устройство для пайки и распайки

Формула изобретения

1. Устройство для пайки и распайки, содержащее средство для передачи тепла в зону нагрева, нагреватель, источник нагревательного тока, регулятор температуры, включающий датчики температуры, установленные на расстоянии друг от друга, блоки управления с блоками сравнения сигналов, причем первый датчик температуры размещен у рабочего конца средства для передачи тепла в зону нагрева, отличающееся тем, что второй датчик температуры размещен рядом с нагревателем, а регулятор температуры снабжен логическим элементом И, имеющим два входа, соответственно соединенные с блоками управления, и один выход, соединенный с источником нагревательного тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый блок управления снабжен источником измерительного тока, соединенный с нагревателем.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первый блок управления содержит первый блок сравнения, усилитель выходного сигнала блока сравнения и широтно-импульсный модулятор для генерирования импульсов.

4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что второй блок управления содержит второй блок сравнения, усилитель выходного сигнала блока сравнения и широтно-импульсный модулятор для генерирования импульсов.

5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что оно снабжено блоком синхронизации сигналов, поступающих от первого и второго блоков управления, вход блока синхронизации соединен с выходом логического элемента И, а выход блока синхронизации соединен с источником нагревательного тока через полупроводниковый элемент, имеющий управляемую проводимость.

6. Устройство по пп. 1 5, отличающееся тем, что заданное значение температуры, подаваемое на первый блок сравнения, выше заданного значения температуры, подаваемого на второй блок сравнения.

7. Устройство по пп. 1 6, отличающееся тем, что датчики температуры соединены друг с другом.

8. Устройство по пп. 1 7, отличающееся тем, что второй блок сравнения имеет дополнительный вход, соединенный с первым датчиком температуры.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что в режиме нагрузки коэффициент передачи схемы сравнения для сигнала, поступающего на дополнительный вход, примерно в десять раз ниже, чем для сигнала, поступающего от первого датчика температуры.

10. Устройство по пп. 1 9, отличающееся тем, что при нагреве горячим газом средство для передачи тепла в зону нагрева выполнено в виде сопла, нагреватель выполнен в виде спирали с каналом для прохода газа, а первый датчик температуры расположен внутри сопла.

11. Устройство по пп. 1 9, отличающееся тем, что при нагреве за счет теплопроводности средство для передачи тепла в зону нагрева выполнено в виде жала паяльника, нерабочий конец которого установлен с возможностью контактирования с нагревателем, а первый датчик температуры расположен в рабочей зоне жала паяльника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пайки, в частности, к устройству для пайки и распайки.

Известно устройство для пайки и распайки [1] в котором газ, например, воздух, поступающий от источника газа, пропускают через вытянутую нагревательную спираль, нагревающую газ, который затем через сопло подается к нагреваемому предмету, например, к спаю, при температуре, соответствующей данному конкретному применению устройства. При этом протекающий по нагревательной спирали газ представляет собой средство передачи расходуемой на нагрев мощности от нагревательной спирали к спаю. В этом устройстве для пайки нагретым газом нагревательная спираль имеет положительный температурный коэффициент и питается от регулируемого источника нагревательного тока, ток которого периодически прерывается. Во время перерывов нагревательного тока через нагревательную спираль пропускается измерительный ток от источника измерительного тока, причем падение напряжения на нагревательной спирали является функцией сопротивления и, тем самым, температуры этой спирали. Это падение напряжения сравнивается с заданным значением и при помощи схемы управления используется для регулирования источника нагревательного тока. Благодаря незначительной теплоемкости нагревательной спирали этот вид регулирования температуры сравнительно малоинерционен и точен, а при перерывах в работе поток газа через нагревательную спираль можно перекрыть, не отключая нагревательный ток, так как регулятор температуры поддерживает заданную температуру нагревательной спирали без угрозы ее перегорания. Кроме того, при возобновлении подачи газа через спираль ее температура равна рабочей, так что газ сразу же нагревается до нужной температуры. Так как газ, выполняющий функцию средства передачи расходуемой на нагрев мощности, подается на спай через сопло, во время прохождения нагревательного газа через сопло могут иметь место изменения его температуры, в особенности при определенных поперечных сечениях сопла и при определенных его формах. Эти изменения температуры невозможно уловить путем измерения температуры вдоль нагревательной спирали, и они могут привести к изменениям температуры нагревательного газа на выходе из сопла.

Известно устройство для пайки и распайки, содержащее средство для передачи тепла в зону нагрева, нагреватель, источник нагревательного тока, регулятор температуры, включающий датчики температуры, установленные на расстоянии друг от друга, блоки управления с блоками сравнения сигналов, причем первый датчик температуры размещен у рабочего конца средства для передачи тепла в зону нагрева [2]

Для улучшения точности регулирования температуры в паяльных устройствах в пределах жала паяльника, как можно ближе к активному концу жала помещают отдельный от нагревательной обмотки датчик температуры с возможно меньшими габаритами. Так как датчик температуры в этом случае находится в тепловом контакте с нагревательной обмоткой только через жало паяльника, при смене жала паяльника без отключения паяльного устройства существует опасность перегрева и перегорания нагревательной обмотки, так как при этом датчик температуры выдает температуру, которая значительно ниже фактической температуры нагревательной обмотки, что влечет за собой увеличение тока нагрева.

Далее, при очень большой теплоотдаче на жале паяльника, например, при пайке конструктивных элементов с большой поверхностью и с большой теплоемкостью, возникает проблема, связанная с тем, что в процессе пайки нагревательная обмотка нагревается до относительно высокой температуры, чтобы обеспечить передачу необходимой для нагрева мощности спаю. Когда жало паяльника отводится от спая, значительная тепловая энергия, аккумулированная в нагревательной обмотке, вызывает перегрев жала паяльника со всеми отрицательными последствиями такими, как перегрев находящегося на жале паяльника припоя или образование окалины на самом жале паяльника.

В основу изобретения положена задача создать устройство для пайки и распайки, обеспечивающее улучшение качества регулирования температуры на подлежащем нагреву предмете, например, на спае, без опасности повреждения нагревателя.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пайки и распайки, содержащем средство для передачи тепла в зону нагрева, нагреватель, источник нагревательного тока, регулятор температуры, включающий датчики температуры, установленные на расстоянии друг от друга, блоки управления с блоками сравнения сигналов, причем первый датчик температуры размещен у рабочего конца средства для передачи тепла в зону нагрева, второй датчик температуры размещен рядом с нагревателем, а регулятор температуры снабжен логическим элементом И, имеющим два входа, соответственно соединенные с блоками управления, и один выход, соединенный с источником нагревательного тока.

Первый блок управления может быть снабжен источником измерительного тока, соединенным c нагревателем.

Первый блок управления содержит первый блок сравнения, усилитель выходного сигнала блока сравнения и широтно-импульсный модулятор для генерирования импульсов.

Второй блок управления содержит второй блок сравнения, усилитель выходного сигнала блока сравнения и широтно-импульсный модулятор для генерирования импульсов.

Устройство может быть снабжено блоком синхронизации сигналов, поступающих от первого и второго блоков управления, вход блока синхронизации соединен с выходом логического элемента И, а выход блока синхронизации соединен с источником нагревательного тока через полупроводниковый элемент, имеющий управляемую проводимость.

Заданное значение температуры, подаваемое на первый блок сравнения, выше заданного значения температуры, подаваемого на второй блок сравнения.

Датчики температуры могут быть соединены друг с другом.

Второй блок сравнения может иметь дополнительный вход, соединенный с первым датчиком температуры. В этом случае в режиме нагрузки коэффициент передачи схемы сравнения для сигнала, поступающего на дополнительный вход, примерно в десять раз ниже, чем для сигнала, поступающего от первого датчика температуры.

При нагреве горячим газом средство для передачи тепла в зону нагрева выполнено в виде сопла, нагреватель выполнен в виде спирали с каналом для прохода газа, а первый датчик температуры расположен внутри сопла. При нагреве за счет теплопроводности средство для передачи тепла в зону нагрева выполнено в виде жала паяльника, нерабочий конец которого установлен с возможностью контактирования с нагревателем, а первый датчик температуры расположен в рабочей зоне жала паяльника.

Благодаря тому, что регулятор температуры выполнен согласно изобретению, достигается точная регулировка рабочей температуры, например, на спае, причем вне зависимости от того, представляет ли собой средство передачи расходуемой на нагрев мощности жало паяльника или поток горячего газа, так как датчик температуры, расположенный как можно ближе к спаю, обеспечивает точную регулировку температуры, в то время как схема управления, работающая в зависимости от температуры нагревательной обмотки или нагревательной спирали, стремится к поддержанию как можно более высокой температуры указанной обмотки или спирали, в особенности в тех случаях, когда заданное значение схемы управления, работающей в зависимости от температуры нагревательной спирали или обмотки, выше заданного значения схемы управления, управляемой в зависимости от датчика температуры.

