קטגוריות: מאמרים מוצגים » אלקטרוניקה מעשית
מספר צפיות: 54385
הערות לכתבה: 3
תרמוסטט לריתוך פלסטיק
תיאור התכנון הפשוט והמהימן של ווסת טמפרטורה לריתוך פלסטיקה, למשל, מסגרות פלסטיק.
תרמוסטטים. מינוי והיקף
זה נראה דבר פשוט בקר טמפרטורה, ומטרתו העיקרית היא לשמור על טמפרטורה נתונה. אך ישנם תחומי טכנולוגיה רבים או פשוט משקי בית בהם יש לשמור על טמפרטורה יציבה, ובמגוון רחב למדי.
לדוגמה, יכול להיות רצפה חמה, אקווריום עם דגי זהב, חממה להסרת אפרוחים, אח חשמלי או דוד בחדר האמבטיה. בכל המקרים הללו יש לשמור על הטמפרטורה שונה. לדוגמא, עבור דגי אקווריום, תלוי בסוגם, טמפרטורת המים באקווריום יכולה להיות בטווח 22 ... 31 מעלות צלזיוס, בחממה בטמפרטורה של 37 ... 38 מעלות צלזיוס, ובאח חשמלי או בדוד כ- 70 ... 80 מעלות צלזיוס.
ישנם גם בקרי טמפרטורה ששומרים על הטמפרטורה בטווח של מאה לאלף מעלות ויותר. יצירת ויסות טמפרטורה בטווח שבין כמה מעלות למספר אלפים אינה מעשית: העיצוב יתגלה כמסובך ויקר מדי, ואפילו, ככל הנראה, אינו פעיל. לכן מיוצרים תרמוסטטים, ככלל, על טווח טמפרטורות צר למדי.
תהליכים רבים משתמשים גם בבקרי טמפרטורה. ציוד הלחמה זה, מכונות הזרקה לעיצוב מוצרי פלסטיק, ציוד לריתוך צינורות פלסטיק, כה אופנתי לאחרונה, וחלונות פלסטיק פופולריים לא פחות.
בקרי טמפרטורה מודרניים של ייצור תעשייתי מורכבים ומדויקים למדי, עשויים, ככלל, על בסיס בקרי מיקרו, יש אינדיקציה דיגיטלית של מצבי הפעלה ויכולים להיות מתוכנתים על ידי המשתמש. אך לעיתים קרובות יש צורך בעיצובים פחות מורכבים.
מאמר זה יתאר בניית בקר טמפרטורה פשוט ואמין, ניתן לייצור בייצור יחיד, למשל, במעבדות חשמל במפעל. כמה עשרות מכשירים אלה שימשו בהצלחה במכונות לריתוך מסגרות פלסטיק. אגב, המכונות עצמן יוצרו גם בסביבת ייצור יחידה.
תיאור תרשים המעגל
העיצוב של התרמוסטט הוא די פשוט, בגלל השימוש בשבב K157UD2 שהוא מגבר תפעולי כפול (OA). חבילת DIP14 אחת מכילה שני מגברי מגבר עצמאיים, המשלבים רק סיכות כוח נפוצות.
היקפו של שבב זה הוא בעיקר ציוד הגברה קול, כמו מיקסרים, קרוסאוברים, מכשירי הקלטה ומגברים שונים. לפיכך, מגברי ה- OP מתאפיינים ברמת רעש נמוכה, המאפשרת גם להשתמש בו כמגבר לאותות צמד תרמי, שרמתו היא רק כמה עשרות מיליוולט. עם אותה הצלחה ניתן להשתמש בשבב K157UD3. במקרה זה, אין צורך לבצע שינויים והגדרות.
למרות פשטות המעגל, המכשיר שומר על טמפרטורה בטמפרטורה של 180 ... 300 מעלות צלזיוס עם סובלנות של לא יותר מ -5%, וזה מספיק למדי לריתוך פלסטי איכותי. כוח דוד 400 וואט. תרשים סכמטי של בקר הטמפרטורה מוצג באיור 1.
איור 1. תרשים סכמטי של ווסת טמפרטורה (לחיצה על תמונה תפתח מעגל בקנה מידה גדול יותר).
