Hobby-lab: 858D hetelucht station

(gepubliceerd op 12-12-2020)

Met zijn temperatuurbereik van 100 °C tot 450 °C kunt u de 858D zowel gebruiken voor het krimpen van krimpkous als voor het (de)solderen van SMD-onderdelen op uw printen. Wij demonteerden een exemplaar en ontdekten de goede en slechte eigenschappen van dit apparaat.

Kennismaking met de 858D

Fabrikant, typenummer en prijs

De 858D is weer zo'n typisch Chinees product dat onder een heleboel diverse fabrikanten namen wordt aangeboden. Wij vonden, na een korte zoektocht op internet:

       - BEST 858D

       - Baku BK-858D

       - JCD 858D

       - Youyue 858D

       - Atten 858D+

       - Zeny 858D

De prijzen variëren nogal. Bij Banggood koopt u een merkloos exemplaar voor € 32,21, maar voor de Baku BK-858D moet u € 59,95 betalen. Bij AlieExpress wordt u lekker gemaakt met aanbiedingen van € 12,84, maar dan moet u wél € 24,64 verzending betalen, dus dat is niet goedkoper.

Wél moet worden opgemerkt dat er tussen de diverse modellen een paar kleine verschillen zitten. Zo zijn de duurdere modellen voorzien van een ronde achtpolige connector aan de kabel van het handvat en van een IEC connector met ingebouwde zekering voor het aansluiten van de netkabel. Bij de goedkopere modellen gaan beide kabels via een eenvoudige kabeldoorvoer in het apparaat.

Wij kochten het geteste exemplaar bij Banggood. Dat merkloze model wordt geleverd met een netkabel met een Chinese netstekker met drie platte pennen. Gelukkig wordt een adapter naar een Europese randaarde stekker meegeleverd. Bij dit apparaat komen beide kabels zonder connectoren uit het apparaat.

Het prijsverschil: aansluiting van het handvat met of zonder connector.
(© 2020 Jos Verstraten)

Wat wordt geleverd

De 858D wordt goed verpakt geleverd in een stevige kartonnen doos. In de doos zitten:

       - Het 858D hetelucht station.

       - Een houder voor het handvat.

       - Een Euro-adapter voor de netstekker.

       - Drie nozzles met diverse diameters.

       - Een Chinees/Engelse handleiding.

Het station zit in een stevige metalen behuizing met als afmetingen 13,5 bij 10,0 cm als frontplaat en 15,0 cm als diepte. Het apparaat staat met zijn gewicht van 1,55 kg en zijn rubberen voetjes stevig op de tafel. U kunt de houder voor het handvat met twee schroefjes zowel links als rechts op de behuizing bevestigen.

De complete inhoud van het pakket. (© 2020 Jos Verstraten)

Technische gegevens

De leverancier geeft de onderstaande specificaties:

       - Spanning: 230 V

       - Vermogen: 700 W max.

       - Uitstroom temperatuur: 100 °C ~ 450 °C

       - Geluid van de ventilator: minder dan 45 dB

       - Display: drie-digit LED

       - Resolutie temperatuurmeter: 1 °C

       - Luchtpomp: borstelloze centrifugale ventilator

       - Capaciteit: 120 liter/minuut max.

       - Temperatuurregeling: thermokoppel en microcontroller

Het hetelucht station

Op het frontpaneel ziet u het driecijferige display dat eerst de gewenste temperatuur weergeeft en nadien de actuele temperatuur in de uitstroom opening van het handvat. Met de twee rode drukknoppen stelt u de gewenste temperatuur is tussen 100 °C en 450 °C. Een korte druk op een knop verhoogt of verlaagt de temperatuur met één graad. Na iets langer drukken loopt het display snel op of neer en kunt u de gewenste temperatuur snel instellen. Eén seconde na deze instelling begint het display de actuele temperatuur in de uitstroom opening weer te geven.

Boven de twee drukknoppen is een klein gaatje in de frontplaat met de benaming 'CAL'. Achter dit gaatje staat een instelpotentiometer waarmee u het display kunt kalibreren, als u daar de meetapparatuur voor in huis hebt.

Met de zwarte draaiknop kunt u de hoeveelheid lucht instellen die uit het handvat wordt geblazen. Links onder zit de netschakelaar. Op de achterzijde ziet u de netspanningskabel en een zekeringhouder voor een standaard glaszekering. De kwalitatief uitstekende netkabel heeft een lente van 95 cm.

Voor- en achterzijde van de 858D. (© 2020 Jos Verstraten)

Het handvat

Het handvat waar de hetelucht uitkomt is 22,5 cm lang en heeft een gewicht van slechts 172 gram. Het is met een zeer flexibele 70 cm lange kabel met het station verbonden. In de ronde achterzijde zit een kleine centrifugale ventilator die zorgt voor de luchtstroom. De voorzijde van het handvat is van metaal. Hierin zit het verwarmingselement en een thermokoppel dat de temperatuur van de uitstromende lucht meet. Dit metalen deel heeft een diameter van 25 mm en heeft een primitieve bajonetvatting waarop u de nozzles kunt bevestigen.

Behalve het verwarmingselement, de ventilator en het thermokoppel bevat het handvat ook nog een reed-schakelaar, die een signaal geeft als u het handvat in de houder plaatst, lees verder.

Het 22,5 cm lange handvat met ventilator. (© AliExpress)

De nozzles

Bij het Banggood pakket worden drie nozzles geleverd met uitstroom diameters van 5 mm, 7 mm en 10 mm. Zij kunnen met één handbeweging op de uitstroom opening van het handvat worden gemonteerd. Sommige duurdere aanbieders leveren tot wel zeven nozzles bij de 858D. U kunt dergelijke sets echter voor een paar euro ook los aanschaffen.

De drie door Banggood meegeleverde nozzles. (© Banggood)

Het werken met de 858D

De bediening

De bediening van het apparaat is uiterst eenvoudig. Begin steeds met het handvat in de houder geplaatst. In de houder zit namelijk een klein magneetje dat de reed-schakelaar in het handvat sluit. De microcontroller weet dan dat het handvat in de houder zit en het niet de bedoeling is het verwarmingselement aan te sturen. Schakel de 858D in. Er verschijnen drie streepjes '---' in het display, de indicatie voor een temperatuur lager dan 100 °C. Druk vervolgens op de bovenste drukknop. De indicatie verandert in '101', door langer op de drukknop te drukken kunt u de temperatuur op de gewenste waarde instellen. Zet de draaiknop die de hoeveelheid lucht regelt in de maximale stand. Het display staat inmiddels weer op '---'. 

Pak nu het handvat in de hand, de ventilator gaat onmiddellijk draaien en het verwarmingselement in het handvat wordt aangestuurd. Op het display verschijnt de actuele temperatuur in de uitstroom opening van het handvat. U ziet dat deze temperatuur razendsnel stijgt tot de ingestelde waarde.

Als uw werk klaar is plaatst u het handvat weer in de houder. Het reed-contact sluit, de microcontroller stopt met het aansturen van het verwarmingselement. De ventilator blijft echter draaien tot de temperatuur in de uitstroom opening gedaald is tot 100 °C. Op dat moment valt ook de ventilator uit en verschijnt weer '---' in het display.

De microcontroller bewaart de laatst ingestelde temperatuur in een niet vluchtig geheugen.



De vreemde indicatie van de temperatuur

Met de indicatie van de temperatuur in het LED-display is iets vreemd aan de hand. Als u het handvat in de hand neemt gaat het display de actuele temperatuur in de uitstroom opening weergeven. Op het moment dat deze temperatuur echter de ingestelde waarde heeft bereikt bevriest het display op deze waarde. Uit onze experimenten blijkt dat het systeem om de een of andere reden vanaf dat moment niet meer de actuele temperatuur weergeeft, maar de ingestelde temperatuur. Het is immers logisch dat, als u de luchtstroom blokkeert, de temperatuur in de uitstroom opening even stijgt. Geen enkel regelsysteem kan immers een dergelijke actie onmiddellijk compenseren door het verwarmingselement minder aan te sturen. Als de actuele temperatuur zou worden weergegeven, dan zou deze in ieder geval even moeten stijgen en nadien weer dalen door de actie van het regelsysteem. Dat gebeurt echter niet, het display blijft beweren dat de temperatuur in de uitstroom opening gelijk is aan de ingestelde waarde.

Een vreemde beslissing van de ontwerpers, waar wij de logica niet van inzien.

De elektronica in de 858D

De elektronica in het handvat

In het handvat zit:

       - Een thermokoppel.

       - Een regelbaar verwarmingselement.

       - Een regelbare centrifugale ventilator.

       - Een reed-schakelaar.

Bovendien is het metalen deel van het handvat ook nog eens geaard. Het is dus niet zo vreemd dat er een acht-aderige kabel nodig is om die elementen uit te lezen en aan te sturen. Na het losschroeven van het voorste deel van het handvat en het verwijderen van twee kleine schroefjes kunt u het handvat openen, zie de onderstaande foto.

Tot onze verbijstering blijkt dat alle bedrading is uitgevoerd met zeer dunne adertjes, zelfs de 230 V bedrading naar het verwarmingselement. Volgens de specificaties levert dit element maximaal 700 W, wat overeen komt met een stroom van 3 A. Als dat op de lange termijn maar goed blijft gaan! Ook de aarding van de metalen cilinder is uitgevoerd met een dergelijk dun adertje.

