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[工仪]我也DIY一个PID温控的加热器,更新BOM表和成本 [复制链接]

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离线yangly6443
 

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— 本帖被 發騷友 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2018-03-29) —
因为
前阵子发来几个预告贴,今天终于可以揭晓了,其实我也憋得难受的,呵呵。
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2366124
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2371962
http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2377960
看了几篇自制电加热器的帖子,尤其是使用PID温控的加热器,不禁心痒,也想自己DIY一个玩玩。
说干就干,按部就班的步骤:设计,选型,采购,制作,总装调试。
新增BOM表和成本统计,在本帖子最后。
产品最终尺寸在1楼最后。

产品总体要求:
工作温度:室温~300度左右;可调的精确温控;功率适中;经久耐用;结构紧凑,长得好看。还是那句话,不好看的产品不是好产品!
结构:计划上中下一体结构,上部加热,中部隔热,下部控制。(分体型制作极其简单,也可以省去隔热层,但不够紧凑,占地太大,我这里寸土寸金的,呵呵。)
中部会有隔热层,我是考虑到,如果高温工作情况下,辐射热可以使控制盒升温,不利于电气元件。


1. 说说发热体的选择:
网友多数使用PTC加热大法,恒温200多度的那种,简单粗暴型是不加保护,不加温控,一片很薄的铝合金型材内嵌PTC,通电就上;细腻温柔型是上了PID温控器。我初步考虑也是上PID温控,我其实开始就是被PID温控器所吸引,就想看看它到底怎么个准确法的。
我考虑发热源不采用PTC,而是传统的电热丝。温控更容易,调温范围更广泛,还可以实现可变功率控制。铸铝加热板工作温度为常温~350度。工作电压220伏。一般生产加热板功率是随尺寸变化而变化的,多数1~3W/cm。我选了100X100X20mm的,300W,应该够用了,小巧些。20毫米厚的铸铝加热板传热均匀迅速,热容量也足够,温度波动不会很大,这个是一般薄型的PTC加热板无法比拟的。

加热板接线柱考虑采用陶瓷绝缘保护;
看看加热板吧,我让卖家预留了M5的螺纹孔。







接线柱高22毫米,M5.



陶瓷绝缘体12毫米



所以选择了陶瓷M5凸式安全帽+20毫米瓷护。瓷护内径14,外径20. 这个的优点在于,安全帽自带M5螺纹,可以固定瓷护。防止意外触电。
我可以肯定,这个玩意一般人没玩过吧?









试装下的样子。还是上釉的哦。





2. 控制系统:
一定是PID控制的温控器啦,网上找来REX-C100型,K型热电偶输入,继电器输出。(类似温控器有坛友拆过了,可以参考坛友qrut先生的拆机贴http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2343931&ds=1#tpc 写得非常详细了,我看了他制作加热器的帖子后http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2351433,更坚定了我做这个加热器的意愿。) 本想考虑再用个继电器来带动负载的,后来想下,算了,没必要,才300W,1.5A的东西,没事。我继电器都准备好了的,呵呵。

接下来出场核心的控制器了。REX-C100型,K型热电偶输入,继电器输出。简单看看参数和尺寸吧。














这个黑色框框是安装用的,免螺丝。推紧即可,等下装配时可以看到。



K型热电偶



补充下:小心螺纹规格问题。我买的时候没注意,就看标题:“k型M6/M8螺钉式热电偶”,我就选了M6的下单了,结果收到试装时发现螺纹不对。是英制#12!大家可以看看,公制M6和英制#12(5.486mm)能一样吗?卖家太不专业了,唉。只得重新再找个卖家再下单,买M6的热电偶。只有公制才叫M6!Metric thread!
关于热电偶,见帖子:http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2384243





好了,其实我考虑的系统很简单,220v输入,经熔丝插座(少一个专用熔丝座孔),进带灯开关(这样就又省一个专门的指示灯,少开一个孔),再到温控器,控制加热器。




带灯开关。



电缆锁头,PG7. 我算了下,就4根线要过孔,PG7正好可以。越小巧越好。(因没有4芯高温护套线,所以才能这么小。从规范来讲,略微有点大兴了,呵呵,但是我实在搞不到30厘米的高温电缆。人家不卖啊。我本来买了高温套管替代的。)







