#017 - Soldador com controle de temperatura

O objetivo desta postagem é apresentar um soldador com controle de temperatura no cabo.

 Escrito e desenvolvido por Léo Corradini

O circuito controlador de temperatura é relativamente simples, usa um TRIAC como controle de potência acionado por um amplificador operacional duplo LM358.

O sensor de temperatura é um termopar tipo K (1), o ajuste vai de 200 até 450°C.

Análise do circuito:

Trata-se de um controle de temperatura usando dois amplificadores operacionais na função de comparadores de tensão.

O primeiro estágio comparador (U1) recebe a tensão gerada pelo termopar na entrada não inversora (pino 3) e compara com a tensão no cursor do potenciômetro VR1 (pino 2), um resistor de valor relativamente alto (R5) faz uma realimentação positiva que vai criar a histerese no funcionamento desse operacional.

Quando a tensão do termopar for maior que a do cursor de VR1 a saída de U1 (pino 1) vai para um valor de tensão próximo a da alimentação do operacional (pino 8) que no caso é 16 volts.
Essa tensão é aplicada na entrada inversora do segundo comparador (pino 6 de U2) que será comparada com um sinal alternado de 0,15 volts.

Nessas condições, a saída de U2 (pino 7) deixará de produzir um sinal com a mesma frequência da rede, então LED1 apaga-se e o TRIAC desliga o elemento de aquecimento do soldador (L), a temperatura e consequentemente a tensão gerada pelo termopar começa a diminuir.

Assim que a tensão no pino 2 de U1 vencer a histerese imposta pelo resistor R5 ocorrerá a inversão das condições tanto de U1 como de U2, os pulsos votarão na saída de U2 (pino 7), o LED acenderá o TRIAC vai ligar e o soldador voltará a aquecer.

O ensaio:

Para medir a temperatura na ponta do soldador usei também um termopar tipo K, que é disponibilizado junto com a maioria dos multímetros com escala de temperatura.

Retirei o espaguete termo retrátil e parte da isolação original da ponta do termopar para permitir medidas de temperatura acima de 100°C.

Usei um prendedor de roupas para segurar o termopar sobre a ponta do soldador, a madeira resiste bem por alguns minutos temperaturas em torno de 250°C.

 

Ajustei o setpoint do controlador para 300°C.
É normal a temperatura da ponta ficar menor que a do setpoint porque o termopar de controle fica aproximadamente no meio do elemento de aquecimento.

O resultado é que a histerese está muito grande, a diferença da temperatura no valor de desligamento e religamento ficou em torno de 50°C !

Assim, decidi modificar o circuito desligando o resistor de histerese R5, farei novo teste oportunamente.

Mais um detalhe desse circuito, ele não tem a compensação da junta de referência do termopar.

Isso significa que o valor da tensão gerada pelo termopar será subtraída do equivalente à temperatura ambiente.

Por exemplo, se a temperatura do soldador estiver em 250°C e o ponto onde está soldado o termopar na placa estiver a 25°C temos:

10,151 mV - 1 mV = 9,151 mV (2) essa é a tensão que o circuito vai perceber.

É óbvio que ela varia com a temperatura da placa de circuito impresso no ponto da solda.
Assim, quanto maior a temperatura da PCI menor será a tensão gerada e maior será o erro no valor da temperatura controlada.

(1) Termopar é constituído por dois fios de metais ou ligas diferentes, soldados entre si em uma de suas extremidades.

Essa junção é sensível ao calor, a grande vantagem do termopar é poder trabalhar em altas temperaturas.

Quando aquecemos essa junção ocorre a formação de uma tensão elétrica, na ordem de milivolts, entre os dois fios que é função da temperatura e dos materiais usados, Thomas Seebeck descobriu esse fenômeno em 1821.

Eles podem trabalhar em várias faixas de temperaturas e podem ser finos, o que reduz a inércia térmica e facilita a montagem.
Existem vários tipos de termopares, o tipo K é constituído por um fio com a liga metálica Cromel (+) e outro fio com a liga Alumel (-).

O termopar tipo K funciona entre -270 e 1200°C e gera tensões na faixa de -6,458 a 48,838 mV (~ 41µV/°C).

Liga Cromel -> 90% Ni e 10% Cr

Liga Alumel -> 95,4% Ni, 1,8% Mn, 1,6% Si e 1,2% Al (magnética).

Podemos esperar de boas ligas de termopar um erro de +/- 1°C.

Mas, acredito que os termopares que vêm com esses multímetros chineses são na verdade cabos de extensão onde o erro pode ser na melhor das hipóteses de +/- 2°C, isso na faixa de 0 a 200°C, acima desse valor os erros são ainda maiores.

Cabos de extensão são feitos com ligas não tão precisas, mais baratas, usadas nas malhas de controle para levar o sinal do termopar até a instrumentação.

Assim, a compensação da junta de referência pode ser feita no aparelho que recebe o sinal do termopar.

(2) Alguns valores de tensão gerados por um termopar tipo K:

025°C -> 1,000 mV
200°C -> 8,137 mV
250°C -> 10,151 mV
300°C -> 12,207 mV
350°C -> 14,292 mV
400°C -> 16,393 mV
450°C -> 18,513 mV

Veja também:

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Chumbo na fumaça
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Termopar Tipo K
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