Терморегулятор для зварювання пластмас . Електрика в квартирі та будинку своїми руками .

03.08.2015

Терморегулятор для зварювання пластмас

Терморегулятор для зварювання пластмас . Електрика в квартирі та будинку своїми руками .
Опис простої і надійної конструкції терморегулятора для зварювання пластмас, наприклад, пластикових рам.

Терморегулятори. Призначення і області застосування

Здавалося б, проста річ терморегулятор. і його основне призначення — підтримання заданої температури. Але існує безліч областей техніки або просто домашнього господарства, де повинна підтримуватися стабільна температура, причому в досить широкому діапазоні.

Наприклад, це може бути тепла підлога. акваріум із золотими рибками, інкубатор для виведення пташенят, електрокамін або бойлер у ванній кімнаті. У всіх цих випадках температура повинна підтримуватися різна. Наприклад, для акваріумних рибок, залежно від їх виду, температура води в акваріумі може перебувати в діапазоні 22…31 C°, в інкубаторі в межах 37…38 C°, а в электрокамине або бойлері близько 70…80 C°.

Також існують терморегулятори, що підтримують температуру в межах від ста до тисячі з гаком градусів. Створювати терморегулятор з діапазоном від кількох градусів до кількох тисяч недоцільно, конструкція вийде занадто складною і дорогою, і навіть, швидше за все, непрацездатною. Тому, терморегулятори випускаються, як правило, на досить вузький температурний діапазон.

У багатьох технологічних процесах використовуються терморегулятори. Це паяльне обладнання, термопластавтомати для лиття пластмасових виробів, обладнання для зварювання пластикових труб, настільки модних останнім часом, і не менш затребуваних пластикових вікон.

Сучасні терморегулятори промислового виробництва досить складні і точні, виконані, як правило, на основі мікроконтролерів, що мають цифрову індикацію режимів роботи і можуть програмуватися користувачем. Але, досить часто виникає потреба у менш складних конструкціях.

У цій статті буде описана конструкція досить простого і надійного терморегулятора. доступного для виготовлення в умовах одиничного виробництва, наприклад в заводських электролабораториях. Кілька десятків саме таких пристроїв успішно застосовували у верстатах для зварювання пластикових рам. До речі, самі верстати були також виготовлені в умовах одиничного виробництва.

Опис принципової схеми

Конструкція терморегулятора досить проста, що обумовлено застосуванням мікросхеми К157УД2, яка являє собою здвоєний операційний підсилювач (ОУ). В одному корпусі DIP14 містяться два незалежних ОУ, які об’єднують лише загальні висновки живлення.

Область застосування даної мікросхеми в основному звукопідсилювальна апаратура, така як мікшери, кросовери, магнітофони і різні підсилювачі. Тому ОУ характеризуються зниженим рівнем шумів, що також дозволяє використовувати її в якості підсилювача сигналів термопари, рівень яких складає всього декілька десятків мілівольт. З тим же успіхом може бути використана мікросхема К157УД3. При цьому не потрібно ніяких переробок і налаштувань.

Незважаючи на простоту схеми, пристрій підтримує температуру в межах 180…300 C° з допуском не більше 5%, що цілком достатньо для якісної зварки пластмаси. Потужність нагрівача 400 Вт. Принципова схема терморегулятора показана на малюнку 1.

Малюнок 1. Принципова схема терморегулятора (при натисканні на картинку відкриється схема в більшому масштабі).

Функціонально терморегулятор складається з декількох вузлів підсилювача сигналу термопари на ОУ DA1.1, компаратора на ОП DA1.2, пристрої запуску симістора на транзисторі VT1 і вихідного ключового пристрою, виконаного на симисторе T1. Цей симистор включає навантаження, зазначену на схемі як EK1.

Вимірювання температури здійснюється за допомогою термопари BK1. У конструкції застосована термопара TYPE K з термо-ЕРС 4мкВ/°С. При температурі 100°C розвиває термопара напруга 4,095 мВ, при 200°З 8,137 мВ, а при 260°З 10,560 мВ. Ці дані взяті із таблиці градуювання термопар, складеної досвідченим шляхом. Виміри проводилися з компенсацією температури холодного спаю. Подібні термопари застосовуються в цифрових мультиметрах з вимірниками температури, наприклад DT838. Також можливе застосування дротяною термопари TMDT 2-38. Такі термопари в даний час є у вільному продажу.

