Самодельная ИК паяльная станция (часть 8)

Цитата:
придумывать колесо

просто есть желание .
Цитата:
и при этом не иметь отличных результатов

почему вы так уверенны.

Цитата:
Не нужны никакие ПИДы

ну так он и не нужен но пока налаживаешь мне с ним удобнее.

вот скажите какое расстоянии от нагревателя считаете оптимальным ?
как влияет диафрагма под размер чипа на отражение ИК .
насколько увеличиваться поток ИК при уменьшении диафрагмы.
оптимальное расстояние от диафрагмы до платы ?

Аватар пользователя VladSko

maxlabt

Цитата:
Замеры в первую очередь нужны, чтобы понять поведение и возможности станции (нагревателей и т.д.). Тогда что нужно то? Сколько градусов и когда?

Я исхожу из того, что человек собрал свою первую ИК станцию и богатого практического опыта по построению профилей, у него нет. Поэтому и предложил подробно пройти шаг за шагом все этапы создания профиля, заостряя внимание на тонкостях и нюансах и объясняя их. Когда появится опыт, то построение профиля значительно упростится. Итак:
ШАГ 1

Проверяем равномерность нагревания излучателей (ВИ и НИ) и определяем минимальное расстояние от нагревателей до платы, на котором обеспечивается равномерность нагревания.
Для этого берем несколько листов термобумаги для факсов, устанавливаем лист на минимальном (~ 10мм) расстоянии от нагревателя и включаем нагреватель. По потемнению листа определяем равномерность нагревания (отслеживать лучше по началу потемнения бумаги). Повторяя опыт, и постепенно увеличивая расстояние от нагревателя до бумаги, находим то минимальное расстояние, на котором наш излучатель обеспечивает равномерность нагрева. Запоминаем (записываем) это расстояние. Тоже проделываем и для верхнего излучателя.
Устанавливаем направляющие для платы примерно на 5мм выше минимального расстояния и больше оно изменяться не будет (это наше рабочее расстояние).
Зачем устанавливать плату на минимальном расстоянии? На минимальном расстоянии будет максимальная интенсивность облучения и, соответственно, нагревание платы. Это позволит незначительно уменьшить температуру нагревателя и сместиться к длинноволновой части спектра излучения, а также уменьшить энергопотребление нагревателя. Почему незначительно уменьшить температуру нагревателя? Интенсивность облучения платы обратно пропорциональная квадрату расстояния от излучателя до платы, а интенсивность излучения зависит от температуры в 4-й степени. Т.е. при уменьшении расстояния в два раза интенсивность облучения увеличивается в 4-е раза, а уменьшение температуры в 2-а раза уменьшает интенсивность излучения в 16-ь раз!!! На этом 1-й шаг завершен.

Аватар пользователя maxlabt

VladSko, я бы еще добавил в этот шаг проверку скорости нагрева и температуры нагревателя на разных мощностях, что определит правильность выбора расстояния и мощности нагревателя. Т.е. оптимально должно быть так, чтобы нагреватель при приемлимой температуре обеспечивал необходимую скорость нагрева с допустиной неравномерностью нагрева. Правда это не каждый сможет сделать, но это очень полезно.

при наладке своей я исходил лично из таких взглядов на её работу(возможно и неправ):
в рекомендуемых профелях в основном приводят данные для верха ,для низа лиш рекомендуемые тепературы ,
а изза размера,толщены,места посадки чипа ,имеем несколько профелей (свинец и бессвенец самособой) ,тоесть фактически меняем время на подогрев низа (малая видяха за 2мин прогреется ,а толстой декстопу все 6 може потребоваться для полного прогрева ),а верх почти от температуры возле чипа и до конца в основном остается почти одинаков .
потому сначала регулировал низ (так как датчик возле трубок ,то свои особенности в настройке ),я нестал втискивать нагрев низа в отведённые рамки времени ,темболее что платы по форме и размеру разные каждый раз , да и зачем насильно её пичкать температурой.


