Терморегулятор для сварки пластмасс

Oписaниe прoстoй и нaдeжнoй кoнструкции тeрмoрeгулятoрa к свaрки плaстмaсс, нaпримeр, плaстикoвыx рaм.

Тeрмoрeгулятoры. Нaзнaчeниe и oблaсти примeнeния

Кaзaлoсь бы, прoстaя вeщь тeрмoрeгулятoр, и eгo oснoвнoe нaзнaчeниe – пoддeржaниe зaдaннoй тeмпeрaтуры. Нo сущeствуeт мнoжeствo oблaстeй тexники либо — либо прoстo дoмaшнeгo xoзяйствa, гдe дoлжнa пoддeрживaться стaбильнaя тeмпeрaтурa, причeм в дoстaтoчнo ширoкoм диaпaзoнe.

Нaпримeр, этo мoжeт красоваться тeплый пoл, aквaриум с зoлoтыми рыбкaми, инкубaтoр в целях вывeдeния птeнцoв, элeктрoкaмин или — или бoйлeр в вaннoй кoмнaтe. Вo всex этиx случaяx тeмпeрaтурa дoлжнa пoддeрживaться рaзнaя. Нaпримeр, в целях aквaриумныx рыбoк, в зaвисимoсти oт иx видa, тeмпeрaтурa вoды в aквaриумe мoжeт нaxoдиться в диaпaзoнe 22…31 C°, в инкубaтoрe в прeдeлax 37…38 C°, a в элeктрoкaминe тож бoйлeрe oкoлo 70…80 C°.

Тaкжe сущeствуют тeрмoрeгулятoры, пoддeрживaющиe тeмпeрaтуру в прeдeлax oт стa дo тысячи с лишним грaдусoв. Сoздaвaть тeрмoрeгулятoр с диaпaзoнoм oт нeскoлькиx грaдусoв, дo нeскoлькиx тысяч нeцeлeсooбрaзнo, кoнструкция пoлучится слишкoм слoжнoй и дoрoгoй, и дaжe, скoрee всeгo, нeрaбoтoспoсoбнoй. Пoэтoму, тeрмoрeгулятoры выпускaются, кaк прaвилo, для достаточно узкий температурный охват.

Во многих технологических процессах вот и все используются терморегуляторы. Сие паяльное оборудование, термопластавтоматы для того литья пластмассовых изделий, обустройство для сварки пластиковых труб, настоль модных в последнее година, и не менее востребованных пластиковых окон.

Современные терморегуляторы промышленного производства полно сложны и точны, выполнены, делать за скольких правило, на основе микроконтроллеров, имеют цифровую индикацию режимов работы и могут предопределяться пользователем. Но, удовлетворительно часто возникает потреба в менее сложных конструкциях.

В этой статье закругляйтесь описана конструкция баста простого и надежного терморегулятора, доступного чтобы изготовления в условиях единичного производства, так в заводских электролабораториях. До некоторой степени десятков именно таких устройств успешно применялись в станках пользу кого сварки пластиковых рам. Благовременно, сами станки были опять же изготовлены в условиях единичного производства.

Руководство принципиальной схемы

Агрегат терморегулятора достаточно проста, сколько обусловлено применением микросхемы К157Трояк2, которая представляет собою сдвоенный операционный твистрон (ОУ). В одном корпусе DIP14 содержатся чета независимых ОУ, которые объединяют токмо общие выводы питания.

Среда применения данной микросхемы в основном звукоусилительная оборудование, такая как микшеры, кроссоверы, магнитофоны и непохожие усилители. Поэтому ОУ характеризуются пониженным уровнем шумов, кое-что также позволяет пустить в ход ее в качестве усилителя сигналов термопары, высота которых составляет (за несколько десятков милливольт. С тем а успехом может красоваться использована микросхема К157Три3. При этом никак не потребуется никаких переделок и настроек.

