Principii functionare statii lipit / Episodul 1-bis - aprofundare "notiunea fundamentala letcoane"

[Dxxx]

A - introducere

 

     A1.

Faptul ca discutam de doua temperaturi semnificativ diferite in functionarea letcoanelor este surprinzator pentru multi electronisti.
Dar totul este suficient de simplu, nici nu prea exista loc de contestare sau de controversa.

 

    A2. Istorioara

In urma cu peste zece ani m-am apucat de letcoane termostatate si prima mea intrebare a fost - ce temperatura se masoara?
Insa imediat intrebarea a devenit daca am de a face cu o singura temperatura sau mai multe.

La data respectiva, in urma masuratorilor, am ajuns la concluzia ca sunt doua temperaturi.

Dar pe atunci lucrul asta putea fi confirmat cu usurinta, la Hakko gaseai masuratori si experimentul cu un letcon normal caruia i se adaugase in varf un senzor suplimentar.
Din pacate la momentul respectiv nu am facut o copie, pentru ca nu banuiam ca tot continutul va disparea.

Marketingul a hotarat ca este mai bine pentru vanzari sa nu se mentioneze ca ce se afiseaza in mod dinamic este pur si simplu gresit. Simplu.

 

(Rugaminte: stiu ca se poate...
Daca cineva stie cum, si poate sa gaseasca ce exista pe site-ul Hakko cam cu 12 ani in urma - ar fi  bune detaliile respective).

 

     A3. Alta istorioara

Tot cu ceva timp in urma, dar cand deja lucrurile imi erau clare, m-am chinuit cu un prieten de pe forum sa-l fac sa priceapa cum sta problema cu cele doua temperaturi.
Discutie lunga, cateva ore bune.
Si pentru tot consumul asta de timp... argumentele erau exact ce discutam aici, nu era ceva mai stufos.
Nu am putut sa-l conving nici ca de multe ori se masora una si se afiseaza alta... ca pentru a determina viteza unui avion masori o presiune... etc, etc.

Intr-un final el a concluzionat ca daca senzorul este in rezistenta, atunci "totusi l-or fi pus ceva mai spre varf"...

 

In concluzie sunt obisnuit cu faptul ca este greu ca cineva sa-si schimbe primele impresii, chiar si atunci cand i se prezinta argumente solide.

 

B - analizam DOUA temperaturi Tr si Tvv.

• Tr - este temperatura din rezistenta de incalzire, cea pe care o masoara senzorul.
• Tvv  - este temperatura din varful varfului (zona activa de lipire), cea pe care o masuram la exterior si o folosim pentru etalonare.

 

    B1. Geometrie

                                                        
Faptul ca senzorul este plasat adiacent rezistentei si deci asta masoara, este evident din diverse sectiuni.
De asemenea este logic ca temperatura varfului nu poate fi decat mai mica, atat datorita distantei propriu-zise cat si datorita pierderilor de la varf spre mediul ambiant.

Am pus deja o poza, mai atasez si altele, analizati-le singuri.

 

 

 

 

 

 

 

 

La letcoanele cu varf schimbabil (de genul Gordak, Solomon, Pensol - adica varianta mai veche decat cele cu cartus/cartridge) se pot face foarte facil masuratori directe.

De exemplu la letconul Gordak:
- distanta fizica intre termocuplu si prima spira a rezistentei - uzual sub 1mm, iar conductia se realieaza prin mediu solid (alabastru) deci "distanta termica" este foarte mica, tipic  sub 0,5 secunde.
- distanta fizica intre termocuplu si varful varfului de lipit este 18-20mm, cu mentiunea ca pe traiectoria de conductie se interpune un strat de aer. Acest strat de aer este inevitabil, pentru a mentine posibilitatea de inlocuire a varfului. Aerul este prost conducator termic.
Ca rezultat "distanta termica" este foarte mare, in jur de 1 minut, oricum de peste 100 de ori mai mare ca cea spre rezistenta.