потому задав нужную (например 170гр ) нагрев идет просто ограничением мощности без ПИД ,он вступает в работу при достижении заданной и уже удержует на всем протяжении . и контролер становится какбы на паузу ,ожидая прогрева всей платы .
тоесть например чтобы температура возле чипа (по верхнему датчику ) была 105гр .
ну а далее при достижении её включается верх и идет нагрев уже с скоростью неболее 0.4-0.5 гр/сек .
тоесть заметил ранее что если втиснуть в временные рамки низ то невсегда возле чипа достаточная температура и при включении верха плату начинает иногда немного вести поначалу .изза неравномерного прогрева ещо всей платы а её размеры довольно большие .
или например чип скраю то тоже какбы немного болше времени надо для прогрева низа (да и температуру на 5-10гр больше) .
тоесть получился какбы универсальный профель ,время нагрева низа какбы плавает взависимости он особенностей платы ,а вот работа верха уже привязанна к временным рамкам профеля (тоесть фактически остаемся в нужном профеле ).
а вот сам профель для верха ,тут уже каждый сам только может его подобрать в зависимости от конструкцыии и мощности с небольшими отклонениями если малая мощность верха .
но и особенность самого контролера имеет значение ведь. у меня стоит от торментора ,там вкакойто степени можно комбенировать способ нагрева но нетак гибко как хотелосьбы .(впринцепи и верх вожно греть за щот только мощности но тяжело попасть в временные рамки тогда )

Аватар пользователя VladSko

Продолжение создания термопрофиля
ШАГ 2.

Для выполнения дальнейших действий нам понадобится как минимум 2-а китайских "показометра" с возможностью измерения температуры (примерно такие (вложение 1), стоимостью ~3,5 $). "Труп" платы средней толщины, для отработки профиля. Какой либо измеритель времени. Устанавливаем плату на направляющие на расстоянии определенном в ШАГЕ 1. Устанавливаем 2-е термопары (лучше через термопасту типа КПТ-8) друг против друга сверху и снизу платы примерно на расстоянии 50…100мм от края.


Берем реальный термопрофиль на компонент на сайте производителя (с реальными температурами и временнЫми параметрами) и разбиваем его на зоны. Я буду показывать на абстрактном "классическом" профиле (без привязки к времени и температуре).

Примеры реальных профилей для компонентов (вложение 2, 3). Профилируем зону I. Включаем НИ на полную мощность (для ПИД регулятора на максимальную скорость нарастания температуры) и засекаем время, за которое плата наберет температуру точки 3. Выключаем НИ, фиксируем время и продолжаем наблюдать за выбегом температуры. Максимальное значение фиксируем. После остывания стола полностью повторяем опыт, но уже с 50% мощности (ПИД с половиной скорости нарастания температуры). Это как в артиллерии вилка (перелет, недолет, точно в цель). Посмотрев на результаты, определяем на какой мощности (ПИД – скорости нарастания) и при какой температуре (чтобы избежать выбегов температуры), делать переход (точка 2) в следующую зону. Посмотрев на зону II (зона предварительного нагрева платы), видим, что наклон линии значительно меньше (меньшая скорость нарастания температуры), поэтому мощность должна быть значительно меньше, чем в зоне I. Подобрав мощность (ПИД – скорость нарастания), выходим в точку 4, где должен включится ВИ. ВИ не включаем, а в НИ еще уменьшаем мощность (ПИД – поддержание температуры), чтобы температура платы была постоянная до окончания цикла пайки.
Померяв температуру снизу платы в разных точках, увидели, что она у краев платы на 10…25 гр.С ниже чем в центре. Почему так? Это связано с тем, что холодный воздух из окружающей среды замещает горячий (конвекция), продвигаясь от краев платы к центру и охлаждает ее, сам нагреваясь. Чем ближе к центру, тем меньше он ее охлаждает. Т.н. "краевой эффект". Запомним эту особенность, она нам еще пригодится.
Почему так установлены термопары? Термопары установлены так для того, чтобы набрать статистику по скорости распределения тепла по толщине платы. Верхняя термопара всегда будет отставать, а разница показаний будет градиентом температур . Разница в показаниях будет зависеть от скорости нагревания, толщины платы, влияния медных проводников и полигонов, а также наличия теплоемких компонентов. Накопив определенный опыт, они будут не нужны. Достаточно будет одной управляющей термопары, находящейся возле чипа сверху, она же и будет управлять полным циклом пайки.
Как подобрать коэффициенты для ПИД регулятора? Методика изложена во второй части статьи (вложение 4). С нижним излучателем закончили.

maxlabt

Цитата:
я бы еще добавил в этот шаг проверку скорости нагрева и температуры нагревателя на разных мощностях, что определит правильность выбора расстояния и мощности нагревателя.

