JBC kendin-yap havya sapı ve Termokupl ölçüm testleri INA214

[semih_s]

T12 havya istasyonunu kurduktan sonra JBC'ye ihtiyacım yok aslında. Ama daha baştan JBC istasyon yapmak için bir klon uç edinmiştim. Bir tanede kullanılmış eski bir orjinal uç var elimde. Bunları da faal hale getirmek istiyorum.

Bu projede hem kutuyu, hem havya sapını, hem de havya tutucuyu kendin-yap usulü yapmak istiyorum. Bunun için pcbden bir havya sapı yaptım, bu sadece iskelet ve kontaklardan oluşuyor. Şık ve zarif bir kılıfla giydirmeyi düşünüyorum. Bunu nasıl yapacağımı daha bilmiyorum. Ama yaptığım kendin-yap projeleri, üzerinde harcanan emeğı gösterecek güzellikte olmuyorlar. Artık buna bir dur demenin zamanı geldi . Bu proje şık bir kasa-kutuya, iyi, güzel ve kullanışlı bir arayüze sahip olacak. Eğer becerebilirsem bir de tüm kontrol devresinin sapa dahil olduğu DC girişli bir versiyon da yapmak istiyorum.

Yayılı klemens kontakları, NYA 1.5mm2 bakır kablo ve çift taraf epoxi pcb kullanarak yapıldı, bu prototip. Kontak direnci her uç takıp çıkarışımda 10-20 mili Ohm arasında değişiyor. Uç yerinde sıkıca duruyor, silkeleyince düşmüyor ve cımbızla bile kolayca çıkarılabiliyor.


Eski 20W bir havyanın sapına uydurdum bunu geliştirme sırasında kullanmak için.

 

[semih_s]

Test için basit bir devre çizdim, amaç low side switching ile havyaya seri TC'yi okuyabilmek. Bunun için 100V/V gainli INA214 akım monitör çipini kullanacağım. Devre aşağıdaki gibi.

Basit bir baskı yaptım. Entegre sc70 kılıfta ve çok küçük. Yollarda sıkıntı oldu biraz ama tamir edebildim.

SC70 kılıf DIY için çok ufak ama ilk denemde oldu. Soldaki yaylı kontakla mosfeti simule edeceğim. Osiloskoba bağlayıp TC okumasının ne sürede stabil olduğunu gözlemleyeceğim.

 

[semih_s]

Devreyi aşağıdaki gibi probladım. Devre şemasındaki isimler grafiklerdeki kanal isimleri.

Havya elle dokunulabilecek sıcaklıkta ılık şu anda. Devreyi lineer güç kaynağıyla besliyorum. Sonra SMPS ile de gözlemleyeceğim. LP filtreyi rastgele değerlerle seçtim pek anlamlı olmadı. Pembe sinyal mosfet drain gerilimini, turkuaz INA214 çıkışını, sarı ise LP çıkışını gösteriyor.

Aşağıda havya soğukken devreyi kapatıp açtığım grafik.

sinyalin okunabilir hale gelmesi 250 us kadar sürüyor. Bunun 50 us kadarı elle anahtarlama yaptığım için bounce hatasından. Yani Mosfetin kesime gitmesinden 200 us kadar sinyal okunabilir hale geliyor.

Sıcaklık kontrolü yapmam zor şu anda. Testin amacı da opamp çıkışının toparlanmasını gözlemlemek olduğundan lehim eritecek kadar ısıtarak deneyeceğim. Aşağıdaki grafik bu teste ait.

Sıcaklık yükselince toparlanma süresi biraz artıyor. ardışık testlerde görünen hep bu şekilde. 400 us kadar sonra sinyal dengede denebilir.

Bir test de kurşunsuz lehimi erittiğim sıcaklıkta yapayım.

Yine 400 us ADC örneklemesi almak için uygun bir süre gibi görünüyor.

INA214 bu konfigürasyonda devreyi çok basitleştiriyor ve şu halde kullanılabilir görünüyor.

 

[semih_s]

Daha büyük time base ile gözleyince iş biraz karıştı. aşağıda 2ms time base ile 28ms'lik süreyi gösteriyor.

Burada 14ms sonra ancak yatay bir hal alıyor sinyal. Arka arkaya yaptığım denemelerde hep bu şekilde görünüyor sinyal. 7ms civarında görünen ani düşüş her seferinde ortaya çıkıyor. Bu elle anahtarlamamdan dolayı değil. nasıl yorumlayacağımı bilemiyorum.