     B2. Experiment

Experimentul pe care l-am amintit in istorioara de la punctul A2, l-am facut pe un lot de ~20 letcoane Gordak si aici sunt rezultatele:

 

 

Sunt mai multe aspecte interesante in tabel, dar pentru discutia prezenta remarcam un raport aproape constant de 1,33 intre temperatura rezistentei si cea de pe varf.
Cu mentiunea ca acel raport nu este valabil decat in repaus si la echilibru.
In tabel Tr este temperatura din rezistenta, citita de senzor - la fel cum am notat-o si in aceste articole.
Tv din tabel este notatia pentru ceea ce in acest articol am notat cu Tvv pentru mai multa claritate, adica temperatura pe varful varfului.

 

C - experimente simple, puteti sa le faceti si voi

 

Statia masoara una si afiseaza alta. Ce afiseaza nu este corect niciodata in mod dinamic.

 

*** in ce urmeaza, dupa aceste stelute, voi enunta - de la inceput - care este diferenta de temperatura pe care o urmarim. In acest mod lectura va fi mai simpla.

 

    C1. Experiment "grosolan"

 

*** statia afiseaza 330 grade in timp ce varful nu are nici 30 grade.

Va propun un experiment simplu, pe care il puteti face cu majoritatea letconelor cu varf schimbabil, adica nu cu cartus.
Descriu cazul pentru Gordak (atentie sa nu va ardeti daca letconul vostru este mai rapid datorita puterii mai mari sau realizarii mai ingrijite,  chiar si in astfel de caz disocierea intre afisare si temperatura reala va fi masiva).
Cu letconul rece il tinem de varf si pornim statia, reglata pe 330 grade.
Daca statia afiseaza "temperatura varfului" vom vedea ca dupa 20-30 secunde deja se ajunge la cele 330 grade desi tinem mana pe varful care inca nu s-a incalzit aproape de loc. (nu faceti acest experiment cu letcoane cu cartus pentru ca incalzirea poate sa fie mai rapida decat reactia voastra...)
Diferenta este foarte mare, de asta am intitulat experimentul ca "grosolan".

Explicatia fenomenelor este foarte simpla:
- am spus mai sus ca distanta termica rezistenta-senzor este sub 0,5 secunde, deci senzorul va citi aproape instantaneu temperatura din rezistenta, care dupa 20-30 secunde atinge o temperatura de 440 grade... ceea ce in repaus si echilibru corespunde la 330 grade pe varf - adica exact ce afiseaza statia (vezi tabel).
- insa distanta termica rezistenta-varf este cam 60 secunde, deci pana sa vina caldura pe varf mai trece timp.

 

Concluzie: este clar ca statia masoara ceva asociat cu temperatura rezistentei, care se incalzeste mult mai repede ca varful si numai "incearca" sa estimeze ce ar fi pe varf... iar estimarea devine corecta numai dupa trecerea timpului incat intre temperatura din varf si cea din rezistenta sa se stabileasca un echilibru.

      C2. Alt experiment simplu

 

*** statia afiseaza constant 350 de grade, desi temperatura varfului coboara la 250 grade.

 

Evidentiaza disocierea intre Tvv real si cel afisat.

- majoritatea statiilor afiseaza "temperatura varfului", presupun ca ce aveti in dotare este asa.
- acum va rog sa faceti o lipitura si sa urmariti ce temperatura este indicata pe ecran.

Presupun ca fie exista o mica variatie a temperaturii, sub 5 grade, fie nu variaza deloc. Asta deoarece senzorul masoara temperatura din rezistenta, iar rezistenta este tinuta la temperatura constanta de catre termostat.

- acum sa vedem un grafic care inca mai exista pe site-ul Hakko:

 

 

Este evident ca temperatura varfului coboara semnificativ (cam 100 grade) in timpul lipiturii, ceea ce este logic, din moment ce insula de cupru si terminalele pieselor sunt initial reci, dupa care vor drena multa energie.
Deci temperatura afisata urmeaza Tr, aflata sub termostatare, care nu variaza practic / daca ar fi afisat Tvv atunci trebuia sa avem variatii de multe zeci de grade.        
Observati descrierea amanuntita ai parametrilor de masurare in graficul Hakko, ceea ce il face foarte credibil, dar si corespunde asteptarilor logice.

