Výroba tavící pícky na olovo

Jak jsem už psal v článku o odlívání střel, rozhodl jsem se pro vlastní výrobu tavící pícky na olovo. Vím, že lze koupit pícku LEE a s využitím zakoupeného digitálního termostatu a čidla ji upravit na kvalitnější, ovšem můj projekt má za cíl nejen vyšší kvalitu,než tovární pícka, ale hlavně nižší náklady. A toho úpravou tovární pícky nedocílíme.

Pícka má přesné měření teploty taveniny a na základě měřených hodnot je řízena elektronická regulace teploty se zobrazením jak nastavené teploty, tak skutečné teploty taveniny. Teplota je zobrazena na LCD displeji, který se přepíná mezi teplotou nastavenou a skutečnou teplotou taveniny. Spínání topného tělesa je bezkontaktní, kvalitním SSR s optickým přenosem se spínáním v nule.

Pro znalejší popíšu elektroniku trošku podrobněji, ovšem budu se snažit popsat konstrukci a nastavení i pro ty méně zdatné v elektronice. Ovšem těm méně zdatným bych doporučil zajistit si zkušenější dohled, protože zde se bude pracovat s nebezpečným síťovým napětím a zařízení musí být provedeno v souladu s normami a ohledem na vaši bezečnost při práci.

Základní popis elektroniky

Prvním předpokladem pro správnou činnost zařízení je výběr správného čidla na snímání teploty. V tomto případě je výběr poněkud stížen potřebou čidla na vysoké teploty, minimálně do 600°C. Zvolil jsem v průmyslových aplikacích velmi rozšířené kvalitní a spolehlivé platinové čidlo PT-100. Toto čidlo se vyrábí v mnoha různých provedeních, která jsou sice elektricky shodná, ale vzhledem k použitých materiálům v nichž je samotné čidlo zalité, mají různé teplotní maximum. Je proto nutné vybrat takové, jehož rozsah bude směrem nahoru dostatečný. Samozřejmě doporučuji použít čidlo s již vyvedeným kabelem, protože nelze na běžných čidlech opatřených jen součástkovými vývody pájet přívodní kabel, když se čidlo vyskytuje v teplotách kolem 400-500°C. Taktéž je těžké sehnat samostatný kabel odolávající takovým teplotám.

desc

Toto čidlo má pevně dané odpory při konkrétních teplotách a proto je velmi jednoduché zařízení nakalibrovat s pomocí potenciometru zapojeného místo čidla při současném měření napětí na výstupu. Tato výstupní napětí jsem zvolil tak,aby bylo možné pro zobrazení teploty na displeji použít běžný panelový digitální voltmetr s rozsahem 19,99 V s odstraněnou desetinnou tečkou,tedy při teplotě 100°C je na výstupu 1 V (displej ukazuje 100) a při teplotě 500°C je na výstupu 5 V (na displeji 500). Závislost odporu čidla PT-100 na teplotě vidíte v následující tabulce:

TEPLOTA [°C]ODPOR [Ohm]TEPLOTA [°C]ODPOR [Ohm]
0100275203.1
25109.7300212
50119.4325220.9
75129350229.7
100138.5375238.4
125147.9400247.1
150157.3 425255.7
175166.6450264.2
200175.8475272.6
225185500281
250194.1  

Dalším předpokladem správné funkčnosti je volba vhodného způsobu zpracování hodnot daných čidlem při měření. Běžně se k tomuto účelu používá proudově napájený Wheatstoneův můstek s čidlem v jedné větvi s použitím rozdílového zesilovače s vyhodnocováním dvou ss napětí na vstupech, což je původcem chyb. Proto jsem zvolil koncepci spolehlivého můstkového měření,ovšem proudově napájené čidlo zapojené v jedné větvi můstku tvoří současně zpětnou vazbu operačního zesilovače. Tím odpadá potřeba použití rozdílového zesilovače v můstku a je dosaženo podstatně vyšší přesnosti měření.

Celá elektronika je ovládána jedním čtyřnásobným OZ LM324. První OZ funguje jako zdroj stabilizovaného proudu pro platinové teplotní čidlo PT-100. Druhý OZ jako zesilovač napětí s uvedeným čidlem ve pětné vazbě, třetí jako oddělovací napěťový zesilovač s výstupními úrovněmi odpovídajícími 1 V/100°C. Čtvrtý OZ pracuje jako spínací komparátor porovnávající napětí z měřícího obvodu s napětím z odporového děliče s potenciometrem, jímž se nastavuje požadovaná teplota. Jako výkonový spínací prvek je použito výkonové SSR relé se spínáním v nule. Upozorňuji, že je nutné OZ napájet symetrickým napětím. Vzhledem k tomu,že pro většinu zapojení je použita jen kladná větev, záporná jen pro OZ, je na kladné větvi 1A stabilizátor 7809, v záporné stačí jen 100mA stabilizátor 79L09. SSR relé S216S02 se spínáním v nule optotriaky jsem zvolil proto, aby nedocházelo při spínání výkonné topné spirály k rušení a protože jde o kompletní obvod řízení spínání v nule s výkonovými triaky s optickým přenosem v infra spektru,což zajišťuje dokonalé galvanické oddělení spínaného síťového napětí od ostatní elelktroniky s izolační pevností 4 000 V. Toto relé je nutné řádně uchytit na dostatečný chladič!