Okunan voltajın dengeye gelmiş gibi göründükten sonra yavşayarak düşüp sonra yatay hale gelmesi mantıklı. Havyayı kısa kısa ısıttığım için TC ile havyanın geri kalanı arasında yüksek bir sıcaklık farkı olduğundan, güç kesildiğinde sıcaklığın yayılması bu şekli açıklıyor. T12 istasyonda opamp çıkışını incelerken time base'i yüksek tutmak aklıma gelmemişti. şimdi kutuyu açıp problamak çok zor geliyor. Karşılaştırma yapmak iyi olurdu.

Havyayı PWM ile sürüp, TC'yi akımı kestikten sonra okurken, örneğin hangi anda alındığı önemli. Bu grafiğe bakınca düşük duty'lerde akımı kestikten hemen sonra örneklemekle, tekrar akım vermeden az önce örneklemek arasında ciddi fark olabilir. Yüksek duty'de de düşükte de tutarlı ve aynı sonucu alacak şekilde bir örnekleme zamanlaması gerek.

 

[semih_s]

Buraya kadar testlerde RED-BLUE kontaklarını kullandım. devreyi biraz kesip biçerek ve havyaya bir kablo daha çekip GREEN kontağı Opampın "-" girişine alacağım.

Yeni devre şeması aşağıdaki gibi oluyor:

Test sonucu yine aynı. 100 us time base.

2ms time base ile de aynı.

Bu şekilde bağlamanın, TC okuma bakımından bir farkı yok gibi görünüyor..

 

[semih_s]

TC okumasındaki bu dalgalanmanın düşük ve yüksek sıcaklıklardaki durumunu da gözlemlemek lazım. Kısa time base grafikteki denge durumuyla uzun time base grafikte görünen denge durumları arasında oransal veya sabit bir fark varsa, kodlamada uygun bir kalibrasyon metodu yazılabilir.

Bunun için dikey ölçeği artırıp düşük ve yüksek sıcaklık grafiklerini inceleyeceğim. imleçleri kullanarak daha iyi ölçebilmek için osiloskoptaki "eres" moduna alıyorum. aşağıdaki grafik havya soğukken kısa tek anahtarlama. Fark 91mv, görüldüğü gibi.

El değmeyecek kadar sıcak ve lehim eritmeyecek kadar soğuk grafik: 91 mv gibi yine.

Lehim eritecek sıcaklıkta: 86mV gibi

Yüksek sıcaklıkta: fark 84mV gibi.

Buna göre 91 ila 84mV arasında, sıcaklık arttıkça azalan bir fark oluyor. Lehimleme için anlamlı olan sıcaklıklarda, sabit olduğu varsayılabilecek bir offset. Buna göre kalibrasyon için ve PWM yaparken PID için, 100us time base'de görülen, opamp çıkışının ilk toparlandığı pencere örnekleme için kullanılabilir.

Aşağıdaki grafik üstteki grafiğin zoomlanmış hali:

Buna göre sıcaklık ölçümü için mosfet kesiminden 450us sonra başlayan 400us'lik bir örnekleme penceresi, ölçümlerin tutarlı olmasını sağlayacak gibi görünüyor. 400us içinde 10ksps örnekleme hızında 4 örnek alınabilir. Minimum dead time için 1ms buna göre uygun olur. Max duty %90 yapılırsa 100Hz PWM frekansı olur. Daha az örnek, daha küçük örnekleme penceresi kullanıp daha yüksek frekans veya daha yüksek max duty seçilebilir. Bunlar atmega için varsayımlar. ADC 15ksps'ye çıkarılabilir. dahili 1.1V voltaj referansı 1den daha iyi bir çözünürlük sağlayabilir.

 

[Mikro Step]

Yuksek akimin acilip kapatildigi bu uygulamada yuksek kazancli sens devresi acaba bu durumdan ne kadar etkileniyor?

Varsa ayri bir isitici ya da 12v halogen lambayi havya niyetine baglasan ama TC, havya tarafinda kalsa. Sistem calistirildiginda TC amplifikator cikisi nasil, bakma sansin olabilir mi?

 

[semih_s]

Akşam denerim.

 

[semih_s]

Yuksek akimin acilip kapatildigi bu uygulamada yuksek kazancli sens devresi acaba bu durumdan ne kadar etkileniyor?