期间,我纠结了半天,要不要在加热器上加个温度保护器?我查了半天,KSD301型温控器有300度的,可是体积太大,不是很适合;电饭锅那种TF温度保险丝也有300度的,体积是小了,但是一次性的,万一熔断更换比较麻烦。最终决定放弃过热保护元件,因为我使用频率不高,使用高温的机会也很少,过热动作的机会基本没有。我没有玩LED灯珠的爱好。

导线选耐高温线,并准备高温套管。玻纤线还有高温套管都准备了,考虑到皮肤会很痒(http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2373887),就放弃了,改用奢侈的瑞士MC硅胶测试线。






硅胶导线借我以前的帖子图片用下,呵呵。烙铁烫没事的,我试过。剪了用,够奢侈了吧?


加热盘,隔热层,控制盒外壳需要接地保护,CLASS I 类保护,这个不能忘了,等下装配再上图。



3. 结构设计介绍:
加热盘100X100X20mm已经选定,中间隔热层考虑用高温隔热棉之类的产品,厚度在20毫米左右(如果实测不需要,将来可以减薄)。
隔热棉放在不锈钢托盘里,大小:102X102X20mm(托盘内部尺寸),1.5厚的不锈钢。因为不锈钢导热系数比较差的,仅16W/m·K。铝大约230W/m·K。


这是设计的托盘。



第一版,折弯完毕,工人无法彻底合拢四条边,有缝,有点丑。。。后来考虑可能还有漏隔热纤维的问题,所以后来就勉强同意焊接填缝了。不完美。



由于隔热棉可能会有细小的纤维飞出,所以又考虑加一个盖子在隔热棉上,压住隔热棉。但是压板小于102,做100左右,避免和托盘的直接热传递。


隔热棉也开孔,配合间隔柱穿过。其间,还发生了一个小波折,工人好心,帮我把上盖给焊死在托盘上了,因为我说,我要密封纤维的。。。我一看,还都抛光了的。。。由于传热问题,焊上了不就直接传导了吗?还要隔热棉干啥呢,对吧?只好再把上盖焊接处磨掉,重做了一个上盖,这才有隔热棉上发黄的痕迹的。




我采用M5X20+8的不锈钢间隔柱连接加热板和隔热层托盘http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2373912



托盘下部用14X20M5绝缘子连接控制盒,更隔热。塑料材料的导热系数很小,约为金属的1/500-1/600,所以我设计选取绝缘子。而绝缘子耐温140度,这时,不锈钢间隔柱缓慢传导到隔热托盘,再传到绝缘子的温度应该不会很高了。(陶瓷绝缘子是最佳的,可惜没有找到合适规格的,都太大了,不适合我的作品。)








控制盒为130X120X69mm,基本适配上部加热盘尺寸。内部空间正好安排控制器等零件。加热盘,隔热层,控制盒外壳需要接地保护。见帖子:http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=2366124














这个后盖开始还加工错了,上CNC,那老大给我铣了个方孔。。。后来发现不对,再返工成长方形。。。



前几天试装下,大概的概念就是这样的,尺寸计算都没问题。
补充下为啥不选出线柱在下方的加热板?加热板接线柱一般多数是在侧面的,易采购。底部出线的有,比较少见。我考虑到空间问题,就选取了侧面接线的。因为下部出线,会需要至少30毫米的额外空间,这样整个设备会太高,不够紧凑,还会破坏我的隔热层设计;而侧面出线,加接线柱20毫米,整个加热板才120毫米,套上瓷护,约125毫米,正好接近我的底部控制盒总长130。维护也会非常方便。


绿色部分是扣除没用上的零件费用总价。CNC机壳开孔和不锈钢隔热托盘制作是朋友帮忙,不要费用。



未完,楼下总装!






[ 此帖被yangly6443在2018-04-01 14:24重新编辑 ]
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离线yangly6443

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只看该作者 1楼 发表于: 03-24
今天下午总装。
全家福
盒子里是不锈钢托盘和隔热棉,不敢轻易拿出来,怕身上痒。



先来前面板,插入温控器,那个黑色的方框直接一推紧,就锁死了,非常方便!









