HASS3 - компактная паяльная станция (фен+паяльник)

[_vintik]

Леонид Иванович, читал, есть в теме несколько постов относительно компенсации потерь теплопередачи, но без продолжения. Все 80 страниц не осилил, и поиск не помог. Видимо еще не разобрался, как нужно искать именно в теме, а не по всему форуму.

Столкнулся с этими проблемами недавно, в приобретенной станции Lukey 868. До этого пользовал советский 25Вт паяльник.

В общем, буду чего то придумывать, хороших, с вечным покрытием - жал, еще не встречал)))
До сего момента, и паяльную станцию считал верхом совершенства, а сейчас вижу…Просто диммер, с наворотами.

Извините, "вскипело")))


П.С.
Пока вижу выход в увеличении теплопередчи, от нагревателя к насадке, и от насадки к термистору. Речь о нагревателе HAKKO A1321.
Место, где спираль в керамике зачернить (графит к примеру).
Место термистора покрыть медью(гальваника). Медь должна окислиться(почернеть), и также хорошо принимать тепло.
Насадку(трубку), с наружи покрыть никелем для уменьшения излучения в округу. В торец вкручивать обычный медный(сменный) пруток(само жало).
На данный момент все.

[Леонид Иванович]

В теме не затрагивается вопрос переделки паяльника, а рассматривается компенсация его теплового сопротивления программными методами. Зная текущую мощность нагревателя, знаем поток тепла. На тепловом сопротивлении "нагреватель-кончик жала" этот поток создает разность температур. При калибровке находим тепловое сопротивление и заносим его в память. При работе точка поддержания температуры увеличивается пропорционально мощности и тепловому сопротивлению, что должно привести к постоянной температуре кончика жала. Но я пока забросил эту тему на этапе постройки внешнего USB-термометра, чтобы на семействе графиков в программе PidLook видеть температуру кончика жала.

[_vintik]

Зная текущую мощность нагревателя, знаем поток тепла.

Мощность зависит от температуры термистора, который в свою очередь завязан на ее же регулировке( тут бы узнать в каких пропорциях влияния нагревателя и внешнего воздействия).
При внешнем воздействии на кончик жала, термистор получит какую то часть от общего воздействия,(зависящую от теплового сопротивления жало-термистор, а тепловое сопр. нагреватель-термистор будет ему противоборствовать).
Любой "чих" силовой части схемы будет восприниматься логикой программы как внешнее воздействие(пропорционально долям участия тепловых сопротивлений).

Как то, нет точки опоры(

[taran_ob]

Любой "чих" силовой части схемы будет восприниматься логикой программы как внешнее воздействие(пропорционально долям участия тепловых сопротивлений).

можно же АЦП делать вовремя закрытого силового ключа..., как в моей купленной станции

Если программно улучшать..., то нужно сильно повысить точность измерения, чтоб получить достаточно данных о динамике изменения температуры, а тепловое сопротивление (или разница температуры термистора и кончика) уже дело второе, имхо.
Думал о том, чтоб сделать усилитель термистора с динамическим изменением коэффициента усиления, тем самым повысить точность измерения по диапазонам, но как то все сложно для паяльника.

Еще улучшайзер: когда то давно была у меня совковая станция 36В "ТЕРМИТ" со встроенным термистором и термопарой на морде. Если, что то подобное соорудить - можно не парится с профилями для жал - сменил жало, подождал нагрев, поднес кончик к морде, станция внесла поправку.

[_vintik]

Получается, при включении паяльник должен откалиброваться(мощность при осутствии работы). Потом работа по таблице, в зависимости от разности мощностей калибровки и текущей.
И опять же, все это как холодец. Нам же неизвесно, толи мы нагрели больше, толи пайка прекратилась.

[taran_ob]

По сути, нужно максимально быстро отреагировать на малейшее изменение Т. Для этого реагировать не пропорционально изменению Tтермистора0-Tтермистора1 (потому, что в динамике Tжала-Ттермистора уже не константа), а пропорционально скорости изменения, то есть диф составляющая ПИД должна сделать свое дело. Может еще как то коэффициент D менять для выхода на рабочий режим и режим пайки в котором допустить возможность перерегулирования.

Чтоб увеличить скорость стабилизации параметра нужно: увеличить точность обратной связи, увеличить максимальную мощность, уменьшить период регулирования, все!
Что мы можем, касательно обсуждаемого паяльника, не внося изменения в конструктив:
1 Увеличить мощность не можем, но может и хватит.
2 Период регулирования. С ШИМ без проблем, с фазоимпульсом ограничение 10мс.
3 Точность измерения:
А приблизить датчик к кончику - не можем.
Б увеличить разрядность АЦП - реальную точность не увеличит, но увеличит точность расчета динамики.
В увеличить коэффициент усиления, тоже что и Б.