Linksonder in de foto ziet u het toegepaste verwarmingselement. Dit element zit uiteraard in de metalen cilinder die u rechtsboven ziet. Dit element bevat niet alleen de verwarmingsspiraal, maar ook het thermokoppel dat in de top zit en de uitstroom temperatuur meet. Rechts onder staat het kleine centrifugale ventilatortje waarvan de uitstroom opening door middel van een rubberen kraag luchtdicht in de behuizing zit opgesloten. De ventilator werkt op 24 V gelijkspanning.

Het kleine printje wordt uitsluitend gebruikt om de acht aders van de kabel door te verbinden met de diverse elementen in het handvat. Dat gebeurt met solderingen die niet allemaal even netjes met de hand zijn uitgevoerd. Tussen de twee soldeer pad's die de 230 V verbinden met de draadjes naar het verwarmingselement zit door de te dikke soldeer klodders bijvoorbeeld maar een zeer dun laagje isolatie.

De bedrading in het handvat. (© 2020 Jos Verstraten)

De elektronica in het station

Na het open schroeven van de behuizing ontplooit zich een waar spinnenweb van bedrading voor onze ogen, zie onderstaande foto. De eerste indruk is: slordig! De aansluitingen op de print die rechtstreeks met de netspanning zijn verbonden zijn uitgevoerd met een printconnector. De overige draadjes zijn rechtstreeks in de print gesoldeerd. Een aantal punten die ons opvallen:

• De netschakelaar is slechts enkelpolig uitgevoerd.
• Alle netspanning voerende soldeerpunten zijn netjes afgewerkt met krimpkous.
• Op het frontplaatje zit het centraal aardingspunt. De aardings-ader uit het netsnoer en de aardings-ader uit de acht-aderige kabel zijn rechtstreeks met dit punt verbonden. Het had niet erg veel extra gekost om onder een van de schroeven van de trafo een soldeerlipje op te nemen en via een draadje ook de behuizing rechtstreeks met het aardingspunt te verbinden.
• De trafo staat te dicht bij de soldeerlipjes van de zekeringhouder, een van de met krimpkous geïsoleerde draadjes die op deze houder zijn gesoldeerd schuurt nu tegen de trafo.
• De trafo heeft twee secundaire wikkelingen, een van 11 V en een van 24 V. Die van 11 V wordt gebruikt voor het genereren van de +5 V voedingsspanning voor de besturingselektronica, die van 24 V voor het genereren van de voedingsspanning voor de 24 V ventilator in het handvat.
• Er worden geen SMD-componenten toegepast.
• Het regelen van het vermogen van het 230 V verwarmingselement gaat via een triac van het type BTA41600 en een optische koppelaar van het type MOC3041M die de gate aanstuurt. De netspanning is dus galvanisch gescheiden van de besturingselektronica en de bedieningselementen op de frontplaat. De triac zit op een forse koelplaat.
• Als microcontroller wordt een S3F94C4 (origineel ontworpen door Zilog) toegepast. De firmware en de opslag van de laatst ingestelde temperatuur zit in een 24C02 EEPROM.
• Voor het versterken van het signaal van het thermokoppel wordt een op-amp van het type OP07CP toegepast.
• De ventilator wordt aangestuurd met een darlington van het type TIP122. Omdat deze halfgeleider niet wordt gekoeld is het aannemelijk dat de snelheid van de motor wordt geregeld met pulsbreedte modulatie (PWM) van de 24 V voedingsspanning.
  
  

De opbouw van de elektronica in het station. (© 2020 Jos Verstraten)

De print van de 858D

De in de onderstaande foto voorgestelde print is enkelzijdig en met de hand gesoldeerd. Niet alle solderingen zijn even zorgvuldig uitgevoerd. Veel schokkender is echter de constatering dat de ontwerper van deze print geen enkele maatregel heeft getroffen om het 230 V deel goed te isoleren van het laagspanningsdeel. Wij hebben het deel dat rechtstreeks is verbonden met de 230 V netspanning rood omkaderd. Om sommige plaatsen is er tussen de 230 V pad's en de naastgelegen laagspanning track's minder dan 1 mm isolatie aanwezig! Dat had niet alleen beter gekund, maar had beter gemoeten!

De koperzijde van de print. (© 2020 Jos Verstraten)

Wil de echte 858D opstaan?

Het komt vaker voor dat een en hetzelfde Chinees apparaat onder diverse merknamen wordt verkocht. Intern blijkt dan dat alle apparaten volledig identiek zijn en duidelijk afkomstig van dezelfde productielijn. Dat is niet het geval bij de 858D. Wij vermeldden al de verschillen in de manier waarom de twee kabels op het apparaat zijn aangesloten. Maar ook tussen de printen van diverse apparaten bestaan grote verschillen. Een korte zoektocht naar '858D teardown' op Google leverde vier verschillende print layout's op. Alleen de plaats van de display's, de potentiometer, de twee drukknoppen en de kalibratie-trimmer zijn identiek. Onze kritiek op de slechte isolatie tussen het 230 V circuit en het laagspanning circuit geldt bijvoorbeeld duidelijk niet voor de rechtse print. Daar ziet u, rechtsboven, een grote isolatie tussen beide circuits.