Когда в качестве средства передачи расходуемой на нагрев мощности служит поток газа, в перерывах подачи газа датчик температуры не подвергается воздействию нагревательного газа и остывает, а схема управления непрерывно посылает сигналы управления на логический элемент И. Сигналы управления одной из схем управления, работающей в зависимости от температуры нагревательной спирали, генерируются только в том случае, когда температура нагревательной спирали опустится ниже заданного значения. Поскольку сигналы управления обеих схем управления подаются на источник нагревательного тока через логический элемент И, сигнал на включение источника нагревательного тока образуется только в том случае, когда как температура нагревательной спирали, так и температура датчика температуры станут меньше соответствующего заданного значения. Когда подача газа возобновляется, нагревательная спираль охлаждается, так что соответствующая схема управления постоянно генерирует сигналы управления, в то время как другая схема управления, относящаяся к датчику температуры, генерирует в зависимости от температуры нагревательного газа на выходе в зоне сопла сигналы управления, которые подаются на элемент И вместе с сигналами другой схемы управления. Так как одно из заданных значений преимущественно соответствует более высокой температуре, чем второе заданное значение, причем эта более высокая температура может быть равна максимально допустимой температуре нагревательной спирали, температура нагревательной спирали постоянно поддерживается на достаточно высоком уровне и одновременно спираль предохраняется от перегорания.

В случае, когда средство передачи расходуемой на нагрев мощности представляет собой жало паяльника, справедливо все сказанное выше, так как и здесь схема управления, работающая в зависимости от температуры нагревательной обмотки, стремится поддерживать как можно более высокую температуру этой обмотки, в то время как вторая схема управления, связанная с датчиком температуры, так ограничивает мощность, расходуемую на нагрев нагревательной обмотки, что температура на конце средства передачи расходуемой на нагрев мощности, т. е. на рабочем конце жала паяльника, соприкасающемся со спаем, поддерживается постоянной. Если с рабочего конца жала паяльника снимается большое количество тепла, например, через спай с большой теплоемкостью, то постоянно генерируется сигнал управления второй, относящейся к датчику температуры, схемой управления и к нагревательной спирали подводится значительная мощность для нагрева, которая даже при высоком тепловом сопротивлении жала паяльника, обусловленном, например, формой или материалом, обеспечивает увеличенный тепловой поток и тем самым поддержание желаемой температуры рабочего конца жала паяльника.

Для того, чтобы исключить проблему перегрева жала паяльника после пайки строительных конструкций с высокой теплопроводностью, согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрена подача, по меньшей мере, части выходного сигнала датчика температуры, относящегося к нагревательной спирали, на схему сравнения, которая сравнивает выходной сигнал измерительного датчика, связанного с жалом паяльника, с заданным значением. При очень сильном отводе тепла на конце жала паяльника, который вследствие регулирования и из-за теплового сопротивления между нагревательной спиралью и жалом паяльника обуславливает относительно большую разность температур между нагревательной спиралью и жалом паяльника, эта подача указанного сигнала приводит к тому, что температура жала паяльника опустится немного ниже заданной температуры. Благодаря этому при последующем снятии тепловой нагрузки с жала паяльника путем его удаления от спая предотвращается существенное повышение температуры жала сверх заданной температуры, вызванное тепловой энергией, аккумулированной в нагревательной спирали.

Эту подачу сигнала датчика температуры, относящегося к нагревательной спирали, на схему сравнения, на которую поступает сигнал датчика температуры, относящегося к жалу паяльника, можно отрегулировать таким образом, что сигнал датчика температуры, относящегося к нагревательной спирали, будет влиять на указанную схему сравнения в 10 раз слабее, чем сигнал датчика температуры, относящегося к жалу паяльника.

Предпочтительно эту подачу сигнала датчика температуры, относящегося к нагревательной спирали, на указанную схему сравнения осуществлять так, что влияние этого сигнала на указанную схему сравнения отсутствует в режиме холостого хода и возрастает по мере увеличения теплоотдачи на конце жала паяльника до заданного максимального значения.