Підсилювач термо-ЕРС

Підсилювач сигналу термопари на ОУ DA1.1 виконаний за схемою диференціального підсилювача. Таке включення ОУ дозволяє позбутися від синфазних перешкод, що необхідно для посилення слабкого сигналу термопари.

Коефіцієнт підсилення диференціального підсилювача визначається співвідношенням опору резисторів R3/R1 і при вказаних на схемі номіналах становить 560. Таким чином, на виході підсилювача при температурі 260°C напруга повинна скласти 10,560*560 = 5913,6 мВ, або 5,91 В. При цьому мається на увазі, що R1 = R2 і R3 = R4.

Для того, щоб змінити коефіцієнт підсилення, наприклад при використанні термопари іншого типу, доведеться поміняти відразу два резистора. Найчастіше це робиться за допомогою заміни резисторів R3 і R4. На вході підсилювача та ланцюга зворотного зв’язку встановлені конденсатори C1…C4, призначення яких захист від перешкод і формування необхідної частотної характеристики підсилювача.

У даній схемі не передбачена схема компенсації температури холодного спаю. Це дозволило значно спростити схему, правда, при вимірі температури нагрівального елемента не враховується порівнянні з спрощенням схеми.

Порівнюючий пристрій — компаратор

Контроль температури нагрівання здійснюється за допомогою компаратора (порівнює пристрою), виконаного на ОУ DA1.2. Поріг спрацьовування компаратора задається за допомогою підлаштування резистора R8, напруга з якого через резистор R7 подається на неінвертуючий вхід компаратора (висновок 2).

З допомогою резисторів R9 і R6 встановлюються верхній і нижній пороги уставки температури відповідно На інвертуючий вхід компаратора, (висновок 3) через резистор R5 подається посилене напруга термопари. Про посилення було сказано трохи вище.

Логіка роботи компаратора

Поки напруга на інвертуючому вході менше, ніж на неінвертуючому, на виході компаратора високий рівень напруги (майже +12В). У разі, коли напруга інвертуючого входу вище, ніж неінвертувального на виході компаратора-12В, що відповідає низькому рівню.

Пристрій запуску симістора

Пристрій запуску симістора на транзисторі VT1 виконано за схемою класичного блокінг-генератора, яку можна побачити в будь-якому підручнику чи довіднику. Єдиною його відмінністю від класичної схеми є те, що зміщення на базу транзистора подано з виходу компаратора, що дозволяє керувати його роботою.

Коли на виході компаратора високий рівень, майже +12В, на базу транзистора подано зміщення і блокінг-генератор виробляє короткі імпульси. Якщо на виході компаратора низький рівень, -12В, негативне зміщення замикає транзистор VT1, тому генерація імпульсів припиняється.

Трансформатор блокінг-генератора Тр1 намотаний на феритовому кільці марки К10*6*4 з фериту НМ2000. Всі три обмотки містять по 50 витків дроту ПЕЛШО 0,13.

Намотка провадиться човником відразу в три дроти таким чином, щоб початку і кінці обмоток були діаметрально протилежні. Це необхідно для полегшення монтажу трансформатора на платі. Зовнішній вид трансформатора показана на малюнку 4 в кінці статті.

Робота терморегулятора

При включенні терморегулятора, поки термопара не нагріта, на виході DA1.1 напруга одно нулю, або всього декілька мілівольт в плюс або в мінус. Це пояснюється тим, що К157УД2 не має висновків для підключення підлаштування резистора балансування, з допомогою якого можна було б точно виставити нульове напруга на виході.

Але для наших цілей ці милливольты на виході не страшні, оскільки компаратор налаштовується на більш високу напругу, близько 6…8 Ст. Тому при будь налаштуванні компаратора в такому стані на його виході високий рівень, близько +12В, який запускає блокінг-генератор на транзисторі VT1. Імпульси з обмотки III трансформатора Тр1 відкривають симистор Т1, який включає нагрівальний елемент ЕК1.

Разом з ним починає нагріватися і термопара, тому напруга на виході підсилювача DA1.1 збільшується по мірі росту температури. Коли це напруга досягне значення, виставленого резистором R8, компаратор перейде в стан низького рівня, який зупинить роботу блокінг-генератора. Тому симистор Т1 закриється і відключить нагрівач.

Разом з ним буде остигати термопара, напруга на виході DA1.1 знижуватиметься. Коли це напруга стане трохи нижче, ніж напруга на движку резистора R8, компаратор знову перейде в стан високого рівня на виході і знову включить блокінг-генератор. Цикл нагріву повториться знову.

Для візуального контролю роботи терморегулятора передбачені світлодіоди HL1 зеленого кольору і HL2 червоного. Коли відбувається нагрів робочого елемента, світиться червоний світлодіод, а при досягненні заданої температури запалюється зелений. Для захисту світлодіодів від зворотної напруги паралельно їм у зустрічному напрямку включені захисні діоди VD1 і VD2 типу КД521.

Конструкція. Друкована плата

Практично вся схема разом з джерелом живлення виконана на одній друкованій платі. Конструкція плати показана на малюнку 2.

Малюнок 2. Друкована плата терморегулятора (при натисканні на картинку відкриється схема в більшому масштабі).

Розміри друкованої плати 40*116 мм. Плата була зроблена за лазерно — утюжной технології за допомогою програми малювання плат sprint layout 4. Щоб з цього малюнка зробити друковану плату слід пройти кілька кроків.

По-перше, перетворити зображення у формат *.BMP, вставити його в робоче вікно sprint layout 4. По-друге, малюнок просто обвести лініями друкованих доріжок. По-третє, надрукувати на лазерному принтері, і приступати до виготовлення друкованої плати. Процес виготовлення плат вже був описаний в одній зі статей. Зеленими лініями на платі показана розпаювання обмоток на феритових кільцях. Про це буде розказано трохи нижче.

Крім власне терморегулятора на платі міститься і джерело живлення, який на перший погляд може здатися безпідставно складним. Але таке рішення дозволило позбутися від проблеми пошуку і придбання малопотужного мережевого трансформатора і додаткових «теслярських робіт» за його кріплення в корпусі. Схема блоку живлення показана на малюнку 3.

Малюнок 3. Блок живлення терморегулятора (при натисканні на картинку відкриється схема в більшому масштабі).

Про це блоці слід сказати кілька слів окремо. Схема була розроблена Ст. Кузнєцовим, і спочатку призначалася для живлення мікроконтролерних пристроїв, де і показала себе досить надійною в роботі. Згодом вона була використана і для живлення терморегулятора.

Схема досить проста. Мережеве напруга через гасить конденсатор С1 і резистор R4 подається на випрямний міст VDS1, виконаний з діодів 1N4007. Пульсації випрямленої напруги згладжуються конденсатором С2, напруга стабілізується аналогом стабілітрона виконаного на транзисторі VT3, стабілітроні VD2 і резистор R3. Резистор R4 обмежує зарядний струм конденсатора C2 при включенні пристрою в мережу, а резистор R5 розряджає баластний конденсатор C1 при відключенні від мережі. Транзистор VT3 типу КТ815Г, стабілітрон VD2 типу 1N4749A з напругою стабілізації 24В, потужність 1Вт.

Напруга на конденсаторі C2 використовується для живлення двотактного автогенератора, виконаного на транзисторах VT1, VT2. Базові ланцюга транзисторів управляються за допомогою трансформатора Тр1. Діод VD1 захищає базові переходи транзисторів від негативних імпульсів самоіндукції обмоток трансформатора Тр1. Транзистори VT1, VT2 типу КТ815Г, діод VD1 КД521.

В колекторні ланцюга транзисторів включений «силовий» трансформатор Тр2, з вихідних обмоток IV і V якого виходять напруги для живлення всієї схеми. Імпульсні напруги на виході трансформатора випрямляються високочастотними діодами типу FR207, згладжуються найпростішими RC — фільтрами, після чого стабілізуються на рівні 12В стабілітронами VD5, VD6 типу 1N4742A. Їх напруга стабілізації 12В, потужність 1Вт.

Фазування обмоток показана на схемі як зазвичай: точка вказує початок обмотки. Якщо при складанні фазування не переплутати, то джерело живлення не вимагає ніякої налаштування, починає працювати відразу.

Конструкція трансформаторів Тр1 і Тр2 показана на малюнку 4.

Малюнок 4. Вид плати в зборі.

Обидва трансформатора (рисунок3) виконані на феритових кільцях з фериту найпоширенішою марки НМ2000. Трансформатор Тр1 містить три однакових обмотки по 10 витків на кільці типорозміру К10*6*4 мм Обмотки намотані човником відразу в три дроти. Гострі кромки кільця слід притупити наждачним папером, а саме кільце обмотати шаром звичайного скотчу. Для механічної міцності трансформатор намотаний досить товстим дротом ПЕВ — 2 0,33, хоча можна і застосувати і більш тонкий дріт.

Трансформатор Тр2 виконаний також на кільці. Його розмір К10*16*6 мм: при робочій частоті 40 кілогерц з такого кільця можна зняти потужність 7 вт. Обмотки I і II намотані проводом ПЕЛШО — 0,13 в два дроти і містять 44 витка. Поверх цих обмоток розташована обмотка зворотного зв’язку III, яка містить 3 витка проводу ПЕВ — 2 0,33. Застосування такого товстого дроту забезпечує також кріплення трансформатора на платі.

Вторинні обмотки IV і V також намотані в два дроти і містять по 36 витків дроту ПЕВ — 2 0,2. Відповідно до схеми на малюнку 3 ці обмотки запаюються на платі навіть без прозвонки: початку обох обмоток запаюються разом на загальний провід, а кінці обмоток просто до діоди VD3 і VD4. Взаємне розташування обмоток можна побачити на малюнку 4.

На рисунку друкованої плати (малюнок 2 на початку статті) обмотки всіх трансформаторів показано зеленими лініями. Початку і кінці обмоток на кільцях малого діаметра розташовані діаметрально протилежно, тому спочатку слід запаяти в плату три дроти початку, а потім, природно продзвонивши обмотки тестером, кінці обмоток.

Біля друкованих доріжок, куди запаюється трансформатор Тр2, можна побачити точки, що показують початку обмоток I, II, і III. Вихідна обмотка, як було сказано вище, запаюється навіть без прозвонки: почала разом на загальний провід, а кінці до діоди випрямляча.

Якщо такий варіант джерела живлення здасться складним або просто не захочеться з ним возитися, то його можна зробити за схемою, показаної на малюнку 5.

Малюнок 5. Блок живлення — спрощений варіант.

У цьому блоці живлення можна використовувати мережевий понижуючий трансформатор потужністю не більше 5 ват з вихідним напругою 14…15 Ст. Споживана потужність невелика, тому випрямляч виконаний за однополупериодной схемою, що дозволило отримати від однієї обмотки двухполярное вихідна напруга. Цілком підходять трансформатори від «польських» антенних підсилювачів.

Перевірка перед остаточною збіркою

Як вже було сказано, правильно зібраний пристрій у налагодженні не потребує, але краще перед остаточною збіркою його перевірити. Насамперед, перевіряється робота джерела живлення: напруга на стабилитронах повинні бути по 12 Ст. Краще це зробити до того, як на плату встановлена мікросхема.

Після цього слід підключити термопару, а на движку резистора R8 виставити напругу приблизно 5…5,5 Ст. Замість симістора до вихідний обмотці блокінг-генератора підключити світлодіод через резистор опором 50…100 Ом. Після того, як пристрій буде включено в мережу, цей світлодіод повинен запалитися, що говорить про роботи блокінг-генератора.

Після цього слід погріти термопару хоча б паяльником — світлодіод повинен згаснути. Значить, залишилося тільки остаточно зібрати пристрій і виставити необхідну температуру за допомогою термометра. Робити це слід тоді, коли вже підключений симистор і нагрівач.

до Речі, про симисторе. Звичайно, можна використовувати вітчизняний КУ208Г, але ці сімістори запускаються не всі, доводиться вибирати з декількох штук хоча б один. Набагато краще підходять імпортні BTA06 600A. Максимально допустимий струм такого симістора 6А, зворотне напруга 600В, що цілком достатньо для застосування в описуваному терморегуляторі.

Симистор встановлений на невеликий радіатор, який привернут до плати гвинтами з пластмасовими стійками висотою 8 мм Світлодіоди HL1 і HL2 встановлені на передній панелі, там же встановлені резистори R6, R8, R9. Для підключення пристрою до мережі, нагрівача і термопари використовуються клемні з’єднувачі, або просто клемники.

Короткий опис статті: зварювання пластмас Опис простої і надійної конструкції терморегулятора для зварювання пластмас, наприклад, пластикових рам. Здавалося б, проста річ терморегулятор, і його основне призначення — підтримання напруга, живлення, компаратора, терморегулятора, досить, вихід, температури обмоток, &ndash, термопари, обмотки, дроти, можна, трансформатора, схемою, малюнку, підсилювача, слід, схема, платі

Джерело: Терморегулятор для зварювання пластмас » Електрика в квартирі та будинку своїми руками | Сайт для електриків і співчуваючих | Статті, поради та відгуки

Також ви можете прочитати