Невзирая на простоту схемы, (у)строение поддерживает температуру в пределах 180…300 C° с допуском неважный (=маловажный) более 5%, какими судьбами вполне достаточно в целях качественной сварки пластмассы. Дюжесть нагревателя 400 Вт. Принципиальная конфигурация терморегулятора показана сверху рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная график терморегулятора (при нажатии получай картинку откроется диаграмма в большем маштабе).

Функционально терморегулятор состоит изо нескольких узлов: усилителя сигнала термопары получай ОУ DA1.1, компаратора возьми ОУ DA1.2, устройства запуска симистора нате транзисторе VT1 и выходного ключевого устройства, выполненного в симисторе T1. Этот симистор содержит нагрузку, обозначенную получай схеме как EK1.

Термопара

Вымеривание температуры производится с через термопары BK1. В конструкции применена термопара TYPE K с термо-ЭДС 4мкВ/°С. Присутствие температуре 100°C термопара развивает ожесточение 4,095 мВ, присутствие 200°С 8,137 мВ, а рядом 260°С 10,560 мВ. Сии данные взяты с таблицы градуировки термопар, составленной опытным хорошенько. Измерения производились с компенсацией температуры холодного спая. Подобные термопары применяются в цифровых мультиметрах с измерителями температуры, пример DT838. Также что применение проволочной термопары TMDT 2-38. Такие термопары в вчера(шний день) время есть в свободной продаже.

Эндотрон термо-ЭДС

Повыситель сигнала термопары в ОУ DA1.1 выполнен по части схеме дифференциального усилителя. Такое с ОУ позволяет изжить от синфазных помех, какими судьбами необходимо для усиления слабого сигнала термопары.

Индекс усиления дифференциального усилителя определяется соотношением сопротивления резисторов R3/R1 и около указанных на схеме номиналах составляет 560. Таким образом, возьми выходе усилителя рядом температуре 260°C усилие должно составить 10,560*560 = 5913,6 мВ, разве 5,91 В. При этом подразумевается, фигли R1 = R2 и R3 = R4.

Чтобы того, чтобы исказить коэффициент усиления, примерно сказать при использовании термопары другого подобно, придется поменять работать) два резистора. Чаще только это делается быть помощи замены резисторов R3 и R4. Для входе усилителя и в оковы обратной связи установлены конденсаторы C1…C4, размещение которых защита через помех и формирование необходимой частотной характеристики усилителя.

В данной схеме никак не предусмотрена схема компенсации температуры холодного спая. Сие позволило значительно опростить схему, правда близ измерении температуры нагревательного элемента безлюдный (=малолюдный) учитывается сравнению с упрощением схемы.

Сравнивающее строй — компаратор

Контроль температуры нагрева осуществляется около помощи компаратора (сравнивающего устройства), выполненного возьми ОУ DA1.2. Возвышение срабатывания компаратора задается около помощи подстроечного резистора R8, старание с которого через резистер R7 подается на неинвертирующий видеовход компаратора (вывод 2).

С через резисторов R9 и R6 устанавливаются наивысший и нижний пороги уставки температуры сообразно На инвертирующий вступление компаратора, (вывод 3) по вине резистор R5 подается усиленное принужденность термопары. Об усилении было сказано малость выше.

Логика работы компаратора

В (данное напряжение на инвертирующем входе не столь, чем на неинвертирующем, возьми выходе компаратора высочайший уровень напряжения (почитай (что) +12В). В случае, от случая к случаю напряжение инвертирующего входа за пределами, чем неинвертирующего возьми выходе компаратора -12В, а соответствует низкому уровню.

Структура запуска симистора

Уклад запуска симистора держи транзисторе VT1 выполнено до схеме классического блокинг-генератора, которую не возбраняется увидеть в любом учебнике река справочнике. Единственным его отличием через классической схемы является в таком случае, что смещение получай базу транзистора подано с выхода компаратора, ровно позволяет управлять его работой.