באופן פונקציונלי, התרמוסטט מורכב מכמה צמתים: מגבר אות צמד תרמי על מגבר ה- DA1.1, משווה על מגבר ה- DA1.2 למגבר, משגרים טריאק על הטרנזיסטור VT1 ועל התקן מפתח הפלט המיוצר ב- triac T1. טריאק זה כולל עומס, המצוין בתרשים כ- EK1.
צמד תרמי
מדידת טמפרטורה באמצעות צמד תרמי BK1.העיצוב משתמש בצמד תרמי מסוג TY K עם תרמו-emf של 4 מיקרו וולט / מעלות צלזיוס. בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס, הצמד התרמי מפתח מתח של 4.095 מגה-וולט, בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס 8.137 מגה-וולט, וב- 260 מעלות צלזיוס 10.560 מגה-וולט. נתונים אלה נלקחים מטבלת כיול של צמד תרמי שנערכה באופן אמפירי. המדידות בוצעו בפיצוי הטמפרטורה של הצומת הקרה. משתמשים בצמדים תרמיים דומים מולטימטר דיגיטלי עם מד טמפרטורה, למשל DT838. ניתן גם להשתמש בצמד תרמי מסוג TMDT 2-38. צמידים תרמיים כאלה מוצעים כעת למכירה.
מגבר תרמו-EMF
מגבר האות צמד תרמי במגבר ה- DA1.1 מתוכנן על פי מעגל מגבר דיפרנציאלי. הכללה זו של מגבר ה- OP מאפשרת להיפטר מהפרעות במצב נפוץ, הנחוצה להעצמת אות צמד תרמי חלש.
הרווח של המגבר הדיפרנציאלי נקבע על ידי יחס ההתנגדות של הנגדים R3 / R1 וערכים המצוינים בתרשים הם 560. לפיכך, ביציאת המגבר בטמפרטורה של 260 מעלות צלזיוס, המתח צריך להיות 10.560 * 560 = 5913.6 mV, או 5.91 V. זה מרמז ש- R1 = R2 ו- R3 = R4.
כדי לשנות את הרווח, למשל בעת שימוש בסוג תרמי שונה, יהיה עליכם לשנות שני נגדים בבת אחת. לרוב זה נעשה על ידי החלפת הנגדים R3 ו- R4. בכניסה של המגבר ובמעגל המשוב מותקנים קבלים C1 ... C4 שמטרתם הגנה מפני הפרעות ויצירת תגובת התדר הדרושה של המגבר.
תכנית זו אינה מספקת תוכנית פיצוי טמפרטורת צומת קר לצומת. זה איפשר לפשט משמעותית את המעגל, למרות שהוא לא נלקח בחשבון בעת מדידת הטמפרטורה של גוף החימום בהשוואה לפישוט המעגל.
מכשיר השוואה - משווה
ניטור טמפרטורת החימום מתבצע באמצעות משווה (התקן השוואה), המבוצע על מערכת ההפעלה DA1.2. סף המשווה נקבע באמצעות נגן הכוונון R8, המתח ממנו מועבר הנגד R7 לכניסה הלא הפיכה של המשווה (פין 2).
בעזרת נגדים R9 ו- R6 נקבעים בהתאמה הסף העליון והתחתון של נקודת ההגדרה של הטמפרטורה. מתח הצמד התרמי המוגבר מועבר דרך הנגד R5 דרך הכניסה ההפוכה של המשווה, (סיכה 3). ההגברה הוזכרה מעט יותר גבוהה.
ההיגיון של המשווה
בעוד שהמתח בכניסה ההפוכה פחות ממתח ההפוך, מתח היציאה של המשווה הוא גבוה (כמעט + 12V). במקרה בו המתח של הכניסה ההפוכה גבוה יותר מהפלט הלא הפוך של המשווה -12V, התואם לרמה נמוכה.
מכשיר טריגר טריאק
מכשיר ההדק טריאק בטרנזיסטור VT1 מיוצר על פי הסכימה של גנרטור החסימה הקלאסי, אותו ניתן לראות בכל ספר לימוד או ספר עיון. ההבדל היחיד שלו מהמעגל הקלאסי הוא שההטיה לבסיס הטרנזיסטור מסופקת מפלט המשווה, המאפשר לכם לשלוט על פעולתו.
