được làm mịn bằng các bộ lọc RC đơn giản nhất, sau đó ổn định ở mức 12 V bởi các điốt Zener VD5, VD6 của loại 1N4742A. Điện áp ổn định của họ là 12V, công suất là 1W.
Các giai đoạn của các cuộn dây được hiển thị trong sơ đồ như bình thường: dấu chấm cho biết sự bắt đầu của cuộn dây. Nếu trong quá trình lắp ráp, pha không được trộn lẫn, thì nguồn điện không yêu cầu điều chỉnh, nó bắt đầu hoạt động ngay lập tức.
Thiết kế của máy biến áp Tr1 và Tr2 được hiển thị trong Hình 4.
Hình 4. Khung nhìn của bảng lắp ráp.
Cả hai máy biến áp (Hình 3) đều được chế tạo trên các vòng ferrite làm từ ferrite của thương hiệu phổ biến nhất là BẠC2000. Biến áp Tr1 chứa ba cuộn dây giống hệt nhau 10 vòng trên một vòng có kích thước K10 * 6 * 4 mm. Các cuộn dây được quấn bởi một tàu con thoi trong ba dây cùng một lúc. Các cạnh sắc nét của chiếc nhẫn nên được làm mờ bằng giấy nhám, và bản thân chiếc nhẫn nên được bọc bằng một lớp băng dính thông thường. Đối với độ bền cơ học, máy biến áp được quấn bằng dây PEV - 2 0,33 đủ dày, mặc dù cũng có thể sử dụng dây mỏng hơn.
Biến áp Tr2 cũng được chế tạo trên vòng. Kích thước của nó là K10 * 16 * 6 mm: với tần số hoạt động 40 kilohertz, 7 watt năng lượng có thể được loại bỏ khỏi vòng như vậy. Các cuộn dây I và II được quấn bằng dây PELSHO - 0,13 trong hai dây và chứa 44 vòng. Trên đầu các cuộn dây này là một cuộn dây phản hồi III, chứa 3 vòng dây PEV - 2 0,33. Việc sử dụng một dây dày như vậy cũng đảm bảo máy biến áp vào bảng.
Các cuộn dây thứ cấp IV và V cũng được quấn trong hai dây và chứa 36 vòng dây may-2 0,2. Theo sơ đồ trong Hình 3, các cuộn dây này được niêm phong trên bảng ngay cả khi không có sự liên tục: sự khởi đầu của cả hai cuộn dây được gắn với nhau trên một dây chung và các đầu của cuộn dây được kết nối đơn giản với điốt VD3 và VD4. Vị trí tương đối của các cuộn dây có thể được nhìn thấy trong Hình 4.
Trong hình bảng mạch (Hình 2 ở đầu bài viết), cuộn dây của tất cả các máy biến áp được hiển thị bằng các đường màu xanh lá cây. Sự bắt đầu và kết thúc của các cuộn dây trên các vòng có đường kính nhỏ trái ngược nhau về mặt đường kính, vì vậy trước tiên bạn nên hàn ba dây của đầu vào bảng, và sau đó, cuộn dây một cách tự nhiên bằng một máy đo, các đầu của cuộn dây.
Gần các đường dẫn in nơi máy biến áp Tr2 được niêm phong, bạn có thể thấy các điểm hiển thị điểm bắt đầu của cuộn dây I, II và III. Các cuộn dây đầu ra, như đã đề cập ở trên, được bịt kín ngay cả khi không liên tục: nó bắt đầu cùng nhau trên một dây chung và các đầu đến các điốt chỉnh lưu.
Nếu tùy chọn này của nguồn cung cấp có vẻ phức tạp hoặc chỉ không muốn gây rối với nó, thì nó có thể được thực hiện theo sơ đồ như trong Hình 5.
Hình 5. Bộ nguồn là phiên bản đơn giản hóa.
Trong nguồn cung cấp năng lượng này, bạn có thể sử dụng máy biến áp mạng bước xuống có công suất không quá 5 watt với điện áp đầu ra là 14 ... 15 V. Tiêu thụ điện năng nhỏ, do đó bộ chỉnh lưu được thực hiện theo mạch nửa sóng, giúp có thể có được điện áp đầu ra lưỡng cực từ một cuộn dây. Máy biến áp từ bộ khuếch đại ăng ten "Ba Lan" khá phù hợp.
Xác minh trước khi lắp ráp cuối cùng
Như đã đề cập, một thiết bị được lắp ráp đúng cách không cần điều chỉnh, nhưng tốt hơn là kiểm tra nó trước khi lắp ráp cuối cùng. Trước hết, kiểm tra hoạt động của nguồn điện: điện áp ở điốt zener phải là 12 V. Tốt hơn là nên làm điều này trước khi lắp đặt vi mạch trên bảng.
Sau đó, bạn nên kết nối một cặp nhiệt điện và đặt điện áp khoảng 5 ... 5,5 V trên động cơ của điện trở R8Thay vì triac, hãy kết nối một đèn LED với cuộn dây đầu ra của máy phát chặn thông qua một điện trở có điện trở 50 ... 100 Ohms. Sau khi thiết bị được cắm, đèn LED này sẽ sáng lên, cho biết hoạt động của bộ tạo chặn.
Sau đó, bạn nên làm ấm cặp nhiệt điện bằng ít nhất một que hàn - đèn LED sẽ tắt. Vì vậy, cuối cùng chỉ lắp ráp thiết bị và đặt nhiệt độ cần thiết bằng nhiệt kế. Điều này nên được thực hiện khi triac và lò sưởi đã được kết nối.
Nói về triac. Tất nhiên, bạn có thể sử dụng KU208G trong nước, nhưng không phải tất cả các triac này đều được tung ra, bạn phải chọn ít nhất một trong số nhiều mảnh. Nhập khẩu tốt hơn nhiều là nhập khẩu BTA06 600A. Dòng điện tối đa cho phép của một triac 6A như vậy, điện áp ngược 600V, khá đủ để sử dụng trong bộ điều chỉnh nhiệt độ được mô tả.
Triac được gắn trên một bộ tản nhiệt nhỏ, được vặn vào bảng bằng ốc vít với giá đỡ nhựa cao 8 mm. Đèn LED HL1 và HL2 được cài đặt trên bảng mặt trước, điện trở R6, R8, R9 cũng được cài đặt ở đó. Để kết nối thiết bị với mạng, bộ gia nhiệt và cặp nhiệt điện, các đầu nối đầu cuối được sử dụng hoặc đơn giản là khối thiết bị đầu cuối.
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: