一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机
技术领域
本发明属于电熔焊接技术领域，具体涉及具有显示电阻数值功能的电熔焊接机。
背景技术
聚乙烯管材具有强度大、耐用、耐腐蚀、生产安装成本低和易于连接等优点，广泛应用于燃气输送、给水、油田等领域。聚乙烯管材连接的可靠性是影响管材安装质量和使用寿命的关键因素，电熔焊接由于其操作简单、焊接速度快、焊接质量高等优点，是聚乙烯管材焊接的主要方法之一。
电熔焊接的基本原理是将预埋了电阻丝的电熔管件接头套在管材上,然后通以一定强度的电流,电阻丝发热使管件接头与管材上的连接部位熔化,在熔胀压力的作用下连接界面两侧的树脂分子重新绕结,冷却后达到连接的目的。
根据电熔焊接原理和国内外的实践经验证实，聚乙烯管材能否形成可靠的焊接连接，与电熔管件的设计、电熔管件内预埋电阻丝的阻值大小、电熔焊接机提供的焊接电压、焊接工艺参数等因素有密切关系。而且，电熔焊接机输出的焊接电压是通过电熔管件的阻值计算得出的。因此，电熔管件内预埋的电阻丝的电阻值的测量至关重要。
普通的电熔焊接机是通过人工手持读卡器扫描读取管件参数，然而，电熔管件内预埋的电阻丝的直径、长度的不同决定了其阻值的不同，另外受环境温度以及设备使用时间的影响，本身阻值也会发生变化。由于不能准确的测量电熔管件内预埋电阻丝的阻值，无法确定电熔焊接机的精确输出电压，影响焊接质量。
发明内容
针对现有技术中不能准确的测量电熔管件内预埋电阻丝的阻值，无法确定电熔焊接机的精确输出电压，影响焊接质量的问题，提供了一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机，能够自动测量并显示电熔管件的阻值大小，通过测量电熔管件的电阻，使电熔焊接机的焊接电压输出更精确，焊接质量更高。
本发明采用的技术方案是：
一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机，包括壳体、显示屏、测量电路、开关电源和电熔管件；
所述测量电路设置于壳体内部，包括主控芯片、扩流电路、串联电阻电路和并联电阻电路；
所述扩流电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和三极管T1，所述第一运算放大器U1的输出端与第二运算放大器U2的同相输入端电连接，所述第二运算放大器U2的负电源端接地，所述第二运算放大器U2的正电源端接直流电源正极，所述第二运算放大器U2的输出端接三极管T1基极端，所述第二运算放大器U2的反相输入端与其输出端和三极管T1基极端之间的连接线电连接，所述三极管T1的集电极端接直流电源正极；
所述串联电阻电路由第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5依次串联而成，第三电阻R3的另一端接地，第五电阻R5的另一端接地；
所述并联电阻电路包括第一连接端V1、第二连接端V2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10，所述第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10的一端均与第一连接端V1连接，另一端均与第二连接端V2连接；
所述主控芯片的输出端与第一运算放大器U1的同相输入端连接，提供电压输出信号；
所述第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3和第四电阻R4之间的连接线连接；
所述三级管T1的发射极端与并联电阻电路的第一连接端V1连接；
第三连接端V3设置于所述第四电阻R4和第五电阻R5之间的连接线上；
所述主控芯片的三个输入端分别连接第一连接端V1、第二连接端V2、第三连接端V3，分别采集三个测试点的电压值；
所述显示屏设置于壳体上，与主控芯片的I/O接口连接，用于显示测得的电熔管件内的电阻值；
所述电熔管件两端分别通过第一继电器PF7和第二继电器PF8与开关电源的输出正、负极端连接；
所述电熔管件两端分别通过第一继电器Relay1和第二继电器Relay2与第二连接端V2、第三连接端V3连接；
