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一、热熔胶枪概况:
一台得力(deli)HT6640家庭系列的热熔胶枪,其正、反面包装盒信息、电气参数以及使用说明见下各图:
胶枪自带独立底座,其各向图示如下:
因在使用过程中发现: 电源指示灯暗淡,且为绿色指示,不符合常规,需进行拆解改进,将绿色指示改为红色指示,并增加亮度。同时,利用拆解改进的机会,对热熔热胶枪进行规定条件下的加热测试,探讨其加热功率变化的规律。
二、热熔胶枪拆解:
用合适的撬棒插入前盖缝隙中解锁卡扣,可从本体上分离前盖,见下各图:
用合适的撬棒插入套壳缝隙中解锁卡扣,可从本体上分离套壳,从而露出固定螺丝,见下各图:
卸去七颗螺丝,可分开半面罩壳,看到内部结构和元件配置情况,见下图:
内部结构和元件配置放大图如下:
继续卸去二颗螺丝,可拆出绿色LED指示灯和电源按钮开关,见下图:
取出全部“内脏”,拆下防烫胶套,得到拆解“全家福”,见下图:
其中电气元件和电气连接见下图:
剥去热缩绝缘套管,暴露出保险丝F1和LED1指示灯的限流电阻R1,见下图:
保险丝F1参数:5A/250V,LED1限流电阻R1为1/8W,根据色环,读出阻值为200KΩ,见下各图:
实测LED1限流电阻R1阻值为196KΩ,PTC发热片的冷态电阻为448Ω,见下各图:
三、热熔胶枪改进:
根据热熔胶枪的实物电气连接,绘制出电路原理图如下:
通电临时测试一下LED1的亮度,亮度确实暗淡,需增加亮度。另绿色指示灯应改为红色指示灯,以符合习惯指示颜色。见下图:
断电,拆焊卸除LED1绿色指示灯及限流电阻R1。为解放双手,确保方便、可靠焊接,取出一对PCB磁夹,置于铁板上吸住,取出一个与原绿色LED尺寸一致的高亮红色LED,夹持于一个PCB磁夹上,将原限流电阻R1(200KΩ)夹持于另一个PCB磁夹上,紧靠对准并焊接,见下图:
焊接完成,采用PCB磁夹焊接操作,确实方便、快捷,而且焊点漂亮、牢靠。见下图:
首先在相关线路上串入直径合适的热缩套管,再将焊接好的高亮红色LED1及限流电阻R1组件正确焊接到电路中,加热热缩套管,使其收缩,见下图:
通电作临时测试,发现亮度增加了,当然颜色也改变为了符合习惯的红色,到此,改装完成,见下图:
断电,按照拆解过程相反的步骤组装好热熔胶枪,再次通电测试热熔胶枪是否正常工作?通电数分钟后,可正常操作,正常出胶,说明拆解和改装折腾没有引发新的故障,见下图:
四、热熔胶枪测试:
4-1、出胶温度测试:
取出白光191电烙铁温度校准仪,取下三角形电烙铁温度传感器,连接上K型热电偶,按下开关通电,测得室温为21℃,见下图:
将K型热电偶插入防烫胶套,接通热熔胶枪电源,等待数分钟后,热熔胶枪可顺利出胶,继续通电加热,并使其静止,不进行挤胶操作,PTC加热片温度平衡后观察出胶口金属部位温度达到149℃,见下图:
4-2、静止加热过程测试:
在21℃的环境温度下,接入电力监测仪,接通电源,简要测试其加热过程的功率变化,并用手机以30 /秒的帧率进行全程摄录,以便逐帧分析功率随时间的变化。
测试条件:胶枪内已填充满凝固的热熔胶以及胶棒,测试过程中,胶枪静止,不作任何挤胶、出胶操作。
在接通电源后的约1秒时间内,加热功率从0跃升到最大功率99.43W,同时产生冲击电流为99.43W/220V=0.452A。见下图:
通电约2秒时间内,加热功率又快速回降到39.13,见下图:
接着加热功率依次下降到33.79W、31.22W、30.27W、29.40W、……,见下各图:
通电约1分时间内,加热功率下降到19.61W,见下图:
通电约2分时间内,加热功率下降到14.88W,见下图:
随后随着通电加热时间的增加,加热功率缓慢下降,直至建立动态恒温平衡。根据以上测试和逐帧观察、分析,简要画出该热熔胶枪的加热功率(对时间)曲线如下:
这是PTC加热功率(对时间)的典型曲线,曲线表明:PTC加热过程可粗略分为启动冲击、快速下降和缓慢下降三个阶段,最后达到平衡(恒温)。
4-3、连续出胶加热测试:
首先采用4-2相同的条件和方法,在24.7℃的环境温度下,静止加热胶棒,大约经过10多分钟通电加热后,达到较稳定的平衡(恒温)状态,加热功率基本维持恒定在7.39—7.47W范围内微弱波动,波动幅度7.47-7.39=0.08W,见下各图:
接着手持胶枪,一刻不停的连续挤胶,一根胶棒使用完毕时紧接着填入另一根新胶棒,以实现连续出胶,同时观察电力监测仪的功率变化:在1分钟之内,加热功率持续上升到最大值16.23W,见下图:
然后加热功率又少许下降,最终基本维持在16.06—16.23W之间波动,波动幅度为16.23-16.06=0.17W,这就是本胶枪热态时的连续出胶加热功率范围,其算术平均加热功率约为(16.06+16.23)/2=16.15W。见下各图:
停止挤胶,将胶枪搁置于底座上保持静止,则加热功率开始下降,以下是功率在持续下降过程中的二个图示,最终加热功率下降到当初的平衡(恒温)状态,即上述测得的7.39—7.47W。
最终留下一大坨凝固的热熔胶,足有5根胶棒(φ7×100mm)的量,见下图:
五、热熔胶枪后续优化:
5-1、保险丝选用5A过大,削弱了电流保护作用。上述计算表明,冲击电流为0.452A,考虑冲击电流的瞬时值为√2*0.452A=0.639A,故选用2A保险丝已有足够的过电流保护余量。待下次拆解时,将5A保险丝改进为2A保险丝已足够。
5-2、指示灯电路采用串联的LED与限流电阻,并接于AC220V,虽然这是常规的电路和接法,但影响LED使用寿命,LED兼顾了整流的作用。待下次拆解时,再在指示灯电路中串入一个整流二极管1N4007,并通过LED亮度的试验,相应减小限流电阻阻值。
5-3、使用说明书提示需预热5分钟才可正常挤胶、出胶使用,但根据实测的功率加热曲线和实际使用情况,预热2分钟后,功率变化已趋于缓慢,即可正常使用。
5-4、鉴于热熔胶枪的出胶量仅为≥4g/min,适合间歇性使用,无法用于大面积涂胶粘贴,因此使用说明也提示这是一台家用系列(Home Series)的热熔胶枪,而非工业用途的热熔胶枪。
5-5、后续进一步改造可根据热熔胶枪的内部空间,采用锂电池供电,以解决AC220V电源线的束缚。这需要更换PTC发热片,添加锂电池充电、保护电路,以及PTC加热控制电路。坛友已经有将T12用于热熔胶枪的成功改造案例,但这也是一项不小的“工程”。
六、热熔胶枪标注功率问题:
热熔胶枪标注的功率为40W,通过对热熔胶枪的加热功率测试,发现其加热功率是随时间、随状态变化的,且变化幅度较大,通电初始,功率较小,随后急速攀升至最大冲击功率,之后又逐渐下调,最终达到稳定状态。当散热条件发生变化时,PTC会自我调节功率和温度,以恢复平衡,这就表明:PTC加热元件在运行过程中的输入功率和电流并非一成不变,而是随着PTC阻值的变化而动态调整。那么标注的40W功率到底是指什么功率?或者是在什么使用条件下的功率?上述测试表明:静止状态的平衡功率只有7.39—7.47W,热态条件下正常连续出胶的平均功率只有16.15W,难道这40W功率是冷态条件下将胶棒加热至熔化的平均功率?这百思不得其解。
查阅相关资料,PTC功率的正规精确测试和标定相当复杂。国际电工委员会在IEC60335-1新版规范中详细规定了相关的PTC测试要求和流程,旧版规范是简单采用代表性期间的功率或电流积分平均值来定义,而新版规范引入了10%规则。这一规则要求将代表性期间的有功功率或有效电流值按降序排列,并选取位于10%位置的值。此外还需比较最大值、算术平均值与10%规则得出的值,以确定最适合的值来定义输入功率或电流。
此外IEC60335-1标准中,对测量设备也提出了要求:
采样率要求:在每个周期内,至少应具备100个采样点。特别地,当被测信号的频率为50Hz时,采样率不应低于5000S/s。
数据更新周期:大于占空比最小开关周期的10%,同时不得小于1个交流周期。进一步,将数据更新周期设定为交流周期。
测量设备:采用符合以上采样率和数据更新的实验室高档单相电源、函数信号发生器、功率分析仪等。
因此,推测要想正规、精确测试PTC的功率,从而回答标注功率40W的问题,必须采用IEC60335-1新版规范来测试,但对于我们个人来说,测试的必要性,高昂的经济财力,繁复的工作量决定了这是有心无力、望尘莫及之事。
本帖完。
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