Когда-никогда на выходе компаратора телеграфный уровень, почти +12В, получи базу транзистора подано дислокация и блокинг-генератор вырабатывает короткие импульсы. В противном случае на выходе компаратора коротыш уровень, -12В, отрицательное передвигание запирает транзистор VT1, ввиду этого генерация импульсов прекращается.

Фокусник блокинг-генератора Тр1 намотан сверху ферритовом кольце марки К10*6*4 изо феррита НМ2000. До настоящего времени три обмотки содержат вдоль 50 витков линия ПЭЛШО 0,13.

Намотка производится челноком параллельно в три провода таким образом, затем чтобы начала и концы обмоток были диаметрально противоположны. Сие необходимо для облегчения монтажа трансформатора получи плате. Внешний физиономия трансформатора показан получи и распишись рисунке 4 в конце статьи.

Режим терморегулятора

При включении терморегулятора, то время) как термопара не нагрета, возьми выходе DA1.1 напряг равно нулю, другими словами всего несколько милливольт в знак или в минус. Сие объясняется тем, аюшки? К157УД2 не имеет выводов в (видах подключения подстроечного резистора балансировки, с через которого можно было бы метко выставить нулевое напряженка на выходе.

Так, для наших целей сии милливольты на выходе безвыгодный страшны, поскольку компаратор настраивается получи и распишись более высокое тетанус, порядка 6…8 В. Отчего при любой настройке компаратора в таком состоянии в его выходе до неба уровень, около +12В, какой-никакой запускает блокинг-мазер на транзисторе VT1. Импульсы с обмотки III трансформатора Тр1 открывают симистор Т1, кой включает нагревательный штука ЕК1.

Вместе с ним начинает согреваться и термопара, поэтому стресс на выходе усилителя DA1.1 увеличивается в области мере роста температуры. Когда-когда это напряжение достигнет значения, выставленного резистором R8, компаратор перейдет в порядок низкого уровня, кто остановит работу блокинг-генератора. В рассуждении сего симистор Т1 закроется и отключит обогреватель.

Вместе с ним хватит остывать термопара, сила на выходе DA1.1 кончайте понижаться. Когда сие напряжение станет один или два ниже, чем острота на движке резистора R8, компаратор вновь перейдет в состояние высокого уровня держи выходе и снова включит блокинг-агрегат. Цикл нагрева повторится снова-здорово.

Для визуального контроля работы терморегулятора предусмотрены светодиоды HL1 зеленого цвета и HL2 красного. В отдельных случаях происходит нагрев рабочего элемента, светится карминовый светодиод, а при достижении заданной температуры зажигается американский рубль. Для защиты светодиодов через обратного напряжения вместе им во встречном направлении включены защитные диоды VD1 и VD2 вроде КД521.

Конструкция. Печатная устройство

Практически вся элемент вместе с источником питания выполнена в одной печатной плате. Ряж платы показана получай рисунке 2.

Рисунок 2. Печатная абонплата терморегулятора (при нажатии нате картинку откроется способ в большем маштабе).

Размеры печатной платы 40*116 мм. Награда была сделана точно по лазерно – утюжной технологии подле помощи программы рисования платок sprint layout 4. Дабы из упомянутого рисунка произвести печатную плату подобает пройти несколько шагов.

Изумительный-первых, преобразовать пейзаж в формат *.BMP, вставить его в рабочее люкарна sprint layout 4. Умереть и не встать-вторых, рисунок прямо-таки обвести линиями печатных дорожек. В-третьих, выпустить на лазерном принтере, и учинать к изготовлению печатной платы. Развитие изготовления плат ранее был описан в одной изо статей. Зелеными линиями получи и распишись плате показана распаивание обмоток на ферритовых кольцах. Об этом брось рассказано чуть дальше.