 

Hai sa vedem acum si graficul JBC, care nu precizeaza nimic despre modalitatea de experimentare, si aduce o variatie mult mai mica de temperatura.

O astfel de valoare nu ar fi plauzibila pentru alte letcoane, dar datorita conductiei termice exceptionale la JBC este posibil, desi nu este neaparat de dorit...

 

Oricum este vorba de vreo 30 grade, - in timp ce statia afiseaza variatie mult mai mica, sau deloc.

 

Concluzie: graficele de la firme mari arata scaderi ale temperaturii varfului pe timpul lipirii cu amplitudine semnificativa - in timp ce statia afiseaza temperatura ca fiind constanta in respectivul moment.

Asta demonstreza ca temperatura masurata de senzor este in rezistenta (unde termostatul o mentine constanta) si nu pe varf.

 

D - intrebari logice si ... reducere la absurd

 

    D1. Afisare Tr

 

De ce sa nu afiseze statia temperatura masurata de termocuplu, Tr?

Intrebarea de mai sus pare legitima... daca am afisa corect Tr, atunci nu ar mai fi toata discutia cu doua temperaturi sau incorectitudini dinamice.
Dar nu ar fi bine.

- diferenta Tr minus Tvv este specifica constructiv fiecarui letcon.
In tabelul de mai sus avem Tr = 1,33Tvv
Adica: diferenta respectiva creste cu cresterea temperaturilor, nu este o valoare constanta ci proportionala.

 

Rezultatul ar fi:
- ca sa stim temperatura varfului ar trebui sa facem mereu calcule ... neacceptabil.

- oricum corelatia matematica NU ESTE valabila decat la echilibru - in mod dinamic din nou ar fi prezente aceleasi erori, tot nu am sti Tvv.
- letcoane diferite vor afisa acelas lucru pentru Tr, dar Tvv va fi sigur diferit deoarece factorul numeric din egalitate va avea valoare diferita pentru letcoane diferite.

 

Concluzie: marimea utila pentru utilizator este Tvv, temperatura varfului. Iar pentru termostatare este obligatorie Tr.
Deci din pacate solutia folosita este si singura solutie fezabila.

     D2. Senzor pus in varf

 

De ce sa nu punem senzorul in varf, ca sa citeasca direct Tvv?

- fizic, la letcoanele cu cartus, s-ar putea.
- am avea si avantajul ca orice termostat industrial cu termocuplu ar putea deveni o statie de lipit.

 

Nici asta nu merge.
Pozitionarea senzorului in varf ar creste masiv distanta termica intre senzor si rezistenta - inacceptabil pentru termostatare.

Va explic in doua variante:

 

1. Daca la letconul Gordak spargem alabastrul care inglobeaza termocuplul imediat incep sa se manifeste variatii foarte mari de temperatura in varf.
Asta in conditia ca senzorul ramane acolo unde este, mai aproape de 1mm de ultima spira a rezistentei.
Explicatia este ca fara alabastrul respectiv temperatura vine de la rezistenta la senzor mai greu, adica creste distanta termica intre ele. Asta duce la mentinerea precara a temperaturii, desi termostatul in sine functioneaza corect.

 

2. Ce s-ar intampla cu senzorul in varf
Pai la fel ca mai sus, ar creste mult distanta termica rezistenta-senzor.
Sa exemplificam pentru Hakko T12:
- cu senzor pus normal, pe rezistenta, sa zicem ca distanta termica ar fi de 0,05 secunde, adica ar exista un "histerezis termic" de 0,05 secunde, care nu inseamna mai mult de 2 grade de variatie termica. Oricum masa termica a oricarui varf tinde sa netezeasca variatii pana in 20 grade.
Probabil pentru Tvv = 330 grade vom avea Tr = 370 grade
- cu senzorul pus in varf avem distanta termica de aproximativ 5 secunde, histerezisul termic de 5 secunde inseamna o incalzire suplimentara de ~330 grade... adica Tr va ajunge la 700 grade pana senzorul sa dea comanda si termostatul sa intrerupa curentul, adica varful va avea variatii de temperatura de peste 200 grade.

Posibil ca si temperatura maxima in rezistenta, Tr, va ajunge spre temperatura de degradare rapida a ei, pentru ca deja maximumul era la 700 grade cu reglaj numai la 330.

