ElectroYou

Ciao a tutti!

Ricorro nuovamente al vostro aiuto per chiedere una mano riguardo ad un progetto che mi piacerebbe sviluppare.
Come da titolo la mia intenzione è quella di realizzare un elettroutensile alimentato a batteria che mi permetta di riscaldare istantaneamente un tubicino di acciaio inossidabile per portarlo ad una temperatura di 400-500°C.

I parametri di massima di tale progetto sono già stati individuati tramite prove pratiche e sono i seguenti:

1-Alimentazione: 1batteria 6V; 7Ah

2-Corrente necessaria per portare il tubicino alla temperature richiesta in meno di 1 sec: circa 30A

3-Circuiti da integrare nella logica di funzionamento: termostato e controllo di batteria scarica

Sarebbe per me molto interessante sviluppare il circuito in maniera didattica come è stato fatto per il progetto riguadante il fotosensore.

Se qualcuno fosse disponibile ad aiutarmi sarò più preciso in merito al resto del progetto documentando e spiegando precisamente quali dovrebbero essere i punti chiave di tale circuito.

Grazie in anticipo!

A presto

David

Credo che la maggior difficolta' stia ne trovare un sensore di temperatura a 500°C,
con un tempo di risposta del decimo di sec. Il resto non dovrebbe essere impossibile
(comando di un Mosfet da 30A, interrotto al raggiungimento della temperatura voluta)
Puoi cercarre tu il sensore?

Ciao g.schgor e grazie mille per la disponibilità.

In merito al sensore ho trovato una sonda ntc da 10 kohm che è in grado di rilevare temperature fino a 250°C. Questo componente si presterebbe molto bene al mio utilizzo poiché vorrei inserirlo direttamente all' interno del tubicino in modo da proteggerlo.
Qui puoi trovare il datasheet: http://docs-europe.electrocomponents.co ... 02a59e.pdf

L' idea sarebbe quella di sistemare il sensore in una posizione marginale (cioè vicino al supporto per il tubicino) in modo che la massima temperatura raggiunta dalla zona prossima alla sonda non superi la temperatura di 200°C. In questo modo otterei un rilevamento "indiretto" della temperatura, che mi consentirebbe l' utilizzo di tale ntc, in oltre tramite la regolazione di un trimmer potrei poi gestire la reale temperatura a cui arriva il riscaldatore.

Vista la tua esperienza volevo sottoporti un dubbio che non so se sarà possibile ovviare.
Ipotizziamo di alimentare sia la parte circuitale che quella di potenza con la medesima batteria ovvero 6V,7Ah al piombo(questo punto sarebbe da rispettare per non complicare poi la fase di ricarica dell' accumulatore).
Nel momento in cui vado a dare tensione al riscaldatore (considera che la resistenza del tale è di soli 0,2 ohm) ottengo in pratica un corto circuito e la tensione della batteria scende vertiginosamente portandosi all' incirca sui 2Volt. A questo punto ho due serie difficoltà, il comparatore che misura la temperatura probabilmente non riuscirebbe più a lavorare correttamente e il misuratore di batteria scarica interverrebbe staccando il carico.Cosa ne pensi, è fattibile oppure bisogna ricorrere ad una doppia alimentazione?

Ci tengo a farti conoscere i miei dubbi poiché sicuramente le mie valutazioni in merito al circuito di gestione nascondono delle lacune che non riesco a risolvere e la mia inesperienza non mi permette una valutazione concreta.

Detto questo cercherò di mandarti il prima possibile (spero domani) un dettagliato rapporto di quello che vorrei realizzare in modo da farti conoscere con esattezza tutti i punti fondamentali del progetto e metterti fin da subito in condizioni di guidarmi attraverso le scelte più opportune.

Ringrazio ancora per la disponibilità.

Ciao,

David

Dunque, i punti fondamentali da rispettare nella progettazione del circuito sono i seguenti:

1- il circuito deve essere completamente allo stato solido
2- il riscaldatore deve iniziare a scaldarsi alla pressione di un pulsante
3- il consumo quando l' elettroutensile non lavora deve essere nullo
4- l' alimentazione deve avvenire da una sola batteria che dovrebbe essere da 6V, 7Ah altrimenti 12V, 7Ah
5- deve integrare due controlli, termostato di controllo, batteria scarica
6- nel caso di rottura della sonda del termostato il riscaldatore deve essere inibito

Descrivo velocemente il ciclo di lavoro dell' elettroutensile:

Alla pressione del pulsante di start il riscaldatore deve arrivare il più velocemente possibile a 500°C circa, giunto a tale temperatura il termostato deve intervenire staccando il carico.