Кроме собственно терморегулятора для плате содержится и генератор питания, который получай первый взгляд может прорасти необоснованно сложным. Только такое решение позволило освободиться от проблемы поиска и приобретения маломощного сетевого трансформатора и дополнительных «плотницких работ» по части его креплению в корпусе. Звено блока питания показана в рисунке 3.

Рисунок 3. Общество питания терморегулятора (около нажатии на картинку откроется скелет в большем маштабе).

Об этом блоке подобает сказать несколько слов спор. Схема была разработана В. Кузнецовым, и сначала предназначалась для питания микроконтроллерных устройств, идеже и показала себя амба надежной в работе. После она была использована и на питания терморегулятора.

Чертеж достаточно проста. Сетевое труд через гасящий теплообменник C1 и резистор R4 подается в выпрямительный мост VDS1, проведенный из диодов 1N4007. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются конденсатором C2, напряг стабилизируется аналогом стабилитрона выполненного получи транзисторе VT3, стабилитроне VD2 и резисторе R3. Варистор R4 ограничивает зарядный водобег конденсатора C2 при включении устройства в оттертрал, а резистор R5 разряжает балластовый конденсатор C1 при отключении с сети. Транзистор VT3 как КТ815Г, стабилитрон VD2 в виде 1N4749A с напряжением стабилизации 24В, отдача 1Вт.

Напряжение держи конденсаторе C2 используется угоду кому) питания двухтактного автогенератора, выполненного бери транзисторах VT1, VT2. Базовые рабство транзисторов управляются быть помощи трансформатора Тр1. Диод VD1 защищает базовые переходы транзисторов через отрицательных импульсов самоиндукции обмоток трансформатора Тр1. Транзисторы VT1, VT2 подобно КТ815Г, диод VD1 КД521.

В коллекторные рабство транзисторов включен «с позиции силы» трансформатор Тр2, с выходных обмоток IV и V которого получаются напряжения интересах питания всей схемы. Импульсные напряжения получи выходе трансформатора выпрямляются высокочастотными диодами подобно FR207, сглаживаются простейшими RC – фильтрами, впоследствии чего стабилизируются возьми уровне 12В стабилитронами VD5, VD6 будто 1N4742A. Их острота стабилизации 12В, мощность 1Вт.

Фазировка обмоток показана держи схеме как привычно: точка указывает инициатива обмотки. Если близ сборке фазировку маловыгодный перепутать, то первопричина питания не требует больной наладки, начинает возиться сразу.

Конструкция трансформаторов Тр1 и Тр2 показана в рисунке 4.

Рисунок 4. Тип платы в сборе.

Пара трансформатора (рисунок3) выполнены получи ферритовых кольцах с феррита самой распространенной марки НМ2000. Преобразователь Тр1 содержит три одинаковых обмотки после 10 витков получи и распишись кольце типоразмера К10*6*4 мм. Обмотки намотаны челноком враз в три провода. Острые кромки кольца нелишне притупить наждачной бумагой, а само чакра обмотать слоем обычного скотча. Угоду кому) механической прочности преобразователь намотан достаточно толстым проводом ПЭВ – 2 0,33, хотя бы можно и применить и побольше тонкий провод.

Преобразователь Тр2 выполнен опять же на кольце. Его размер К10*16*6 мм: близ рабочей частоте 40 килогерц с такого кольца годится. Ant. нельзя снять мощность 7 ватт. Обмотки I и II намотаны проводом ПЭЛШО – 0,13 в двушничек провода и содержат 44 витка. Сверху этих обмоток расположена обматывание обратной связи III, которая включает 3 витка провода ПЭВ – 2 0,33. Служба такого толстого кабель обеспечивает также крепь трансформатора на плате.

Вторичные обмотки IV и V вот и все намотаны в два линия и содержат по 36 витков линия ПЭВ – 2 0,2. Как сговорившись схеме на рисунке 3 сии обмотки запаиваются бери плате даже помимо прозвонки: начала обоих обмоток запаиваются одновременно на общий шнур, а концы обмоток скромно к диодам VD3 и VD4. Взаимное склонность обмоток можно понимать на рисунке 4.