Согласен, после создания станции, ее нужно протестировать, чтобы знать, на что способен каждый излучатель. Зная возможности излучателей, легче будет настраивать термопрофили.
Вообще для НИ удельной мощности 2,5…3 Вт\кв.см достаточно для любых плат и профилей, конечно, если не злоупотреблять диаметром проволоки для спирали и не делать ее из проволоки для 1кВт спирали.

ВложениеРазмер
1_digital_multimeter_dt_838_671.jpg 39.85 КБ
2_1-profil.gif 45.99 КБ
2_2-profil.gif 54.44 КБ
3-profil.gif 36.27 КБ
4_pid.pdf 112.34 КБ
Аватар пользователя VladSko

vladimersv, спасибо, что поделились своим опытом.

Цитата:
потому сначала регулировал низ (так как датчик возле трубок ,то свои особенности в настройке )

На мой взгляд, проще запомнить разницу реальной температуры на плате между верхним и нижним слоями, чем вводить еще одного относительного "попугая" в виде датчика возле трубок. Конечно, это IMHO и каждый работает как ему удобней.
Цитата:
я нестал втискивать нагрев низа в отведённые рамки времени

А вот это зря! Посмотрите, например, вложение 2_2 предыдущего поста, где четко ограничивают максимальное время цикла пайки.
Построение термопрофиля требует учета очень многих факторов. Вот как это выглядит в серьезных станциях, причем все датчики заведены в цепь обратной связи.

Я понимаю, что "самодельщикам" не потянуть такую систему, но при наладке ВИ нужно будет косвенно учесть эти факторы.

датчик с низу возле трубок я перекалибровал опытным путем ,чтоб показывало температуру на низу средней платы уже нужную(например 170гр ) чтоб легче орентироваться а невыщитывать разницу каждый раз.
тоесть задав например 170гр -возле трубок конечно другая реальная ,но так легче ориентироваться ,если надо изменить -то просто забиваю выше или ниже в профель а проц её отслеживает.
а то что в временные рамки низ ,так я например немогу учесть например время преднагрева для видяхи ноутбучной ,или потом тутже болшой и толстой какойнить ,да и ненайду их .
а так задав нужную таже видяха сама прогреется с приемлемой ей скоростью плавно и быстро до тех пор пока небудет сверху 110 например за 2минуты ,а потом поставив толтую и побольше -у меня уйдет немного больше времени на 2-3мин но влюбом случае к моменту включения верха-плата равномерно и полностью будет прогрета.
а вот если заставлю толстую прогреться за 3мин -то значит приложить к ней нагрев надо побольше ,какбы насильно её прогреть . или кончится отведенное время но возле чипа то будет меньше 110гр например 80всего -но верх включится ,в итоге сверху на непрогретую ещо плату пойдет нагрев.
завдских технологий конечно неповторю дома ,а поэтому старался сократить до минимума риск резких температурных воздействий.
ведь главное работа верха ,где непосредсвенно на чип идет нагрев и где основной риск его угрохать.
ещо на галогенках наблюдал что если плата недостаточно прогрета и включался верх-то сразуж наблюдалось потрескивания,выгибание платы ,вплоть до вздутия . а вот когда прогрета равномерно по всей площади -все проходило нормально .
поидее данные профеля на сайте производителя неуказывают то размер,толщину платы . и как тогда влезть в их временные рамки с учетом размера .
я неза изменение профеля прям глобально по времени ,а за универсальность начала профеля какбы (тоесть время работы низа ) .а вот работу верха по их рекомендацыям .
темболее там указано общее время 8мин максимум ,как и зона нагрева чипа 60-150сек ,тоесть немного несовсем жосткие рамки .
а при мелкой плате 10см х 10см будет меньшее время всего профеля ,ну болшей и так попадет в 8мин ,да и это для самого чипа то поидее непосредственно рекомендацыи.