所述第一继电器Relay1、第二继电器Relay2的接口与主控芯片的I/O口连接，由第一继电器Relay1和第二继电器Relay2控制，使电熔管件接入开关电源电路，进行焊接工作，或者，使电熔管件接入测量电路进行测量阻值大小。
优选的，第二运算放大器U2的正电源端与电源正极12V的连接线上一点连接第四电容C4，第四电容C4的另一端接地。
优选的，主控芯片的输出端和第一运算放大器U1的同相输入端连接线上接入第二电阻R2。
优选的，所述主控芯片为STM32芯片，其DAC模块为输出端，提供电压信号，其ADC模块为输入端，分别采集第一连接端V1、第二连接端V2、第三连接端V3的电压值。
优选的，所述主控芯片连接有时钟电路和复位电路。
优选的，所述第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10的阻值均为10Ω。
本发明的有益效果：
本发明的一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机，其内置了测量电熔管件微小电阻的电路，能够精确测量出管件阻值，并实时显示在液晶显示屏上，根据电阻值大小，从而精确确定输入的焊接电压，提高聚乙烯管道的焊接质量。
附图说明
图1为本发明一实施例的测量电路图；
图2为本发明一实施例主控芯片及其外围电路图；
图3为本发明一实施例扩流电路图；
图4为本发明一实施例并联电阻电路；
图5为本发明一实施例的焊接机示意图；
图6为本发明一实施例的继电器电路图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案做进一步说明。
一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机，包括壳体1、显示屏2、测量电路、开关电源和电熔管件7。
测量电路包括主控芯片STM32F103ZET6、扩流电路、串联电阻电路和并联电阻电路。
扩流电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2和三极管T1，第一运算放大器U1的输出端与第二运算放大器U2的同相输入端电连接，第二运算放大器U2的负电源端接地，第二运算放大器U2的正电源端接电源正极12V，第二运算放大器U2的输出端接三极管T1基极端，第二运算放大器U2的反相输入端与其输出端和三极管T1基极端之间的连接线连接，三极管T1的集电极端与直流电源正极+5V连接。
串联电阻电路由第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5依次串联而成，第三电阻R3的另一端接地，第五电阻R5的另一端接地。
并联电阻电路包括第一连接端V1、第二连接端V2、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻10，第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻10的一端与第一连接端V1连接，另一端与第二连接端V2连接。第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻10的阻值均为10Ω。
主控芯片的DAC模块为输出端与第一运算放大器U1的同相输入端连接，提供电压输出信号，主控芯片的输出端和第一运算放大器U1的同相输入端连接线上接入第二电阻R2。
第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3和第四电阻R4之间的连接线连接，三级管T1的发射极端与并联电阻电路的第一连接端V1连接，第三连接端V3设置于第四电阻R4和第五电阻R5之间的连接线上。
主控芯片ADC模块的三个输入端分别连接第一连接端V1、第二连接端V2、第三连接端V3，分别采集三个测试点的电压值，并进行换算，计算待测电阻值。
第一连接端V1连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接电源正极3.3V，第二连接端V2连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接电源正极3.3V，第三连接端V3连接第三二极管D3的正极，第三二极管D3的负极连接电源正极3.3V。
第二运算放大器U2的正电源端与电源正极12V的连接线上一点连接第四电容C4，第四电容C4的另一端接地。