Бери рисунке печатной платы (изображение 2 в начале статьи) обмотки всех трансформаторов показаны зелеными линиями. Основные принципы и концы обмоток держи кольцах малого диаметра расположены диаметрально инверсно, поэтому сначала пристало запаять в плату три линия начала, а потом, просто прозвонив обмотки тестером, и концы в воду обмоток.

Возле печатных дорожек, неизмеримо запаивается трансформатор Тр2, не возбраняется увидеть точки, показывающие начатки обмоток I, II, и III. Выходная обвивка, как было сказано больше, запаивается даже помимо прозвонки: начала одновременно на общий проведение, а концы к диодам выпрямителя.

Ежели такой вариант источника питания покажется сложным не то — не то просто не захочется с ним вахлять, то его дозволительно сделать по схеме, показанной возьми рисунке 5.

Рисунок 5. Источник питания – элементарный вариант.

В этом блоке питания дозволяется использовать понижающий сеточный трансформатор мощностью безлюдный (=малолюдный) более 5 ватт с выходным напряжением 14…15 В. Потребляемая мощь невелика, поэтому вентиль выполнен по однополупериодной схеме, что такое? позволило получить ото одной обмотки двухполярное выходное напряжённость. Вполне подходят трансформаторы через «польских» антенных усилителей.

Редакция перед окончательной сборкой

Что уже было сказано, верно собранное устройство в наладке невыгодный нуждается, но то ли дело перед окончательной сборкой его опробовать. Прежде всего, проверяется изделие источника питания: напряжения сверху стабилитронах должны присутствовать по 12 В. Вернее это сделать впредь до того как получи и распишись плату установлена чип.

После этого долженствует подключить термопару, а получи и распишись движке резистора R8 поставить угощение напряжение примерно 5…5,5 В. Награду симистора к выходной обмотке блокинг-генератора подсоединить светодиод через варистор сопротивлением 50…100 Ом. Впоследствии того, как образование будет включено в трал, этот светодиод в долгу зажечься, что говорит о работе блокинг-генератора.

Дальше этого следует покалить термопару хотя бы паяльником – светодиод кому (должно погаснуть. Значит, осталось не более чем окончательно собрать станок и выставить требуемую температуру рядом помощи термометра. Учинять это следует тем временем, когда уже подключен симистор и отопитель.

Кстати, о симисторе. Все конечно, можно использовать наш КУ208Г, но сии симисторы запускаются безлюдный (=малолюдный) все, приходится вынима из нескольких мрамор хотя бы Водан. Гораздо лучше подходят импортные BTA06 600A. Максимально пристойный ток такого симистора 6А, противоположное напряжение 600В, что-то вполне достаточно к применения в описываемом терморегуляторе.

Симистор установлен для небольшой радиатор, что привернут к плате винтами с пластмассовыми стойками высотой 8 мм. Светодиоды HL1 и HL2 установлены нате передней панели, вслед за этим же установлены резисторы R6, R8, R9. С целью подключения устройства к силок, нагревателя и термопары используются клеммные соединители, река просто клеммники.

Бориска Аладышкин

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте невод умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:

Журфак Интернет вещей

Ваш брат сможете:

• Изучить C, машины отладки и программирования микроконтроллеров;

• Надергать опыт работы с реальными проектами, в команде и сам;

• Получить удостоверение и аттестат, подтверждающие полученные запас.

Starter box для первых экспериментов в сюрприз!

После прохождения курса в вашем портфолио достаточно: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная подсак устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-датчик), устройство контроля влажности воздуха, конструкция умного полива растений, схем контроля протечки воды…

Ваша милость получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный письменное удостоверение, которые можно приобщить в портфолио и показать работодателю.

Подробнее после этого:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Мать