Il pulsante di start deve funzionare così: se lo mantengo premuto il termostato deve gestire il riscaldatore tenendolo all' interno di un range che va dai 400 ai 500°C, mentre appena viene rilasciato l' alimentazione al carico deve essere interrotta.

Questi sono gli aspetti fondamentali che mi piacerebbe rispettare, il resto è tutto da inventare!

Ciao,

David

Ho letto la tua soluzione e devo francamente affermare che non mi convince.
Non puoi dire: poiche' non trovo un sensore da 500°C, ne prendo uno che non
arriva neanche alla meta' e lo metto piu' in la' perche' non si scaldi troppo
Oltre a non misurare la temperatura della zona che interessa, si introduce
un ritardo nella misura (il calore si trasmette lentamente), che e' dello stesso
ordine di quello che ci vuole per portare il tubicino a 500°C.

Se in pratica non e' possibile misurare la temperatura, piuttosto che fare
una regolazione illusoria, e' meglio trovare un'altra strada.
Se i tubicini da scaldare sono tutti uguali (misure, materiale, ecc.), una
possibile alternativa e' il "metodo di cottura del pollo".
Quando metti un pollo a cuocere nel forno, non misuri la sua temperatura
per sapere se e' cotto, ma semplicemente predisponi la potenza (con la
manopola) ed il tempo (con un contaminuti) e, se non sbagli tutto, puoi
ottenere un ottimo risultato.

Nel caso dei tubicini, si potrebbe pensare di trovare (per via sperimentale)
l'energia necessaria a raggiungere lo scopo e poi , misurando tensione e
corrente della batteria, integrare nel tempo la potenza fino al raggiungimento
di questo valore (per la misura di corrente, occorre una sonda di Hall).

Un metodo ancore piu' semplice e' , partendo da una batteria sempre carica,
predisporre il tempo di "cortocircuito" necessario.
Per quest'ultima soluzione basterebbe un temporizzatore al decimo di secondo
con un NE555 che controlla un Mosfet da 30A.

Che ne pensi?

Grazie molte a g.schgor per la risposta,

devo dire che la soluzione che avevo proposto non convince molto neanche me, sonde di temperature che arrivano a 500°C se ne trovano (ad esempio quelle impiegate nei termometri) ma purtroppo la loro dimensione non ne permette l' utilizzo.
Visto che probabilmente l' impiego di una sonda di temperatura sarà di difficile applicazione faccio un passo indietro e cerco di fornire più dati che permettano una più ampia visione del progetto.
Invio un paio di fotografie del tubo per rendere l'idea delle dimensioni:



I dati tecnici sono i seguenti:

Lunghezza: 40mm
Diametro interno: 2mm
Diametro esterno: 2,5mm
Resistenza elettrica: 0,2 ohm
materiale: acciaio inossidabile

Il funzionamento dell' elettroutensile deve necessariamente fare in modo che il riscaldatore che verrà installato a bordo di una pinza raggiungiunga la temperatura impostata in un tempo inferiore a quello impiegato dall' operatore per chiudere la pinza, (era stato stimato 1 sec).
In oltre visto che il tubicino si scalda velocemente il circuito deve essere in grado di determinare con esattezza la sua temperatura in modo da evitare un' eccessivo riscaldamento che provocherebbe inevitabilmente la sua fusione.
Dalle prove risulta che per velocizzare il processo di riscaldamento bisognerebbe far scorrere nel tubo più corrente possibile ed interromperla immediatamente giunti alla temperatura voluta.

Detto ciò traggo le mie riflessioni:

1- una regolazione che preveda una gestione PWM tarata sulla temperatura massima raggiunta dal tubicino non è idonea perché impiega troppo tempo per il riscaldamento.

2- affidare il tempo di gestione della corrente ad un timer non mi sembra giusto poiché l'operatore che maneggia la pinza è libero di compiere quanti cicli desidera, questo porterebbe facilmente ad un surriscaldamento del tubo facilitando la sua rottura.

3- quando la pinza chiudendosi trova il materiale da fondere la temperatura del riscaldatore scende velocemente, il controllo dovrebbe perciò essere dinamico e continuare a fornire corrente al riscaldatore per mantenerlo nel range impostato fino a fine ciclo determinato soltanto dalla riapertura della pinza.

g.schgor dice:

Nel caso dei tubicini, si potrebbe pensare di trovare (per via sperimentale)
l'energia necessaria a raggiungere lo scopo e poi , misurando tensione e
corrente della batteria, integrare nel tempo la potenza fino al raggiungimento
di questo valore (per la misura di corrente, occorre una sonda di Hall).

Non mi è ben chiaro il discorso però mi sembra che questo potrebbe essere un controllo dinamico, l' unico mio dubbio è sull' integrazione del tempo che vorrei, se possibile, scartare dai parametri che determinano il raggiungimento della temperatura.