所述显示屏设置于壳体上，与主控芯片的I/O接口连接，用于显示测得的电熔管件内的电阻值；
所述电熔管件两端分别通过第一继电器Relay1和第二继电器Relay2与开关电源的输出正、负极端连接；
所述电熔管件两端分别通过第一继电器Relay1和第二继电器Relay2与第二连接端V2、第三连接端V3连接；
所述第一继电器Relay1、第二继电器Relay2的接口与主控芯片的I/O口连接，由第一继电器Relay1和第二继电器Relay2控制，使电熔管件接入开关电源电路，进行焊接工作，或者，使电熔管件接入测量电路进行测量阻值大小。
图1为测量电路图，可以实现电熔管件微小电阻的自动测量。
图2为主控芯片STM32F103ZET6及其外围电路，STM32芯片用于控制整个测量电路的电熔管件阻值的自动测量；STM32芯片的外围电路包括时钟电路和复位电路，时钟电路为STM32芯片的正常工作提供一个基准时钟，复位电路完成STM32芯片的初始化。测量电路设计中主要用到了STM32芯片的DAC模块和ADC模块，DAC模块为测量电路提供输入电压，ADC模块用于采集测试点V1、V2、V3的电压值，用于电熔管件阻值的计算。由主控芯片根据采集的三点电压值和并联电阻值，换算得到待测电阻值。
图3为扩流电路。其中，第二运算放大器U2为电压跟随作用，具有低输出阻抗，对后级电路相当于一个恒压源，而且具有隔离作用。当运算放大器U2的输出电压使三极管T1导通时，T1把微弱的电流信号放大成幅值较大的电流信号，从而达到扩流目的。因为待测管件的阻值较小，分压电路中通入大电流，可以提高测量的准确度。
图4为分压电路，R6、R7、R8、R9、R10为测量电路的内部电阻，阻值为10Ω，并联电阻为2Ω。因为流入分压电路的为大电流信号，故需要并联多个电阻，防止烧坏。当要测量电熔管件的阻值时，把待测的电熔管件连接在测试点第二连接端V2、第三连接端V3之间，当未测量管件时，测试点第二连接端V2、第三连接端V3连接在一起。电熔管件的阻值通过与测量电路内部电阻的分压计算得出，分压公式为
图5为电熔焊接机的结构示意图，焊接接头8以及电熔管件7和聚乙烯管材6，电源按钮3、焊接按钮4和急停按钮5。首先，将电熔管件接入电路中，按下电源按钮，电熔焊接机开始工作，测量出管件阻值并显示在显示屏上，计算出焊接电压和焊接时间后，按下焊接按钮开始焊接，焊接完成后自动停止；当焊接过程中有故障发生时，按下急停按钮可终止焊接。
图6为继电器电路，端子1是焊接接头，接入电熔管件；端子2接入电熔管件微小电阻的测量电路；端子3接入开关电源电路，输出焊接电压；PF7、PF8连接到STM32的I/O口，控制继电器的工作，完成电阻测量电路和开关电源电路的转换。电熔焊接机上电时，继电器断电，焊接接头8接入电阻测量电路，测量电熔管件的阻值。延时一段时间后，继电器上电，焊接接头接入开关电源电路，输出计算好的焊接电压，开始电熔管件的焊接。焊接时间到，继电器断电，停止焊接。
下面对本发明的电路原理做进一步的详细说明。
本发明设计的一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机中，STM32芯片为主控芯片，控制整个电路的工作。由主控芯片控制第一继电器、第二继电器，使电路在阻值测量和焊接工作之间切换。焊接工作的时候，开关电源供电，对电熔管件进行电加热，对内部的聚乙烯管材6的连接部位进行加热熔化。测量电熔管件电阻值的时候，STM32芯片的DAC模块给出一个电压信号，经过R2流入运算放大器U1，U1及其外部电路组成了同相放大电路，对DAC模块输出的电压信号放大。U1的输出信号经过U2和T1电路的扩流作用，放大成大电流信号，流入分压电路中。STM32的ADC模块采集测试点V1、V2、V3的电压，V1和V2之间的电压差为测量电路内部电阻的压降，V2和V3之间的电压差为待测电熔管件电阻上的压降，通过分压原理，得出电熔管件阻值的计算公式为
本发明设计的一种具有显示电阻数值功能的电熔焊接机，其测量范围为0.1Ω-10Ω，基本满足所有型号的电熔管件阻值的测量，且具有测量精度高，测量准确的特点，从而可以提高聚乙烯管材的焊接质量。
其中，R1＝10KΩ；R2＝1KΩ；R3＝R4＝300KΩ；R5＝10KΩ。
可理解的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