Varsa ayri bir isitici ya da 12v halogen lambayi havya niyetine baglasan ama TC, havya tarafinda kalsa. Sistem calistirildiginda TC amplifikator cikisi nasil, bakma sansin olabilir mi?

iki farklı smps ile denedim. Birinin çıkışı çok kötü. Bunda yük altında değilken bile opamp çıkışı bozuk. Güç kaynağına harici yük bağlayınca gürültü artıyor ve opamp çıkışında da hem Vpp artıyor, hem de ortalama voltaj değişiyor. Daha temiz çıkışı olan başka SMPS ile denediğimde Bu sıkıntı olmuyor. Bu smps'in yük altında voltajı düşmesine rağmen opamp çıkışı bu durumdan etkilenmiyor. İki halde de yükün 0 V'ye dönüş yolu aynı, 5V beslemede gerilim düşümü yapmayacak şekilde bağlandı.

Bu cımbız için sanırım. Cımbız sistemde sorun olursa, uçları uçları senkron sürmek ve örneklemeyi dead time sonunda yapmak bunu telafi edebilir. Ama bu sefer de yüksek duty ile sürülen taraf için örnekleme noktası opamp çıkışının farklı bir toparlanma anında olacak ve hata olacak. Yazılımda cımbızın iki tarafının dead time başlangıçları senkronize edilebilir. Aslında bu çok da zahmetli olmaz PWM'yi tamamen tersine uygulamak yeter gibi.

 

[Mikro Step]

Bu havya projesesinin trickli kismi sicaklik okuma kismi zaten.

Benim calismada %50 on bolgesi %50 de off bolgesi var. %50 off bolgesinde tum akimlar kesilmis olacagi icin daha az problemle karsilasacagimi saniyorum. Siz %100 duty kullanmak icin periyorun tamamini kullaniyorsunuz. Ben ise periyodun yarisini kullandigimda i%100 duty kullanmis oluyorum.

Besleme gerilimini iki katina cikartirsan sen de pwm periyodunun yarisinda %100 duty kullanmis olursun.

(Yani aslinda %50 duty ama bu %100 isitici voltaji anlamina geliyor.)

 

[taydin]

Ben de vakit bulunca ısınma hızı ile ilgili testler yapacağım. Orijinal sistem 3 saniye altında bir sürede ısınıyor, idealde onu isterim tabi, ama olmazsa da 5 saniye altı ısınmaya razı olabilirim. Bunun için de 24 V besleme ile %100 duty gerekmez diye tahmin ediyorum. Hatta süreyi azaltmak için, gerçek sıcaklık ile hedef sıcaklık arasındaki fark fazla ise, daha az sıklıkla örnekleme yapan ve onun dışında %100 PWM ile çalışan alternatif bir PID de kullanılabilir. Yani iki PID var, birisi hızlı ısıtma, diğeri sıcaklık muhafaza etme.

 

[Mikro Step]

Sicaklik kontrol etmede en buyuk zorluk, sistemin isinma sureci elektrikle kontrol edilebilirken, sicakligin asim yapmasi durumunda sicakligi dusurebilmek icin elektriksel olarak yapilabilecek hic bir sey yok. Bir lambanin flaman isigini ayarlamada ya da motorun hizini ayarlarken voltaji dusurunce yada ters voltaj vererek sisteme hukmetmeye devam edebiliyoruz. Fakat sicaklik kontrolu boyle degil.

Sicakligi C2 kapasitesindeki voltaj olarak dusunursek Ayarli V geriliminin C2 uclarindaki gerilimin degerini yukseltebilmesi icin Once C1 in voltajinin yukselmesi gerekiyor.

Mesela Vc2=5v olsun istiyoruz.

Gerilimin hizlica 5v olmasi icin V yi ayarlayip artiriyoruz mesela 20v fakat cikistaki R2 den dolayi voltaj ancak bir sure sonra 5v'a ulasiyor. Fakat bu esnada C1 uclarindaki gerilim 10volta ulasmis oluyor.

Voltajin 5V oldugunu gorunce V gerilimini kisiyoruz. Fakat Bu kisma islemi C1 deki voltaji dusurmuyor ve o henuz 10V da. Dolayisi ile C2 C1 uzerindeki voltajla sarj olmaya devam ederek voltajini yukseltiyor. Bu esnada sarj kaybeden C1 gerilimi de dusuyor. Fakat bu esnada C2 voltaji 7...8 voltlara cikiyor. Voltaji da kestigimiz icin C2 voltaji ancak R3 uzerinden (termal kayiplarla) dusebilir.

Yani sicakligi artirirken elektrikten yararlanabilirken, sicaklik limit degeri gectiyse elektrikle kontrol elimizden aliniyor ve termal yasalara bagimli kaliyoruruz. Ocaktaki tenceredeki suyun sicakligi 70 dereceye ulastiginda ocagi tamamen sondursek bile sicaklik bir sure daha artacaktir.