Pozor, zde pracujete s nebezpečným síťovým napětím a proto je třeba zkušeností a opatrnosti, dodržovat správné izolace a ochrany proti dotyku kovových částí!

Jako zobrazovací prvek pro zobrazení nastavené a skutečné teploty je použito panelové měřidlo G860M z GES Electronics, u kterého dle přiloženého návodu nastavíme odporovým děličem rozsah na 19,99 V a propojkou odstraníme desetinnou tečku. Toto měřidlo připojíme přes přepínač do bodu G, H a země. V jedné poloze přepínače bude zobrazovat nastavenou teplotu a ve druhé skutečnou dosaženou teplotu olova. Upozorňuji na to, že měřidlo NESMÍ být napájeno zde stejného zdroje jako řídící elektronika, vedlo by to ke zničení měřidla. Proto je pro měřidlo zvlášť zdroj s miniaturním transformátorkem 12 V/0,5 VA.

Pokud by někoho zajímalo,jaktože měřidlo zobrazuje čísla inverzně (světlá čísla na černém pozadí), když na zakoupeném měřidle je zobrazení klasické, tak toho jsem docílil převrácením polarizační fólie na sklíčku displeje. Podrobněji postup invertování zobrazení LCD popisuji zde.

Topné těleso jsem objednal originální pro tavící pícku LEE PRO 4-20 zde, které má 700 W a je přímo konstruované pro tavící pec. Samozřejmě je možné použít třeba topnou spirálovou plotýnku 145 mm pro vařiče ETA (raději tu spirálovou, ne tu plochou litinovou, má moc velkou tepelnou setrvačnost). Případně tu větší verzi 180 mm, podle toho pro jakou konstrukci se každý rozhodne.

Konstrukce elektroniky

Celá konstrukce je na dvou deskách. Na jedné desce řídící elektronika se zdrojem, na druhé desce zdroj pro měřidlo. Ještě jednou opakuji pro měřidlo je nutný samostatný zdroj, nelze jej napájet ze zdroje pro řídící elektroniku došlo by ke zničení měřidla. SSR relé nemám na desce je přievněno na chladiči s použitím teplovodivé pasty. Izolační slídovou podložku není nutné použít, uvedené SSR má chladící plochu izolovanou. Na odvětrávání tepla od chladiče zevnitř skříňky jsem použil malý 60 x 60 mm ventilátorek. Na vstupu síťového napětí je samozřejmě použita skleněná trubičková pojistka, podle příkonu obou traf. Já použil na řídící elektroniku zalité trafo do DPS 2 x 12 V/5 VA a na měřidlo zalité trafo do DPS 1 x 12 V/0,6 VA. Pojistku jsem dal 125 mA. Upozorňuji na nutnost použít na silová vedení (k SSR relé a topnému tělesu) vodiče s dostatečným průřezem, minimálně 1,5 mm2 (při použití stejného topného tělesa LEE 700 W), přívodní síťový kabel raději v gumě, ne v PVC izolaci. Samozřejmě pro tavící pícku by vzhledem k použití byl nejlepší kabel CSSS 3 x 1,5 (silikonový). Je sice jen o málo dražší, než gumový, ale špatně se shání. V každém případě je ale pro možnost nechtěného pokapání kabelu roztaveným olovem vhodbější. Ještě jednou opauji, že je nutné dodržet normy a zajistit správné izolace, aby nemohlo dojít k úrazu elektrickým proudem. Pokud nemáte zkušenosti z elektro, doporučuji nechat si váš výrobek zkontrolovat zkušenějším kolegou, či dělat výkonovou část pod dohledem zkušenějšíjho.

Zprovoznění a kalibrace obvodu

Obvod řízení budeme kalibrovat ještě bez připojeného SSR. Budeme k tomu potřebovat jeden trimr 500 Ohmů, který připojíme k bodům C a D místo čidla, dále multimetr na měření odporů, napětí a proudu. Při kalibraci musíme nastavit proud do čidla, aby nebyla překročena maximální hodnota povolená výrobcem, dále vyvážit můstek, v němž je zapojeno čidlo a nastavit výstupní napětí aby odpovídalo teplotám a odporům čidla. Je to velmi jednoduché.