Аватар пользователя maxlabt

Немного поправлю. Такой тип профиля уже устарел. Нужно рассматривать более оптимизированные профили. Пропорции (температуры) нужны другие. По вашему рисунку верз должен включаться в 3 точке. 4 и 5 точки должны быть практически рядом. По таким рисункам вообще трудно пояснить работу станции, так как они отображают только показания датчика у чипа.
На примере своего стандартного профиля для бессвинцового припоя опишу процесс пайки. Профиль по мощности, т.е. задается фиксированная мощность для каждого шага. ПИД регулирование, как уже отмечал раньше, не нужно.
Графически выглядит так:

А так выглядит программа профиля. Условие и температура перехода на следующий шаг по датчику у чипа. Второй датчик ни на что не влияет, а просто дополнительно отображает температуру сверху платы вне зоны действия верх нагревателя.

1 шаг. Работает только низ. Мощность может быть подобрана, как описал VladSko.
2 шаг. Включается верх на небольшой мощности, чтобы обеспечить плавный набор температуры и накопление тепла в зоне пайки. Низ переходит на пониженную мощность. Здесь будет небольшой перегрев, который нужно учесть. Мощность подбирается так, чтобы температура вне зоны действия верха на протяжении этого шага выравнивалась. Этот этап доводится почти до температуры ликвидуса.
3 шаг. На этом шаге значительно увеличивается мощность верха и чуть-чуть можно добавить мощи и низу.
4 шаг. Не догревая до пика уменьшаем мощность верха чтобы уменьшить перегрев по инерции. Низ возвращаем к уровню мощности 2 шага.
5 шаг. Мощность верха значительно уменьшаем, чтобы удержать температуру нагревателя еще некоторое время. Низ без изменений.
Конкретно по цифрам можно пояснить (обсудить) позже. Пока только как и куда. :)

Аватар пользователя maxlabt

Цитата:
а так задав нужную таже видяха сама прогреется с приемлемой ей скоростью плавно и быстро до тех пор пока небудет сверху 110 например за 2минуты ,а потом поставив толтую и побольше -у меня уйдет немного больше времени на 2-3мин но влюбом случае к моменту включения верха-плата равномерно и полностью будет прогрета.
а вот если заставлю толстую прогреться за 3мин -то значит приложить к ней нагрев надо побольше ,какбы насильно её прогреть . или кончится отведенное время но возле чипа то будет меньше 110гр например 80всего -но верх включится ,в итоге сверху на непрогретую ещо плату пойдет нагрев.

Включаться верх должен только при достижении платой заданной температуры в любом случае. Изменение времени преднагрева в зависимости от размера платы незначительное и к тому же происходит на невысоких температурах. Главное настроить так, чтобы в самом "долгом" варианте длительность профиля не выходила за допустимые рамки.

тогда хотелбы уточнить ,более кокретно для себя вопрос ( чтоб уже негадать ) - в даташитах на чипы указуется конкретно профель для самого чипа ,тоесть непосредственно как его правельно греть ? за размер платы который может повлиять на время профеля получается конкретных временных данных нет ?
фактически получается чисто рекомедуемые данные ,о том что нельзя долго греть и нельзя сильно греть .а нету данных что маленькую платы мы должы растянуть на все 8минут ,как и то что болшую должны как хочиш но втиснуть в ети 8минут .
там и самого профеля низу непоказуют а все чисто для верха ,тоесть все что касается именно чипа .
так почему тогда нельзя более лояльно отвести время на преднагрев низа ,а уже выдержевать временные рамки и скорость нагрева именно для чипа ,начиная отщот временни с точки например в 100гр возле чипа .( и небудет и перегрева по времени ,пока флюс невыкипит ,но и черезмерного нагрева,до вздутия чипа чтоб попасть ввовремя)

Ленты новостей