Ukończyłem konstrukcję podgrzewacza, który ma mi służyć głównie do lutowania struktur laserowych UMB (Unmounted Laser Bar) do bloków miedzianych.
Miałem do wyboru albo zakup gotowego regulatora PID z Chin i zbudowanie podgrzewacza wokół tego urządzenia, albo zaprojektować regulator PID oraz resztę podgrzewacza samodzielnie. Za gotowy moduł PID zapłaciłbym zapewne ok. $25, co nie jest wysoką ceną, lecz za każdym razem gdybym chciał powielić urządzenie lub zrobić podobne, musiałbym ponownie zapłacić. Zdecydowałem więc, że wolę się czegoś nowego nauczyć i stąd powstała konstrukcja, którą przedstawiam poniżej.
Założenia projektowe były raczej skromne, gdyż urządzenie miało utrzymywać stałą temperaturę w zakresie od temperatury otoczenia do 140 stopni Celsjusza z dokładnością +/-1 stopień dla dowolnej temperatury z założonego zakresu. W ciągu miesiąca udało mi się stworzyć urządzenie, które spełnia powyższe założenie z dużym nadmiarem. Jak pokazuje pierwsze zdjęcie - nie do końca udało mi się uniknąć wpływów dalekowschodnich, ale nie mogę narzekać, gdyż niezamierzone podobieństwo do pagody dodaje konstrukcji nieco lekkości i finezji.
Konstrukcję rozpocząłem od stworzenia schematu elektrycznego, a następnie wybrania obudowy. Szczęśliwym trafem moja Pani potrąciła kulę z piorunami, którą otrzymaliśmy z 10 lat wcześniej od znajomych (których na szczęście nie bardzo lubimy), więc mogłem z czystym sumieniem dać ocalałej podstawie nowe życie po życiu. W podstawie mieści się cała elektronika, a ponad nią zamontowane są grzałki, wentylator oraz płyta aluminiowa wraz z czujnikiem temperatury.
Jak widać na obrazku poniżej, elementami grzejnymi są dwa rezystory o mocy 50W każdy, a wiatraczek chłodził kiedyś procesor ALPHA w serwerze ES40. Jako czujnika temperatury użyłem tranzystora krzemowego o najwyższej dopuszczalnej temperaturze pracy złącza. W tym przypadku znalazłem w swoich zapasach taki tranzystor, który może pracować przy 200 stopniach Celsjusza.
Idąc dalej tym tropem, postanowiłem użyć zasilacz od starego laptopa firmy HP (laptopy kiepskie, ale zasilacze dobre
), który daje 19.7V napięcia i prawie 5A prądu na wyjściu. Wszystkie potrzebne napięcia, a więc 3.3V, 12V oraz 19.5V, uzyskuję właśnie z tego zasilacza. Przy pełnej mocy dostarczanej do grzałek uzyskałem temperaturę bloku aluminium równo 201 stopni Celsjusza. Nie mam zamiaru usmażyć czujnika, więc programowo ograniczyłem zakres pracy do 170 stopni. W zasadzie wystarczy mi 140 stopni, ale może przy okazji będę miał mały preheater do lutowania układów BGA lub QFN.
Początkowo zamierzałem użyć standardowego wyświetlacza LCD 2x20 znaków, lecz natrafiłem na kilka uszkodzonych telefonów Nokia 6810i, które posiadają wyświetlacze graficzne 130x130 pikseli. Kolorowy wyświetlacz niewątpliwie ożywia urządzenie, więc po znalezieniu jego parametrów, włożyłem taki wyświetlacz do urządzenia i już tam pozostał. Efekt widać na zdjęciu poniżej.
Mogę wyświetlać sporo informacji, a to jest niewątpliwie zaletą, szczególnie gdy trzeba zadawać kilka parametrów jednocześnie tak, jak to bywa przy kalibracji temperatury. Kalibracja jest oczywiście niezbędna, gdyż parametry nowego czujnika mogą znacznie odbiegać od poprzedniego, stąd kalibrację przeprowadzam dla dwóch temperatur: 32 i 96 stopni. Następnie procesor rozwiązuje prosty układ dwóch równań liniowych i stąd mamy dokładny wykres zależności temperatury od odczytywanej wartości z przetwornika A/D. Jak wiadomo - w zakresie omawianych temperatur czujniki półprzewodnikowe charakteryzują się ujemnym współczynnikiem temperaturowym wynoszącym około 2 mV/stopień. Jest to niewielki współczynnik, stąd musiałem wzmocnić sygnał wejściowy we wzmacniaczu pomiarowym, który dodatkowo przesuwa sygnał z czujnika tak, by tylko zmiany od najniższej do najwyższej temperatury pokrywały pełny zakres przetwornika A/D, czyli 10 bitów przy napięciu 3.3V. Dokładność kalibracji dodatkowo sprawdziłem dla całego zakresu miernikiem z termoparą typu K. Odchył nie przekracza 1 stopnia w całym zakresie.
Utrzymywanie temperatur w dolnym zakresie również nie stanowi problemu a dodatkowo niskie temperatury osiąga się dużo szybciej niż te wysokie. Do 170 stopni układ rozgrzewa się przez około 16 minut, ale studzi się do temperatury otoczenia w 5 minut. Dla mnie nie jest to problem, gdyż przy lutowaniu lasera istotne jest utrzymanie wyższej temperatury przez jakiś czas, a następnie jej szybkie obniżenie i utrzymanie na niższym poziomie, po czym bardzo szybkie ostudzenie poniżej 80 stopni. Czas dojścia do najwyższej temperatury nie jest zatem krytyczny, a przy 80 Watach mocy i sporym bloczku aluminiowym do ogrzania, to i tak całkiem niezły czas.
Tuning parametrów regulatora PID to zupełnie osobny temat, nad którym spędziłem dwa dni zanim otrzymałem wymagane rezultaty.
Na koniec postu jeszcze kilka obrazków urządzenia.
I jeszcze widok niezmontowanej płytki. Gdy otworzę urządzenie, zrobię zdjęcie zmontowanej płytki i wnętrza urządzenia.
Trudno mi oszacować koszt wykonania całości urządzenia, gdyż większość elementów już posiadałem, ale na przykład procesor kosztował 7.2 pln, a blok aluminium około 6 pln. Nie licząc czasu, szacuję, że gdyby zakupić wszystkie elementy w sklepie, to koszt nie przekroczyłby 50 pln, co jest wartością znacznie poniżej pułapu $25 jedynie za regulator PID.
Uwagi szanownych Kolegów dotyczące ich doświadczeń z podobnymi konstrukcjami lub inne - byle na temat - są jak zawsze mile widziane.
Cool? Ranking DIY
.