כאשר תפוקת המשווה גבוהה, כמעט + 12V, מופעל קיזוז לבסיס הטרנזיסטור וגנרטור החוסם מייצר פולסים קצרים. אם תפוקת המשווה נמוכה, -12 וולט, הטייה שלילית נועלת את הטרנזיסטור VT1, כך שיצירת הדופק נעצרת.
השנאי של גנרטור החוסם Tr1 נפצע על טבעת פריט המותג K10 * 6 * 4 העשויה מפריט NM2000. כל שלוש הפיתולים מכילים 50 סיבובים של חוט PELSHO 0.13.
הפיתול מתבצע באמצעות מעבורת בשלושה חוטים בבת אחת, כך שתחילת הקצוות והקצוות מנוגדים באופן קוטר. זה הכרחי כדי להקל על התקנת השנאי על הלוח. המראה של השנאי מוצג בתרשים 4 בסוף המאמר.
פעולת תרמוסטט
כאשר מופעל התרמוסטט עד מחמם את צמד התרמי, מתח היציאה DA1.1 הוא אפס, או רק כמה מיליוולט בפלוס מינוס.זה נובע מהעובדה של- K157UD2 אין מסקנות לחיבור נגד איזון לקצץ, איתו ניתן יהיה לקבוע במדויק את מתח היציאה האפס.
אבל, לענייננו, המיליוולטים הללו בפלט אינם מפחידים, מכיוון שהממכוון מכוון למתח גבוה יותר, בסדר גודל של 6 ... 8 V. לכן, בכל הגדרה של המשווה במצב זה, לפלט שלו יש רמה גבוהה, בערך + 12V, שמפעילה את הגנרטור החוסם ב טרנזיסטור VT1. הפולסים מהסלילה III של השנאי Tr1 פותחים את ה- triac T1 הכולל גוף חימום EK1.
יחד איתו, גם הצמד התרמי מתחיל להתחמם, כך שהמתח ביציאה של מגבר DA1.1 עולה ככל שהטמפרטורה עולה. כאשר מתח זה מגיע לערך שנקבע על ידי הנגד R8, המשווה יעבור למצב נמוך, מה שיעצור את גנרטור החסימה. לכן, ה- triac T1 ייסגר ויכבה את החימום.
יחד איתו, הצמד התרמי יתקרר, המתח ביציאה של DA1.1 יקטן. כאשר מתח זה יורד מעט מהמתח במנוע הנגד R8, המשווה יעבור שוב לרמה גבוהה בפלט ויפתח שוב את גנרטור החסימה. מחזור החימום יחזור שוב.
לבקרה חזותית של התרמוסטט מסופקים נוריות LED HL1 ירוק ואדום HL2 אדום. כאשר מחמם את גוף העבודה, הנורית האדומה נדלקת, וכשמגיעים לטמפרטורה שנקבעה, הירוק נדלק. כדי להגן על נוריות הלחץ מפני מתח הפוך, דיודות מגן VD1 ו- VD2 מסוג KD521 מחוברות במקביל אליהם בכיוון ההפוך.
בנייה. לוח מעגלים
כמעט כל המעגל יחד עם מקור הכוח מיוצר על גבי מעגל מודפס אחד. עיצוב לוח המעגל מוצג באיור 2.
איור 2. לוח מעגל התרמוסטט (כשאתה לוחץ על התמונה המעגל ייפתח בקנה מידה גדול יותר).
מידות PCB 40 * 116 מ"מ. הלוח נעשה בטכנולוגיית גיהוץ לייזר תוך שימוש בתוכנית השרטוט של פריסת ספרינט 4. על מנת להכין לוח מעגלים מודפס מתוך הציור האמור, יש לנקוט במספר צעדים.
ראשית, המירו את התמונה לפורמט * .BMP, הדביקו אותה בחלון העבודה של פריסת הספרינט 4. שנית, פשוט ציירו את קווי המסילה המודפסת. שלישית, הדפיס במדפסת לייזר והמשך בייצור הלוח המודפס. תהליך ייצור הלוחות כבר תואר. באחד המאמרים. קווים ירוקים על הלוח מצביעים על חיווט הסיבובים על טבעות פריט. על כך נדון בהמשך.
