Термостабілізатор для температури 150...1000 °С

Схема призначена для автоматичного підтримання потрібної температури з високою точністю і може знайти застосування в різних промислових і побутових пристроях для управління нагрівом термокамери або паяльника.

ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОСТАБІЛІЗАТОРА

1. Діапазон робочих температур +150...1000 °С.

2. Точність підтримання встановленої температури в робочому діапазоні не гірша 2 °С.

3. Робоча напруга нагрівача може бути від 100 до 400 В.

4. Потужність нагрівача допустима до 4 кВт (або 8 кВт при використанні радіатора для симістора більшої площі).

5. Датчиком температури є термопара з сплаву Хромель- Алюмель.

6. Схема управління термостабілізатора має електричну розв'язку по постійному струму від мережі живлення нагрівача.

7. Включення ланцюга нагрівача здійснюється електронним безконтактним способом.

8. Живлення схеми управління здійснюється від двополюсного джерела живлення з напругою 12В (струм споживання схеми управління не перевищує 15 мА). До одного блоку живлення допустимо підключати до 10 схем термостабілізаторів.

Термостабілізатор містить мінімальну кількість елементів, що забезпечує високу надійність, а малі габарити дозволяють легко розмістити його всередині будь-якого корпусу.

Пристрій складається з двох вузлів: схеми управління і блоку живлення.

Рис. 1.17. Електрична схема термостабілізатора

Схема управління (рис. 1.17) виконана на одній подвійному мікросхемі DA1 (140УД20А) і симетричному тиристорі (симісторі) VS1. На елементі DA1.1 зібрано диференціальний підсилювач сигналу з термопари, а на DA1.2 — інтегратор, який управляє роботою генератора імпульсів на однопереходному транзисторі VT1. Імпульси через розділовий трансформатор Т1 надходять на управління комутатором VS1.

Рис. 1.18. Форма імпульсів на управляючому виводі симістора

Використання в схемі інтегратора замість зазвичай застосовуваного компаратора дозволяє забезпечити м'яку характеристику зміни потужності в нагрівачі при виході на режим термостабілізації. Це здійснюється за рахунок зміни часу заряду конденсатора С8, від якого залежить частота генератора, а значить, і початковий кут відкриття симістора. Поки напруга з виходу DA1/12 не перевищить порогове значення, встановлене резисторами R1 і R2 (на DA1/6), на виході мікросхеми DA1/10 буде напруга +12 В, що забезпечить роботу генератора (VT1) на максимальній частоті. При цьому форма імпульсів на управляючому електроді симістора повинна мати вид, наведений на рис. 1.18.

Якщо форма імпульсів інша, слід поміняти місцями виводи на одній з обмоток трансформатора Т1.

Електрична схема блоку живлення термостабілізатора може бути зібрана за одним з наведених на рис. 1.19 варіантів. Обидві схеми мають внутрішню електронну захист від перевантаження і в особливих поясненнях не потребують, так як є типовими. При використанні одного джерела живлення для кількох термостабілізаторів включення кожної схеми управління здійснюється окремим вимикачем.

Рис. 1.19. Двополюсний джерело живлення для термостабілізатора

Топології друкованих плат і розташування деталей наведені на рис. 1.20...1.22. Симістор встановлюється на радіатор, що складається з двох мідних пластин, одна з яких показана на рис. 1.23. Для зручності підключення зовнішніх ланцюгів схеми на платі (рис. 1.21) закріплені гвинти МЗ і М4 з гайками.

Рис. 1. 20. Топологія друкованої плати схеми управління

Рис, 1.21. Розташування деталей

Рис. 1.22. Друкована плата джерела живлення, варіант 2

В схемі застосована прецизійна мікросхема, і заміна її на інший тип недопустима, так як це погіршить точність підтримання температури через збільшення дрейфу нуля, який буде співмірний з величиною сигналу від термопари.

Імпульсний трансформатор Т1 намотується проводом ПЕШЛО-0,18 на феритовому кільці М4000НМ1 типорозміру К16х10х4 мм або кільці М2000НМ1 — К20х12х6 мм і містить в обмотці 1 — 80 витків, 2—60 витків. Перед намотуванням гострі грані сердечника потрібно закруглити надфілем. Інакше вони проріжуть провід. Після намотування і пропитки котушки лаком потрібно обов'язково переконатися в відсутності витоку між обмотками, а також обмотками і феритом каркаса.

Інші деталі схеми не критичні і можуть бути будь-якого типу, наприклад: змінні резистори R1 і R2 типу СПЗ-4а; R3 і R4 — підстроєні багатооборотні СП5-2; постійні резистори типу С2-23; електролітичні конденсатори С6 і С7 — К53-1А на 16 В; інші — типу К10-17. Діоди VD2, VD3 призначені для захисту схеми від неправильного підключення джерела живлення і можуть бути будь-якими, на струм до 100 мА.

Підключаючи схему управління, необхідно дотримуватися положення фази, зазначеного на малюнку (при правильному з'єднанні на радіаторі симістора повинна знаходитися фаза мережевого напруги). Це особливо важливо, якщо від одного джерела живлення включено кілька термостабілізаторів.

При подачі живлення на схему управління повинен включитися нагрів навантаження RH. Індикатором включення нагрівача є свічення світлодіода HL1 або включеної паралельно з навантаженням лампи.

Рис. 1.23. Конструкція радіатора для симістора

Для налаштування температури стабілізації встановлюємо в середнє положення регулятори R1, R2 і,
дождавшись підвищення температури в зоні нагріву до потрібної величини, регулятором ГРУБО добиваємося відключення нагрівача.

Коли процес термостабілізації встановиться, скорегувати температуру можна регулятором ТОЧНО.

Схема дозволяє мати кілька фіксованих значень температури при перемиканні S1. У цьому випадку потрібна температура налаштовується відповідними підстроювальними резисторами R3 і R4 на платі управління.