 

Deci cu temperatua reglata la 330 grade defapt temperatura varfului ar urca probabil peste 500 grade, apoi racirea fiind mult mai lenta ca incalzirea totusi nu se va inregistra o coborare "in oglinda", ci doar mai modesta... probabil pe la 300 grade. Ciclul apoi se reia.

Am avea un letcon reglat pentru 330 grade, care are variatii intre 300 si 500 grade in mod real pe varf, in repaus - evident inacceptabil.

 

Asta in timp ce orice statie normala, cu senzorul pus normal, in contact termic strans cu rezistenta, are variatii zero pe varf, tot in repaus.

 

     D3. Solutia corecta

 

Acest punct l-am adaugat ulterior, pentru a finaliza intr-o nota optimista.

 

Solutia este afisarea temperaturii "programate", adica acea temperatura la care varful tinde sa ajunga la echilibru daca este lasat in repaus.

Temperatura programata este fixa atat timp cat nu umblam la encoder/potentiometru, adica nici nu mai iti atrage atentia si te lasa sa te concentrezi pe lipit.

Temperatura programata nu va creste de la temperatura ambientului pana la valoarea dorita, ci va afisa de la inceput respectiva tinta. Pentru ca sa nu lipseasca informatia respectiva, impreuna cu afisarea temperaturii programate trebuie sa existe si un "led de stare" - detalii in episodul 2.

Folosind acesta solutie evitam total afisarile eronate si nu facem compromisuri de genul "singura solutie fezabila".

 

E - cititor

 

Nu ar trebui sa fie cazul pentru urmatoarele observatii, dar ma vad constrans:
- cititi complet si cu atentie ceea ce am scris.
- daca eu discut cu argumente logice si cu date experimentale va rog sa procedati si voi "in oglinda".

 

Daca eu am exprimarea foarte "moale" ca in textul original: "macar potential, poate provoca micro-fisuri si poate reduce durata de viata"      
... puteam foarte bine sa ma exprim mai hotarat: "probabil sa provoace micro-fisuri" sau chiar  "foarte probabil sa provoace micro-fisuri"      

- asta este ceva potential si care reiese dintr-un rationament.
Este posibil, este probabil, dar nu am dovezi, nici nu le caut. Sa imi solicitati dovezi este impertinenta.

 

Eu nu am facut in nici un caz afirmatia "provoaca micro-fisuri"

 

Daca aveti parere contrarie, putem discuta in momentul cand veniti cu argumente ca ce am zis eu este incorect / sau daca veniti cu argumente logice pentru varianta contrarie.
In cazul ca nu procedati asa, eu nu intentionez sa va raspund.

 

 

F - final

- cititi episodul 1, https://www.elforum.info/topic/159143-principii-functionare-statii-lipit-episodul-1-generalitati/

- va urma episodul 2.

[flomar60]

Util pentru toată lumea!...inclusiv pentru cei experimentați!

Mulțumim și La mulți ani!

[icar]

Eu nu inteleg de ce e asa de complicat de priceput ca nu se poate afisa temperatura varfului in mod corect. E clar ca varful disipeaza caldura primita prin conductie de la rezistenta, deci pierderi de temperatura, prin disipare si conductie termica. Daca pui senzorul in virf, se inverseaza treaba, cum bine ai subliniat.

Deci, chiar nu vad rostul contrazicerilor. E clar ca exista doua temperaturi, Tr si Tvv, care sunt diferite, Tvv fiind mai mica decat Tr oriunde pui senzorul, cum s-a demonstrat mai sus.

[Dxxx]

Exista si oameni care cred in primele impresii si nici nu pot sa accepte argumente incat sa-si schimbe parerea.

Ai fi surprins sa vezi cat de multi sunt...

 

Asta nu insemna ca nu exista si altii care din start isi dau seama de cum sta realitatea si pentru acestia argumentele mele par inutile. Nu pot zice decat "bravo lor".

 

Ce este important este ca toata lumea sa priceapa situatia, pentru ca in caz contrar nu vor pricepe multe din cele expuse ulterior.