בנוסף לבקר הטמפרטורה בפועל, הלוח מכיל גם מקור חשמל, אשר במבט ראשון עשוי להיראות מורכב בצורה בלתי סבירה. אבל פיתרון כזה איפשר לנו להיפטר מהבעיה של מציאת ורכישת שנאי רשת בעל עוצמה נמוכה ו"נגרות "נוספות כדי לתקן את זה במקרה. מעגל אספקת החשמל מוצג באיור 3.
איור 3. אספקת החשמל לבקר הטמפרטורה (כשתלחצו על התמונה תיפתח סכמה גדולה יותר).
יש לומר כמה מילים על הבלוק הזה בנפרד. המעגל פותח על ידי V. Kuznetsov, ונועד במקור להנעת התקני מיקרו-בקר, שם התברר שהוא אמין למדי בפעולה. לאחר מכן, הוא שימש להפעלת התרמוסטט.
התוכנית די פשוטה. מתח החשמל דרך הקבל המרווה C1 והנגד R4 מועבר לגשר המיישר VDS1, העשוי מדיודות 1N4007. אדוות המתח המתוקן מוחלקות על ידי הקבל C2, המתח מתייצב על ידי האנלוגי של דיודה זנר המיוצרת בטרנזיסטור VT3, דיודה זנר VD2 ונגד R3. הנגד R4 מגביל את זרם הטעינה של קבל C2 כאשר המכשיר מחובר לרשת, והנגד R5 מפרק את קבל נטל C1 כאשר הוא מנותק מהרשת. טרנזיסטור VT3 מסוג KT815G, דיודה זנר VD2 סוג 1N4749A עם מתח ייצוב של 24 וולט, כוח 1 וולט.
המתח על הקבל C2 משמש להפעלת מתנד דחיפה המיוצר על טרנזיסטורים VT1, VT2. מעגלי הבסיס של הטרנזיסטורים נשלטים על ידי שנאי Tr1. הדיודה VD1 מגנה על מעברי הבסיס של הטרנזיסטורים מפני פולסים של אינדוקציה עצמית שלילית של פיתולי השנאי Tr1. טרנזיסטורים VT1, VT2 מסוג KT815G, דיודה VD1 KD521.
שנאי "כוח" Tr2 כלול במעגלי האספנים של הטרנזיסטורים, מכיווני הפלט IV ו- V מהם מתקבלים מתחים להעצמת המעגל כולו. מתח הדופק ביציאת השנאי מתוקן על ידי דיודות בתדר גבוה מסוג FR207, מוחלקים על ידי מסנני ה- RC הפשוטים ביותר, ואז מתייצבים ברמה 12V על ידי דיודות זנר VD5, VD6 מהסוג 1N4742A. מתח הייצוב שלהם הוא 12 וולט, הספק הוא 1 וואט.
שלב הסיבובים מוצג בתרשים כרגיל: הנקודה מציינת את תחילת הסיבוב. אם במהלך ההרכבה השלבים אינם מעורבבים, אז אספקת החשמל אינה דורשת התאמה כלשהי, היא מתחילה לעבוד מייד.
העיצוב של השנאים Tr1 ו- Tr2 מוצג באיור 4.
איור 4. תמונה של מכלול הלוח.
שני השנאים (איור 3) מיוצרים על טבעות פריט העשויות מפריט של המותג הנפוץ ביותר НМ2000. שנאי Tr1 מכיל שלוש פיתולים זהים של 10 סיבובים על טבעת בגודל K10 * 6 * 4 מ"מ. הפיתולים מתפתלים על ידי מעבורת בשלושה חוטים בבת אחת. יש לעמעם את הקצוות החדים של הטבעת בנייר זכוכית, ואת הטבעת עצמה יש לעטוף בשכבת סרט דבק רגיל. לצורך חוזק מכני, השנאי נפצע עם חוט PEV עבה מספיק - 2 0.33 תיל, אם כי ניתן להשתמש גם בחוט דק יותר.
שנאי Tr2 מיוצר גם על הטבעת. גודלו הוא K10 * 16 * 6 מ"מ: בתדר פעולה של 40 קילוהרץ ניתן להסיר 7 וואט כוח מהטבעת כזו. הפיתולים I ו- II נפצעים עם חוט PELSHO - 0.13 בשני חוטים ומכילים 44 סיבובים. על גבי פיתולי אלה יש פיתול משוב III, המכיל 3 סיבובים של חוט PEV - 2 0.33. השימוש בחוט כה עבה מאבטח את השנאי ללוח.