Sicaklik kontrolunun zorlugu da burada. Bu cift katli integral problemine benziyor.

1. integral isitici fisegin sicakligini artirir. 2. integral ise ucun sicakligini. Aradaki kuplajlar semada R2 ile temsil ediliyor.

Dolayisi ile sicaklik kontrolu yapmak sorun degil ama cok hizli tepkisi olsun asimi az olsun dendimi isler karisiyor.

Modern uclarda bu 2 integral etkisi yukaridaki kadar sorun olusturmuyordur diye umuyorum.

 

[semih_s]

İyi bir temsil olmuş. JBC ucun kesitini gördüğümüz kadarıyla bu uçtaki TC, ısıtıcı sargının hemen dibinde ve çok iyi bir ısıl iletkenlikle eşlenmiş. lehimleyen uç da buradan uzakta değil ve yine çok iyi ısıl iletkenlik var. Yine de lehimi eriten uç ile arasında fark olması kaçınılmaz. Bu farkın dinamik olarak hesaplanabileceğini ama pratikte gözardı edilebilir olduğunu düşünüyorum. JBC ucu yukarıdaki örneğe benzetirsek C1 noktasını okuyup regüle eden bir sistem gibi olur.

Tabii sadece C1'i ölçüp C2 voltajını kontrol etmeye çalışılabilir. Ama o zaman maksimum güç ve yük durumunda güç ve yük aynı anda kesilse bile, denge durumunda hedefi aşım büyük olabilir bu aşımda en büyük etken R2 olur gibi geliyor bana. Yani TC ile lehimleyen yüzey arasındaki ısıl iletkenlik. Bu iletkenliği deneyle ölçmeye çalışabilirim.

Her PWM çevriminde sıcaklık kontrolü yapıldığını düşünürsek voltajdaki kontrol dışı sıçrama en fazla; max dutyde, bir PWM pulse sırasında verilen enerjinin artıracağı voltaj kadar olur. @taydin belirttiği gibi tam güçte 3 saniyede hazır hale kadar ısınıyorsa havya ucu, saniyede aşağı yukarı 100C gibi bir sıcaklık artışı sağlayacak güçte olduğunu söyleyebiliriz. PWM frekansı 100 Hz olsa, her pulse için yüksüz şartlarda 1C sıcaklık değişimi yapılabiliyor demektir. Gücü kesmek için 5 çevrim kadar gecikse bile sıcaklık aşımının çok ufak kalması sağlanabilir sanki. Bu sayılar gerçeği tabii ki yansıtmıyor ama dengelemeye uğraşılacak büyüklükleri biraz olsun somutlaştırmak için iyi.

 

[nt]

elinize sağlık, çok güzel olmuş.

 

[nt]

özellikle plastiksiz haline bayıldım tam benlik

 

[semih_s]

elinize sağlık, çok güzel olmuş.

yok yahu bu daha olmamış hali.

 

[Mikro Step]

Burda TC uzerinden akim akitmak olcum vs acisindan cok sorun olmaz fakat TC nin akim tasima kapasitesinden eminmiyiz?

 

[semih_s]

@AxxAxx 'ın kesitten yaptığı ölçümlere göre iç ve orta kontaklar ısıtıcıya bağlı ve TC oluşturuyor. Ayrıca iç ve dış kontaklar arasında da TC var. Bu bana garip ve gereksiz gelse de ucu taşlayıp kalbinden ölçüm almış adam. Yani ısıtıcı kontakları da TC ile tasarlanmış. Tüm gücü bu TC üzerinden akıtmak sorun olmamalı (İç ve orta kontaklar). Diğer TC ise iç ve dış kontaklar arasında. Bundan emin değilim.

 

[taydin]

TC üzerinden akım akıtma tartışması neden hala devam ediyor ben anlamıyorum gerçekten. Cihazın kendisi bunu yapmıyor, konsept olarak düşününce de bunun yapılması gerekmiyor, ama buna rağmen neden illa TC üzerinden akım akıtmayı düşünüyorsun?

 

[semih_s]

TC üzerinden akım akıtma tartışması neden hala devam ediyor ben anlamıyorum gerçekten. Cihazın kendisi bunu yapmıyor, konsept olarak düşününce de bunun yapılması gerekmiyor, ama buna rağmen neden illa TC üzerinden akım akıtmayı düşünüyorsun?

TC üzerinden akım geçirmeye bence de gerek yok. öyle de yapmıyorum zaten. T12 kontrolcüsünde kullanmak için gündeme gelmişti bu. Orjinal cihaz en iç ve orta kontaklara vermiyor mu gerilimi?