后背板




严丝合缝!CNC加工真的好啊。



顶视下,我这样布置是有道理的:电源开关和电源插座分别错开方向,因为温控器开关侧会有4根线,是侧向出线的,如果电源插座也在这边,那么电源的接插件可能会干涉温控出线。我们需要尽量留出空间。插座侧,温控只有2根线,而且水平高度不同,所以非常宽松。
电缆锁头在中间偏上,距离温控还有25毫米距离,即便是电缆进出,也可以有空间拐弯避开,这就是我买130毫米长的盒子的原因。顺便说下,盒子120X69X130mm,120和69的宽和高,都是计算过的,再小就装配有问题了。你看,电源插座恰巧就在温控侧面近一直线,距离面板边缘也仅仅8毫米,再少就强度不好了。前面板的温控开孔45X45,电源开关开孔20,位置都考虑了强度,距离,美观因素的。我找到这个尺寸的盒子是非常幸运的,就像定制的。



上不锈钢六角间隔柱



小心请出隔热组件



盖上盖子,看四边不接触。



正反面的样子






拧上绝缘子,加热盘和隔热层就固定在一起了。加了垫片,压紧中间的盖子。









上盖拧螺丝,4个M5X10的。一个最后再拧紧,因为要预留给接地的。



接线,全部冷压。提醒下:提前考虑好所有走线;电缆锁头内径约7毫米,所以请先穿好热电偶线,再一一穿好其他电线,最后压接接线端子。否则你可能不能顺利穿线!
导线长度,不必太长,只要计算好将来的开盖维护距离,正好可以操作就行了,太长不好看。内部会非常杂乱。





壳体要接地


内部加个电线固定扣,热电偶线比较长,可以固定位置。屏蔽线是金属的比较危险,容易短路。





接热电偶


加热盘,控制盒体,都可靠接地。


接线完毕,加上瓷护,挺好看的吧?






给底部粘底脚。不打孔了,我不喜欢破坏。



做些简单的检查和测量,电阻,绝缘,接地等等。。。



通电试验!



先来个锅吧,别空烧啊,呵呵。



调下温度,玩玩设定



控制盒很凉快~



焊锡丝轻易熔化。



冬天可以暖杯子



还能干啥?好了,大家来点创意应用吧,你看,我连啤酒都放上烧了~

最终产品尺寸为:120X130X130mm,宽X长X高。还算迷你吧?

最后,有人问我,你到底做这个干啥?有啥用?
我说:纯粹娱乐。。。还真没啥用处!我花了很久思考了每个细节,从结构设计到选型,再制造,各个环节,这就是乐趣。现在做完了,可以发现一些缺陷,下次可以持续改进。新的乐趣就又来了。

对了,我不玩LED灯,所以没有拆灯珠的需求。

谢谢观赏!




[ 此帖被yangly6443在2018-04-01 11:50重新编辑 ]
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wwl836470 M币 +8 数码人都是在瞎折腾,这成本足足可以买一个全新的加热台,O(∩_∩)O哈哈~ 04-26
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枫之灵动 M币 +22 很精致的作品,一冲动下单了两个加热板,求各种配件的链接。谢谢! 03-31
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离线wznanan

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只看该作者 2楼 发表于: 03-24
其实PTC只是方便实惠,主要是我买了两个都在吃灰
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离线大刚子

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只看该作者 3楼 发表于: 03-24
回 wznanan 的帖子
wznanan:其实PTC只是方便实惠,主要是我买了两个都在吃灰[表情]  (2018-03-24 22:35) 回 wznanan 的帖子

你的头像和我的微信头像一样。。。。[s:11
在线qrut

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只看该作者 4楼 发表于: 03-24
先前排先占个座 老板来袋瓜子还有矿泉水
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离线在路上795

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只看该作者 5楼 发表于: 03-24
占楼看直播。。。

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离线akvact

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只看该作者 6楼 发表于: 03-24
头一次这么靠前
离线温力口

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只看该作者 7楼 发表于: 03-24
谢谢分享。。。。折腾的很漂亮。我也有类似的一只温控器。
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离线wznanan

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只看该作者 8楼 发表于: 03-25
大刚子:你的头像和我的微信头像一样。。。。[表情][s:11 (2018-03-24 22:42) 

这应该是一只拉布拉多,图片是贴吧上的。
很想养一只拉布拉多,现在还没有合适的条件和环境。

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离线yangly6443

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只看该作者 9楼 发表于: 03-25
回 温力口 的帖子
温力口:谢谢分享。。。。折腾的很漂亮。我也有类似的一只温控器。 (2018-03-24 23:16) 回 温力口 的帖子

发个图看看啊?