[_vintik]

Может с начала алгоритм, хотябы попробовать составить.

1. Включаем станцию с уставкой 280*С , после стабилизации температуры нагревателя, ждем время отклика жала 10сек. Запоминаем мощность нагрева(отсутствие пайки).
2. Пайка.
3. Регулятор заметил отклонение температуры термистора,- отработал эту ошибку. На все это уходит около ХХсек. + время отклика вашей насадки(жала) 10сек. Все это время ждем, температура должна установиться.
4. Запоминаем мощность, и оставляем работать нагреватель с этой мощностью, без регулирования.
5. По таблице поправок мощности, определяем новую мощность .
6. Включаем регулятор с новой мощностью, ждем стабилизации нагревателя + время отклика 10сек, ничего не регулируя.
7. Далее цикл с пункта 3.

Как то кривовато, смотрите, мож чего поправите.

Время отклика очень большое.
Как ускорить время отклика жала, без физического вмешательства в конструкцию паяльника, и предположить не могу.

[taran_ob]

Время отклика очень большое.

Все таки склоняюсь к тому, что не время отклика большое, а отклик очень слабый. С таким подходом, наверно, можно обойтись без вмешательства в конструктив паяльника. Но как тут обойтись без высокоточного термометра

В любом случае, станция Леонида Ивановича имеет очень навороченный инструментарий и в ветке обдумано куча алгоритмов, при этом, с его слов, проблема не решена. Так, что как минимум нужны схемотехнические изменения, а это уже другая станция...

[Леонид Иванович]

можно же АЦП делать вовремя закрытого силового ключа..., как в моей купленной станции

Так делают в паяльниках, где термопара включена последовательно с нагревателем и использует те же провода. В паяльнике с раздельным подключением так делать не обязательно. Термопара - очень низкоимпедансный источник сигнала, помех со стороны силовой части не замечено. График температуры гладкий, ни шумов, ни выбросов.

Если программно улучшать..., то нужно сильно повысить точность измерения, чтоб получить достаточно данных о динамике изменения температуры ... а тепловое сопротивление (или разница температуры термистора и кончика) уже дело второе, имхо.

Динамика - это еще сложнее. На первом этапе хотя бы в статике получить точность поддержания температуры на кончике жала не хуже 10 градусов. Для этого нужно скомпенсировать именно тепловое сопротивление.

Думал о том, чтоб сделать усилитель термистора с динамическим изменением коэффициента усиления, тем самым повысить точность измерения по диапазонам, но как то все сложно для паяльника.

А зачем? Без всех этих усложнений получается дискретность измерения температуры 0.1 градуса. Это на два порядка лучше, чем желаемая точность поддержания. Но если вдруг хочется более точного измерения, то есть стандартное решение - внешний 24-разрядный сигма-дельта АЦП, у них обычно есть встроенный PGA с дифференциальным входом, поэтому они непосредственно интерфейсятся к термопарам или RTD.

с термопарой на морде. Если, что то подобное соорудить - можно не парится с профилями для жал - сменил жало, подождал нагрев, поднес кончик к морде, станция внесла поправку.

Это не решит проблему. Температура жала в состоянии покоя одна, а при оттоке тепла в точку пайки - другая. И эта разница тоже будет зависеть от типа жала. Можно как вариант сделать термопару особой конструкции с оттоком тепла как у среднестатистической точки пайки. Но, во-первых, пайка пайке рознь, во-вторых, жало в режиме покоя будет перегреваться.

Нам же неизвесно, толи мы нагрели больше, толи пайка прекратилась.

Не имеет значения, по какой причине увеличилась мощность. Вырос поток тепла, значит нужно увеличивать и компенсацию. Можно привести простой электрический аналог. Допустим, у нас есть источник питания, к которому подключена нагрузка с помощью проводов, имеющих некоторое сопротивление. Задача - поддерживать постоянное напряжение непосредственно на нагрузке. Для этого нужно корректировать выходное напряжение источника пропорционально току нагрузки и сопротивлению проводов. По какой причине изменился ток нагрузки - изменилось ее сопротивление или мы поменяли напряжение - не важно. Фактически нам нужен источник с отрицательным выходным сопротивлением, равным сопротивлению проводов.

По сути, нужно максимально быстро отреагировать на малейшее изменение Т.

Так и реагируем. При работе паяльника ПИД поддерживает температуру датчика постоянной с точностью 0.1 градуса. В это же время на кончике жала могут быть колебания на 50 градусов.

D менять для выхода на рабочий режим и режим пайки в котором допустить возможность перерегулирования.

Д-составляющая не может повлиять на среднюю мощность. Короткое перерегулирование ситуацию не спасет. Допустим, мы приложили жало паяльника к полигону, тут нужно статически повысить мощность. А ПИД мощность не повысит сверх той, которая достаточна для получения заданной температуры на датчике.

Чтоб увеличить скорость стабилизации параметра нужно:

Скорость - это уже другой вопрос. Тут даже в статике картина плачевная.

1 Увеличить мощность не можем, но может и хватит.

При реальной работе паяльником мощность его нагревателя обычно не повышается выше 25%. Так что запас есть.

2 Период регулирования. С ШИМ без проблем, с фазоимпульсом ограничение 10мс.

Не видно такой необходимости. Паяльник довольно инерционен. При пайке с разомкнутой петлей ПИД длительность типичного провала температуры на датчике - порядка 3 сек. На кончике жала, конечно, быстрее, но мы этого увидеть не можем, там нет сенсора. В своей станции я сделал период дискретизации регулятора 100 мс, при ее повышении никаких отличий в качестве стабилизации не заметил.

3 Точность измерения:

Не видно причин повышать точность. Зачем нам сотые доли градуса?

2. Пайка.
3. Регулятор заметил отклонение температуры термистора,- отработал эту ошибку. На все это уходит около ХХсек. + время отклика вашей насадки(жала) 10сек. Все это время ждем, температура должна установиться.

Да, температура установится. Но на датчике, а не на кончике жала. А на кончике будет заметно ниже.

с его слов, проблема не решена. Так, что как минимум нужны схемотехнические изменения

Проблема не решена. Но дело не в схемотехнике. Нет нормального алгоритма. Что касается схемотехники, не мешало бы добавить измерение сетевого напряжения - и, пожалуй, всё.

[taran_ob]

Скорость - это уже другой вопрос. Тут даже в статике картина плачевная.
...
Д-составляющая не может повлиять на среднюю мощность. Короткое перерегулирование ситуацию не спасет. Допустим, мы приложили жало паяльника к полигону, тут нужно статически повысить мощность. А ПИД мощность не повысит сверх той, которая достаточна для получения заданной температуры на датчике.

Я не говорил о стабилизации Т в динамике!
Так как у нас нет датчика в месте пайки, и нам не известно какого размера полигон-теплоотвод, единственное, что остается, гипотетически, это измерять скорость изменения Ттермистора и по скорости делать выводы о размере полигона-теплоотвода. Как дальше реагировать и достаточна ли точность в 0.1град? пока не могу сформулировать. Предполагаю допустить перерегулирование в рабочем режиме, или ввести диф коэффициент как функцию... , или еще одно звено регулятора.
Да, и термопару на морде предложил только для измерения дельта Т в статике которая = конст , как следствие - отказ от профилей жал.

А чем вы мерите Т с точностью 0,1?

пс не испытываю особых неудобств в пользовании этим паяльником, если деталь массивная - накручиваю ручку..., удобней чем кнопки туда-сюда тыкать, хотя, было бы круто вообще ничего не крутить/нажимать.

[Леонид Иванович]

единственное, что остается, гипотетически, это измерять скорость изменения Ттермистора

Так Ттермистора стоит, как вкопанная, даже при касании полигона. Она же поддерживается петлей ПИД.

А чем вы мерите Т с точностью 0,1?

Не с точностью, а с дискретностью. Встроенным АЦП ATmega168 с оверсемплингом.

если деталь массивная - накручиваю ручку...

Аналогично. Пользы от датчика температуры почти никакой. Работаю словно с простым регулятором мощности.

[taran_ob]

Так Ттермистора стоит, как вкопанная, даже при касании полигона. Она же поддерживается петлей ПИД.

Блин, я думал, что хоть пару градусов проседает...
Хорошо, а динамика остывания на полигоне, то есть в момент разомкнутого ключа? Реально измерить?

[Леонид Иванович]

Если бы проседала на пару градусов, это бы означало, что плохо работает ПИД. Но он настроен так, чтобы поддерживать температуру такой, как мы задали. И он это делает очень точно, до десятых градуса.

В процессе регулирования остывания нет, так как датчик температуры плохо связан с жалом. Разве что выключать нагреватель на длительное время, но это еще сильнее увеличит пульсации температуры жала. Лучше судить по мощности, как я и предлагал:

[_vintik]

2. Пайка.
3. Регулятор заметил отклонение температуры термистора,- отработал эту ошибку. На все это уходит около ХХсек. + время отклика вашей насадки(жала) 10сек. Все это время ждем, температура должна установиться.

Да, температура установится. Но на датчике, а не на кончике жала. А на кончике будет заметно ниже.

Конечно, довести ее до нормы на кончике, мы должны поправкой по мощности. И это делается в четвертом пункте, без ПИД регулирования.
Вход в цикл.
Нагреватель греем мощностью из таблицы, и ждем время стабилизации температуры на кончике жала. Ускорить процесс нагрева, можно подав 100% мощности на некоторое время, а затем снизив ее до табличной. Время стабилизации, тоже можно свести в таблицу, так как оно будет зависить от разницы приложенных мощностей.
Время стабилизации вышло.
Измеряем температуру,- это новая уставка. Держим эту температуру регулятором ПИД, не забывая фикировать отклонения по мощности.
Мощность изменилась, обращаемся к таблице, и процесс повторяется.

Что скажете?

[Леонид Иванович]

Что скажете?

Алгоритм не соответствует физической модели паяльника. Вместо поправки мощности надо вводить поправку температуры уставки (пропорционально текущей мощности). Так как мы должны компенсировать именно разность температур из-за теплового сопротивления жала. Никакой таблицы не нужно, ничего ждать тоже не нужно. Достаточно при калибровке найти одно значение - тепловое сопротивление.

[_vintik]

Алгоритм не соответствует физической модели паяльника.

Хорошо, будь по вашему, рассматриваем статический режим.
Калибровка.
Допустим, на время бездействия, мощность нагревателя Рн = 15Вт
Нагреватель Т2 = 280*С, кончик Т1 = 255*С.
Находим тепловое сопротивление:
Rt = (Т2 –Т1) : Рн = 25 : 15 = 1,7 К/Вт
Касаемся площадки.
В установившемся режиме, температура кончика упала до 100*С.
Мощность нагревателя (контроль температуры Т2 = 280*С), выросла до:
Рн = (280 - 100) : 1,7 К/Вт = 106 Вт
По мощности нагревателя определяем новую уставку для компенсации:
Т2 = 180 + 106 х 1,7 К/Вт = 360*С
Мощность с новой уставкой:
Рн = (Т2 – Т1) : Rt = 260 : 1,7 = 153 Вт

Напоминает работу И составляющей, ПИД регулятора.
А как это будет выглядеть в динамике?

[Леонид Иванович]

Про динамику даже думать боюсь.

[_vintik]

Да простит меня ТС, но всетаки поделюсь своими изысканиями.

Натер графитом керамический нагреватель HAKKO A1321 .
Субъективно время стабилизации температуры на кончике жала(280*С), снизилось с 1.40мин до 1.20мин., использовал медное жало без покрытия.
Родное жало хоть и имеет меньшее время 60 сек, но при пайке ощущения, что мощность его в два раза меньше, хотя у меди кончик 1мм, а у родного 1,5мм.
Еще, вечное жало пирометр не видит, показывает температуру 60*С, очевидно сказывается зеркальное покрытие.

Для тайваньского нагревателя 24В 50Вт, обрезал 4мм трубки. Она укоротилась с 63мм, до 59мм. Термопара выступила на 3мм, теперь появилась возможность упереть ее в дно наконечника. Заземление наконечник теперь получит через термопару, землю с пружины придется снять. Также появляется возможность заменить дубовый шнур питания, в котором на один провод будет меньше.

не испытываю особых неудобств в пользовании этим паяльником, если деталь массивная - накручиваю ручку..., удобней чем кнопки туда-сюда тыкать, хотя, было бы круто вообще ничего не крутить/нажимать.

Термопара, как ей и положено, будет измерять температуру жала, и крутить ничего не придется.
Теперь даже жалею, что у меня в станции паяльник с термистором, а не термопарой.

[SAGITTARIUS]

Схема
Контроллер ATMega8. ИОН на TL431.
Схему скиньте более качественную пожалуйста. А то пытался разглядеть невидно номиналов и т.д. Если не трудно киньте в личку. И прошивку контролера если вас не затруднит. Спасибо. ))

[taran_ob]

И прошивку контролера если вас не затруднит. Спасибо. ))

Відповів в приват