Nejdříve vyvážíme můstek a to tak, že s trimrem 500 Ohmů nastaveným na 100 Ohmů zapojeným místo čidla do bodů C a D měříme na vývodu č. 8 operačního zesilovače napětí a toto trimrem P2 nastavíme na 0 V (odpovídá teplotě 0°C). Následně nastavíme proud čidlem trimrem P1 tak, že uvedený trimr 500 Ohmů nastavený na odpor 100 Ohmů připojený v bodech C a D v jednom z těchto bodů odpojíme a mezi tento bod a odpojený vývod trimru připojíme multimetr nastavený na mA. Trimrem P1 nastavíme proud 1,5 mA. Pak opět opakujeme první postup a zkontrolujeme nulové napětí na výbodu 8. Nastavením proudu čidlem se totiž původní napětí může mírně změnit. V případě změny jej nastavíme opět na nulu. Potom na trimru zapojeném místo čidla nastavíme odpor 281 Ohmů a opět na vývodu 8 měříme napětí. Mělo by být 5 V (500°C) - tuto hodnotu nastavíme trimrem P3. Tím máme elektroniku nastavenou a je možné už připojit místo odporu v bodech C a D čidlo.

Ještě musím upozornit na odpor 4M7 ve zpětné vazbě komparátoru. Ten určuje hysterezi spínání a vypínání topné spirály. S touto hodnotou je hystereze cca 5°C. Pokud by někdo požadoval větší hysterezi, aby topení tak často nespínalo, je možné odpor zmenšit na hodnotu např. 3M9 nebo 3M3, čímž se hystereze zvětší.

Skříňka a panel

Skříňku jsem vyrobil z různých zbytků hliníku, co mi doma zbyly z mých elektronických konstrukcí. Řešení asi každý zájemce o stavbu zvolí dle svých možností. Skříňku ale doporučuji kovovou. V zadní části je umístěn chladič na spínací SSR relé. Přední panel je také z hliníku a na něm je nalepen výtisk panelu, který jsem vytvořil v grafickém programu v PC a ten vytiskl na samolepící papír pro laserové tiskárny a po nalepení přestříkal čirým lakem. Skříňku jsem nechal opatřit práškovou vypalovanou barvou Komaxit, která má velkou odolnost a trvanlivost a cenově vyjde stejně jako sprej, který se ale z hliníku brzo oloupe.

Tavící nádoba

Tavící nádobu jsem nechal svařit z nerezové trubky o průměru 104 mm, tl. 2 mm, výšky 150 mm s navařeným dnem z nerezu tl. 6 mm. Ve dnu jsou vyvrtány otvory pro spodní výpust z provrtaného nerezového šroubu M8 s dírou 3,5 mm a pro čidlo teploty opět navrtaný šroub M8 do nějž je zespodu zasunuté platinové čidlo PT-100 a zajištěné topenářským lepidlem. Na nádobu je nasunuté topné těleso LEE. Po nasunutí je na pícku nasunuté a přišroubované mezikruží o stejném průměru jako dno. K těmto dvoum kruhům je pak přišroubováno opláštění pícky z konzervového plechu, bránící ochlazování pícky únikem tepla. Kvůli zabránění úniku tepla, ale i kvůli omezení oxidace olova je tavící nádoba opatřena uzavíracím víkem z 2,5 mm železného plechu. Stejně tak dno tavící nádoby je proti úniku tepla izolováno žáruvzdornou deskou (obdoba dříve používaných azbeskových desek). Celá nádoba stojí na nohách z M10 závitových tyčí a přišroubována na desku MDF, na níž je na celé horní straně nalepena opět žáruvzdorná deska.

Otevírání výpusti je řešeno velmi jednoduše pákou z 2 mm oceli, opatřena tlačnou pružinou. Uzávěr tvoří "jehla" z 6 mm hlazenky s vysoustruženou dlouhou špicí na konci. Špici jsem soustružil s kulatinou upnutou ve vrtačce a špici soustružil mikrobruskou, poté vyleštil smirky a jemnou brusnou pastou, aby dobře těsnila.

Vývody topného tělesa prochází stěnou do kovové skříňky, ve které je připojena přístrojová zásuvka na připojení kabelu z elektroniky. Vodiče od čidla jsou vyvedeny do malé krabičky opatřené pozlaceným konektorem CINCH. K němu se připojuje kabelem řídící elektronika.

Vše je patrné z fotografií.

desc<