Устройство поясняется чертежом, где фиг. 1 схематично изображает блок-схему одного из вариантов выполнения регулятора температуры и фиг. 2 - другой вариант выполнения блока сравнения, показанного на фиг. 1.

На фиг. 1 схематично показано устройство для пайки и распайки, работающее с помощью нагретого газа. Это устройство содержит показанный в упрощенном виде нагреватель 1, включающий нагревательную спираль 2, к входному концу которой подводится газ, например, воздух, в направлении стрелки 3. Этот газ представляет собой средство 4 передачи расходуемой на нагрев мощности от нагревательной спирали на спай, так как при прохождении через нагревательную спираль 2 от ее входного конца к выходному концу он нагревается и передает свое тепло спаю 5. Датчик 6 температуры, расположенный рядом со средством передачи расходуемой на нагрев мощности, как можно ближе к спаю 5, подвергается воздействию указанного нагревательного газа. Равным образом указанный нагреватель 2 может быть образован нагревательной обмоткой и находящимся с ней в тепловом контакте жалом паяльника, которое образует средство передачи расходуемой на нагрев мощности.

Нагревательная спираль 2 питается от источника 7 нагревательного тока, который, например, может включать полупроводниковый элемент 8 с управляемой проводимостью и источник напряжения в виде сетевого трансформатора 9, причем полупроводниковый элемент 8 с управляемой проводимостью управляется через провод 10 от схемы 11 синхронизации. Во время периодических перерывов нагревательного тока, текущего через нагревательную спираль 2, к ней подводится измерительный ток из источника 12 измерительного тока и падение напряжения на нагревательной спирали сравнивается в схеме 13 сравнения блока 14 сравнения с заданным значением от задатчика заданного значения 15. Так как нагревательная спираль обладает, например, положительным температурным коэффициентом сопротивления достаточной величины, то падение напряжения на ней является мерой ее температуры.

При желании измерение температуры нагревательной спирали можно осуществлять отдельным датчиком, выходной сигнал которого подается на схему 13 сравнения.

Блок 14 сравнения может в необходимых случаях включать усилитель 16, который подает усиленный выходной сигнал схемы 13 сравнения на широтно-импульсный модулятор 17, формирующий сигналы управления с длительностью, зависящей от выходного сигнала схемы 13 сравнения.

Выходной сигнал датчика 6 температуры во втором блоке 18 сравнения, содержащем вторую схему 19 сравнения, сравнивается со вторым заданным значением от задатчика заданного значения 20 и, в необходимых случаях после усиления усилителем 21, подается на второй широтно-импульсный модулятор 22, который выдает сигналы управления с длительностью, зависящей от выходного сигнала второй схемы 19 сравнения.

Выходные сигналы первого и второго широтно-импульсных модуляторов 17, 22 подаются соответственно на первый и второй входы логического элемента 23 И, который выдает выходные сигналы на включение упомянутой схемы 11 синхронизации, которая, в свою очередь, выдает импульсы на включение управляемого полупроводникового элемента 8. К схеме 11 синхронизации через провод 24 подводится синхронизирующий сигнал, который также через провод 25 подается на источник 12 измерительного тока, чтобы попеременно включать управляемый полупроводниковый элемент 8 источника нагревательного тока или источник 12 измерительного тока.

Когда газ к нагревательной спирали 2 не подводится, датчик 6 температуры не нагревается и связанная с ним схема управления, состоящая из схемы 19 сравнения, усилителя 21 и широтно-импульсного модулятора 22, постоянно выдает сигналы управления на логический элемент 23. Поэтому подача сигналов включения на схему 11 синхронизации обуславливается падением напряжения на нагревательной спирали 2, а следовательно, и ее температурой так, что постоянно поддерживается рабочая температура нагревательной спирали 2 и одновременно не допускается ее перегорание.

Заданное значение задатчика 15 для относящейся к нагревательной спирали 2 схемы 13, 16, 17 управления устанавливается предпочтительно на более высокую температуру, чем заданное значение для схемы управления, относящейся к датчику 6 температуры, и может соответствовать максимально допустимой температуре нагревательной спирали 2.

Задатчики 15 и 20 заданных значений в необходимых случаях могут быть механически связаны между собой и регулироваться взаимосвязанно, как показано штриховой линией 26 на фиг. 1.