הפיתולים המשניים IV ו- V נפצעים גם הם בשני חוטים ומכילים 36 סיבובים של תיל תיל -2 0.2. על פי התרשים באיור 3, התפתלויות אלו אטומות על הלוח גם ללא המשכיות: ראשיתן של שתי הפיתוליות אטומות זו לזו על גבי חוט משותף, וקצוות העקמוניות מחוברות פשוט לדיודות VD3 ו- VD4. את המיקום היחסי של הפיתולים ניתן לראות באיור 4.
באיור הלוח המעגל (איור 2 בתחילת המאמר), הפיתולים של כל השנאים מוצגים בקווים ירוקים. ההתחלות והקצוות של הפיתולים על טבעות בקוטר קטן מנוגדות באופן קוטר, לכן עליכם קודם להלחם את שלושת החוטים של ההתחלה אל הלוח, ואז, באופן טבעי, לצלצל את הפיתוליות עם בוחן, את קצות הגלגלים.
בסמוך לשבילי ההדפסה בהם אטום השנאי Tr2, ניתן לראות נקודות המראות את תחילת הפיתולים I, II ו- III. מתפתל הפלט, כאמור לעיל, אטום גם ללא המשכיות: הוא מתחיל יחד על חוט משותף, והקצוות לדיודות המיישר.
אם אפשרות זו של ספק הכוח נראית מסובכת או שפשוט לא רוצה להתעסק איתה, ניתן לעשות זאת על פי התוכנית המוצגת באיור 5.
איור 5. אספקת החשמל היא גרסה מפושטת.
באספקת חשמל זו ניתן להשתמש בשנאי חשמל שנשמט למטה בהספק של לא יותר מ- 5 וואט עם מתח יציאה של 14 ... 15 V. צריכת החשמל קטנה, כך שהמייצר נעשה על פי מעגל חצי גל, שאיפשר להשיג מתח יציאה דו קוטבי מתפתל אחד. רובוטריקים ממגברי אנטנה "פולניים" די מתאימים.
אימות לפני ההרכבה הסופית
כאמור, מכשיר שהורכב כראוי אינו זקוק לכוונון, אך עדיף לבדוק אותו לפני ההרכבה הסופית. ראשית כל, נבדקת פעולת מקור הכוח: המתח בדיודות הזנר צריך להיות 12 V. עדיף לעשות זאת לפני שמתקינים את מעגל המיקרו על הלוח.
לאחר מכן, עליך לחבר צמד תרמי, ולהגדיר את המתח של כ -5 ... 5.5 וולט על המנוע של הנגד R8במקום טריאק, חבר נורית לד לפלט המתפתל של הגנרטור החוסם דרך נגן עם התנגדות של 50 ... 100 אוהם. לאחר חיבור המכשיר, נורית LED זו צריכה להידלק, מה שמצביע על פעולת הגנרטור החוסם.
לאחר מכן, עליכם לחמם את הצמד התרמי עם מגהץ לפחות - הנורית צריכה לכבות. אז נשאר רק להרכיב את המכשיר סוף סוף ולהגדיר את הטמפרטורה הנדרשת באמצעות מדחום. יש לעשות זאת כאשר הטריאק והמחמם כבר מחוברים.
אם כבר מדברים על טריאק. כמובן שתוכלו להשתמש ב- KU208G הביתי, אך לא כל הטריאקים הללו משיקים, עליכם לבחור לפחות אחד מכמה חלקים. מיובאים הרבה יותר טובים מיובאים BTA06 600A. הזרם המירבי המותר של Triac 6A כזה, מתח הפוך של 600 וולט, שהוא די מספיק לשימוש בווסת הטמפרטורה המתואר.
הטריאק מותקן על רדיאטור קטן, המוברג אל הלוח עם ברגים עם מתלים מפלסטיק בגובה 8 מ"מ. נוריות HL1 ו- HL2 מותקנות בלוח הקדמי, שם מותקנים גם נגדים R6, R8, R9. כדי לחבר את המכשיר לרשת, משתמשים בחימום דוד ובצמד תרמי, מחברי מסוף, או פשוט רחובות מסוף.
בוריס אלאדישקין
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: