Список программ для создания римской масляной лампады

Печку делаем маленькую из трехлитровой кастрюли двух шамотных кирпичей, каолиновой ваты и проволоки из фехраля толщиной 0,6 мм. Для контроля температуры потребуется сварить термопару, для чего нам понадобится проволока хромель и проволока алюмель. Термопару варим графитовым грифелем, подсоединенным к аккумулятору для модели вертолета  в 12 В и с допустимым током 75 А. Основная проблема была так осветить проволоки, чтобы они были видны в темных очках, до возникновения дуги.

  Каолиновая вата распирается тремя кольцами из стальной проволоки, которые в свою очередь той же проволокой притягиваются к отверстиям в стенках кастрюли. Сопротивление спирали 40 Ом. Максимальный ток 5 А. Электрические выводы сделаны стальной проволокой и ее соединение с проволокой из фехраля   является слабым местом - сопротивление контакта растет и проволока ломается. Заменил винт и стальную проволоку на 4 проволоки из фехраля, которые скрутил и приварил к спирали. Сопротивление ввода в 4 раза меньше, чем удельное сопротивление остальной спирали, и он практически не нагревается в точке сопряжения с медным проводом. В любом случае перед запуском печи необходимо измерять сопротивление на входе. В остальном конструкция оказалась весьма удачной, однако при первом рабочем нагреве выяснилось, что, хотя все мы читали Брэдбери 451 градус по Фаренгейту, но плохо представляем эту величину.  А это  233 градуса по Цельсию.  Дерево загорается при 300 градусах, но  начинает обугливаться уже при 150 градусах и при нагреве свыше 20 часов возможно возгорание уже при температуре 166 градусов. Поэтому я был большим оптимистом, думая, что один слой шамотных кирпичей - достаточная теплоизоляция для табурета.   Низ кирпичей к достиг 352 градусов и, хотя открытого огня не было, табурет приобрел впечатляющий вид.

Поэтому конструкция была усовершенствована и дополнена снизу отражателем от обогревателя типа рефлектор.

Когда печка будет готова, потребуется создать электронный блок для регулировки нагрева. Для создания схемы  потребуется программа Fritzing.

Был реализован регулятор с фазовым управлением. Использован симистор BTA24-800B.  Похоже, что 800 В является важным параметром, поскольку несколько BT138-600E у меня сгорели, а BT136-800E отлично работали, но у них был ток до 4 А, что для данной печки мало. Я ставил 2 параллельно и они выдерживали 5А, но подобное подключение считается плохим тоном и я перешел на более мощные.  Отмечу, что BT136-800E оказался единственным который правильно определялся китайским тестером вне зависимости от того в какой последовательности ножки симистора подключены к контактам.

BTA24 вообще определялся как сопротивление между 1 и 3 ножками, однако прекрасно работает. Поэтому я рекомендую даже при наличии тестера проверять симисторы дополнительно с помощью лампочки и батарейки. Для управления симистором использовалась симисторная  оптопара MOC3023, а в качестве детектора нуля используются две включенных навстречу транзисторных оптопары P521. В этой схеме использован датчик тока ACS712, рассчитанный на 30 А. В другом собранном мной  варианте использован линейный датчик Холла KY-024 расположенный рядом с несколькими витками провода, ведущего к нагревателю. В этом случае мы можем регулировать диапазон, перемещая датчик относительно катушки. Использован модуль преобразователя термопары на MAX6675, позволяющий оцифровывать сигнал с термопары и передавать его через SPI (последовательный периферийный интерфейс) микрокомпьютеру Arduino Nano, который в свою очередь управляет фазой включения симистора. Изменение тока может осуществляться как с помощью переменного сопротивления, так и программно через последовательный интерфейс.  Для программирования потребуется  Arduino IDE, почти все необходимые дополнительные библиотеки можно найти на сайте AlexGyver. Наибольшее влияние на мою конструкцию оказала его статья УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОЙ НАГРУЗКОЙ.

Arduino Nano можно напрямую подключить к компьютеру или телефону через USB. Можно установить блок Bluetooth и получать значения температуры и тока на телефон, а также управлять с него процессом нагрева. Были реализованы следующие возможности управления: изменение тока от нуля до максимального значения, определяемого сопротивлением спирали, задание значения температуры для ПИД регулятора, плавное изменение тока до достижения заданной температуры, задание скорости изменения тока. Управление осуществляется посылкой числа, где число тысяч обозначает команду, а значения от 0 до 999 передаваемый параметр. Таким образом отслеживать и управлять можно с помощью любого последовательного терминала. При изменении значения переменного сопротивления управление током передается ему до получения новых команд от компьютера. Для графического отображения и дистанционного управления можно воспользоваться плоттером последовательного соединения из Arduino IDE (У Arduino IDE 1.8 и Arduino IDE 2.1 разный синтаксис возможных подписей при выводе нескольких графиков на плоттер. Те графики, что отображаются в 1.8, могут не отображаться  в 2.1). Исходный код программы актуальный на момент написания статьи выкладываю исключительно для истории.

У нас очень длительный процесс и для его отображения  я написал  программу на Gambas. Основным параметром при обжиге является скорость нагрева, а не поддержание постоянной температуры, поэтому алгоритмы ПИД регулятора не очень востребованы. Наглядное отображение угла наклона графиков изменения температуры и тока дают больше возможностей для контроля и управления процессом нагрева. Учитывая маленький объем печки, то и остужать ее приходится, постепенно уменьшая ток. У меня нагрев занимал минимум 7 часов, тогда как получившаяся печка с мощностью в 1 кВт была способна нагреться пустая до 800º за 10 минут, до 900º за 17 минут. Для унификации отображения и управления, как на компьютере, так и на смартфоне я подсоединил к Arduino Nano Raspberry Pi Zero W с запущенной программой написанной на Gambas и получил возможность управлять процессом с любого устройства в локальной сети через VNC.

В верхней строке отображается ток в сантиАмперах, температура, время в минутах от запуска программы, скорость нагрева в градусах в час. Два  окна с графиками. Первое за последние 10 минут, а второе за все время работы. Внизу настройки порта и окно терминала с отображением текущих значений передаваемых Arduino и возможностью отправлять управляющие команды. Архив исходников.

Типичный процесс обжига: посылаемые для этого команды на следующем графике.

Для калибровки датчика тока и аппроксимации кривой зависимости тока от сигнала с Arduino потребуется программа LabPlot2.

Однако, поскольку я использовал однонаправленные  оптроны для поиска нуля при управлении симистором, то понадобился для отладки  осциллограф, и для него программа bitscope-dso. Наглядно показан сигнал с детектора нуля: желтый аналоговый и пурпурный цифровой и изменение длины импульса фазового регулятора : зеленый аналоговый и синий цифровой. 

Если естественный цвет обожженной глины нам не слишком нравится, то можно применить молочение, для которого наша печь тоже годится. На следующем графике показаны два процесса обжига после полоскания в молоке с небольшой разницей в температуре.

Результат же будет отличатся довольно сильно.