Когда по нагревательной спирали 2 протекает газ, датчик 6 температуры нагревается и при достижении заданной температуры подача сигналов управления от второй схемы 19, 21, 22 управления прекращается так, что прекращается и нагревательный ток и нагревательная спираль остывает до тех пор, пока температура на датчике 6 температуры вновь не достигнет заданной температуры и не опустится ниже нее.

Поэтому во время подачи газа схема 13, 16, 17 управления, относящаяся к нагревательной спирали 2, постоянно выдает сигналы управления и температура нагревательного газа определяется лишь схемой 19, 20, 23 управления, относящейся к датчику 6 температуры.

Аналогичным образом и в случае применения жала паяльника в качестве средства передачи расходуемой на нагрев мощности одна схема 13, 16, 17 управления, относящаяся к нагревательной обмотке, будет стремиться поддерживать максимально высокую температуру нагревательной обмотки, чтобы в случае необходимости на жало паяльника могло быть подано дополнительное количество тепла, а вторая схема управления, относящаяся к датчику температуры, который должен быть расположен по возможности ближе к рабочему концу жала паяльника, будет обеспечивать точное регулирование температуры рабочего конца жала.

На фиг. 2 представлен другой вариант выполнения блока 18" сравнения, причем точки присоединения этого блока сравнения к схеме согласно фиг. 1 показаны цифрами 27, 28, 29, 30 в кружках. Как показано на фиг. 1 штриховой линией 31, в случае использования блока 18" сравнения, изображенного на фиг. 2, имеет место подача части выходного сигнала датчика температуры, относящегося к нагревательной спирали 2, в схему 19 сравнения второго блока сравнения (таким датчиком может служить сама нагревательная спираль).

Как видно на фиг. 2, блок 18" сравнения имеет усилитель 32 для усиления выходного сигнала датчика 2 температуры, приложенного в точке 28, причем выходной сигнал усилителя 32 через резистор R₃ подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 21, который одновременно образует усилитель 21 блока 18 сравнения на фиг. 1. Этот операционный усилитель 21 снабжен, как обычно, резистором R₅ обратной связи с выхода на инвертирующий вход, на который через резистор R₄ и точку 29 подводится сигнал от задатчика 20 заданного значения.

Выходной сигнал операционного усилителя 21 через точку 30 подается на вход широтно-импульсного модулятора 22, который работает с негативной логикой, т. е. включается при отрицательном выходном сигнале блока 18 или 18" сравнения, чтобы выдать сигналы на включение электрического питания нагревательной спирали 2.

От точки 27 сигнал температуры, относящийся к нагревательной спирали 2, через усилитель 33 и резистор R₁ подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 21, причем этот резистор R₁ зашунтирован схемой из резистора R₂ и диода D₁. Величина части сигнала температуры нагревательной спирали 2 по отношению к выходному сигналу температуры измерительного датчика 6 определяется отношением сопротивления резистора R₁ и R₂/D₁ к сопротивлению резистора R₃ и устанавливается, например, такой, что влияние сигнала температуры нагревательной спирали в 10 раз слабее влияния сигнала температуры измерительного датчика 6.

Усиление сигналов температуры, приложенных в точках 20 и 27, усилителями 32 и 33 выбрано таким, что в режиме холостого хода обе отличающиеся друг от друга температуры обуславливают одинаковый выходной сигнал, благодаря чему регулирующее влияние отсутствует. При больших нагрузках, т. е. при интенсивном отводе тепла от жала паяльника, температура нагревательной спирали 2 сильно возрастает и влияет на сигнал, подаваемый на неинвертирующий вход операционного усилителя 21 сначала только через R₁ и при увеличивающемся отклонении через параллельную цепь, состоящую из R₁ с одной стороны и последовательно цепи из R₂ и D₁ с другой стороны. Сигнал температуры нагревательной спирали 2 суммируется с выходным сигналом относящегося к жалу паяльника датчика 6 температуры. Благодаря этому хотя с одной стороны имеет место снижение заданной температуры жала паяльника, с другой стороны предотвращается слишком большое увеличение температуры на жале паяльника при снятии с него нагрузки, вызванное тем, что к этому моменту в нагревательной спирали аккумулировано слишком много тепла.

Так как температура нагревательной спирали опережает температуру жала паяльника, такая схема аналогична ПД-регулятору.