Provo a fare un' altra ipotesi che però difficilmente sarà applicabile:
se non erro un qualsiasi materiale conduttore scaldandosi aumenta la sua resistenza, di conseguenza la corrente che scorre nel conduttore diventa funzione della sua temperatura. Non sarebbe possibile misurare la corrente che scorre nel tubo ed in base a quella determinare la sua temperatura? Io penso di si, il problema nasce dal fatto che la batteria man mano che lavora si scarica, la tensione cala e di conseguenza anche la corrente si abbassa, il controllo dovrebbe tener conto anche di questo aspetto.

Scusate il "papiro" e grazie per l' attenzione.

David

L'ultima ipotesi non mi sembra fattibile perche' anche la batteria, scaricandosi,
cambia l'erogazione di corrente (quindi non sarebbe solo funzione della resistenza
del tubicino).

Non capisco invece l'obiezione 2. Io supponevo che ci fosse uno start all'inizio del
riscaldamento e che questo venisse poi interrotto dal tempo impostato (in sostituzione
del raggiungimento temperatura con termostato), quindi che il ciclo avesse un principio
ed una fine ben precisi.

Il controllo dell'energia necessaria al riscaldamento (supposto di determinarla
sperimentalmente) e' un'alternativa piu' complessa e presuppone la misura della
tensione e della corrente applicate al tubucino (quindi la potenza, attraverso un
moltiplicatore), e che questa venga poi integrata (amplificatore operazionale)
fino al raggiungimento del valore di energia stabilito.
Questa non e' una "regolazione", ma funzione in moltissime applicazioni.

Dimmi come intendi proseguire.

davidde ha scritto:devo dire che la soluzione che avevo proposto non convince molto neanche me, sonde di temperature che arrivano a 500°C se ne trovano (ad esempio quelle impiegate nei termometri) ma purtroppo la loro dimensione non ne permette l' utilizzo.

Un fototransistor per infrarossi ?

Direi di scartare a priori le alternative troppo complicate anche perché vorrei mantenere la circuiteria il più semplice possibile.

Riguardo al punto 2 il funzionamento dell' elettroutensile deve essere questo:

la pinza è dotata di un microswitch che commuta quando viene chiusa. La commutazione del microswitch deve essere l' evento che determina l' inizio (quando viene premuto) e la fine (quando viene rilasciato) del ciclo.
L'operatore deve avere la possibilità di decidere liberamente quanto il riscaldatore deve rimanere a temperatura.
Bisogna considerare anche che il riscaldatore durante la fase di saldatura (questa l' operazione che dovrà svolgere) cede parecchio del suo calore, il controllo deve tener conto di questo aspetto fornendo potenza quando richiesta.
Trattandosi il corto circuito della massima potenza fornibile al carico, l' unico modo per tenere il tubicino in temperatura risulta quello di aumentare il tempo.
Per quanto detto credo che le altenative che legano il tempo alla temperatura siano da scartare. A riguardo sono pronto a clamorose smentite anzi, mi farebbe piacere sapere che nell' elettroutensile non sia obbligata l' integrazione di sonde.

Aggiorno il mio punto di vista;
sarebbe interessante progettare un controllo PWM che moduli il duty cycle in funzione della temperatura del riscaldatore.
Potremmo impostare il tutto facendo sì che a temperatura ambiente il tubicino sia sottoposto al massimo della corrente. Il duty cycle variabile ridurrà il tempo di corto circuito man mano che la temperatura sale fino ad arrivare a 500°C. Giunti a questo punto la batteria dovrà fornire soltanto l' energia necessaria al mantenimento di tale temperatura.

ginfizz dice:
Un fototransistor per infrarossi ?

Questa dal mio punto di vista è veramente un' ottima idea, alleggerirebbe di molto anche la parte meccanica e potrei sistemarlo piuttosto lontano dalla "zona calda".
Bisogna sentire cosa ne pensa g.schgor, non so se elettronicamente il circuito si complichi.

Ciao e grazie.

David

Il mio parere? che si puo' dire di tutto, ma tra il dire e il fare......
Mi sembra inutile vagheggiare un controllo del duty-cycle finche' non si dispone di
un sensore che misuri i 500°C , con tempi di risposta almeno al decimo di secondo.

L'idea del fototransistor all'infrarosso e' certamente buona, ma e' tutto da provare.
A che lunghezza d'onda deve essere sensibile? Ha un range abbastanza ampio per
permettere una misura (anche se certamente non-lineare)? A che distanza deve
essere posto per rilevare le radiazioni senza "bruciarsi"?
A queste (e forse ad altre) domande bisogna rispondere prima di decretarne la
fattibilita'. Scusate se sono franco, ma penso che per una ricerca del genere
occorra un minimo di attrezzatura da laboratorio.