Dat maakt het werk van een tester er niet eenvoudiger op: koopt u hetzelfde model dat wij hebben getest? Niemand kan het zeggen!

Wij vonden vier diverse print uitvoeringen van de 858D. (© 2020 Jos Verstraten)

Hoe wordt de temperatuur geregeld?

Het ligt voor de hand om aan te nemen dat het vermogen dat aan het verwarmingselement wordt aangeboden wordt geregeld door middel van een eenvoudige en goedkope fase-aansnij besturing.

Dat kan echter niet als een MOC3041M wordt toegepast als besturing van de gate van de triac. Deze opto-koppelaar werkt volgens het 'zero crossing'-principe. Dat betekent dat dit onderdeel de aangesloten triac alleen in geleiding stuurt even na de nuldoorgang van de netspanning. Met dit principe is uiteraard geen fase-aansnijding mogelijk.

Hoe werkt het dan wel? De oscilloscoop, over het verwarmingselement geschakeld, geeft antwoord. Er wordt gewerkt met het principe van pakketbesturing, waarbij het vermogen wordt geregeld door niet alle halve perioden van de netspanning aan het element aan te bieden. Is weinig vermogen nodig, dan worden slechts weinig halve perioden doorgelaten. Is meer vermogen nodig, dan worden meer halve perioden doorgeschakeld.

Dat is een uitstekende manier om het vermogen van verwarmingselementen te regelen omdat dit principe absoluut geen storingen op de netspanning veroorzaakt. Immers, als de triac in geleiding wordt gestuurd is de stroom door de belasting nul. De stroom stijgt even geleidelijk als de spanning en hogere harmonischen ontbreken volledig. Dit principe zou bij alle elektronisch geregelde soldeerbouten en hetelucht stations moeten worden toegepast! 

Vreemd genoeg is er geen enkele regelmaat te ontdekken in het in- en uitschakelen van de halve perioden, zelfs niet als de lucht op eindtemperatuur is. Het lijkt zelfs alsof de regeling volledig chaotisch wordt aangestuurd. Het onderstaande beeld op het scherm van de oscilloscoop is dan ook een single trace opname omdat het apparaat niets vindt om stabiel op te triggeren. Dat wordt nog eens bevestigd door de uitslag op een analoge wisselspanningsmeter die over het element wordt geschakeld. De naald staat geen moment stil en vertoont zelfs zeer grote schommelingen.

De pakketbesturing van het verwarmingselement.
(© 2020 Jos Verstraten)

Het testen van het 858D hetelucht station

De aardingsweerstand van het handvat

Het metalen deel van het handvat is geaard en dus is het van belang om de aardingsweerstand te meten. Groot is onze verbazing als blijkt dat tussen dit onderdeel en de aarding van de euro-stekker een oneindig hoge weerstand wordt gemeten. Ergens een onderbroken adertje? Nee, want gemeten naar de aardingspen van de Chinese netstekker wordt een weerstand gemeten van 0,427 Ω. De onderbreking zit dus in de verloopadapter die van de Chinese netstekker een Europese maakt. Een advies: denk aan uw veiligheid, knip de Chinese netstekker van de netkabel en monteer er een Europese randaarde stekker aan!

Het vermogensverbruik

Omdat de pakketregeling van het verwarmingselement zo chaotisch verloopt is het moeilijk om de vermogensopname van het apparaat te meten. Wij hebben een oude analoge AVO-meter ingeschakeld om de opgenomen wisselstroom uit de netspanning te meten. Bij alle ingestelde temperaturen gaat de naald behoorlijk schommelen. De in de onderstaande tabel opgenomen stroommetingen zijn dan ook schattingen door het op het oog middelen van de bewegingen van de naald.

De gemiddelde vermogensopname bij diverse instellingen.
(© 2020 Jos Verstraten)

Een duurtest op vol vermogen

Na het bewonderen van het interieur van het handvat hadden wij zo onze bedenkingen over de constructie en over de stabiele lange termijn werking van de 858D. Vandaar dat wij het hetelucht station een vol uur op maximale temperatuur en maximale luchtstroom hebben laten blazen. Tot onze grote verbazing bleken de kunststof delen van het handvat na deze periode nauwelijks opgewarmd te zijn. Ook de acht-aderige kabel, waar ongeveer 2,5 ampère door twee uiterst dunne draadjes wordt geperst, was niet merkbaar opgewarmd. Keurig, dus!


Het meten van de temperatuur van de uitgeblazen lucht

Niets lijkt eenvoudiger dan dat. Houd een thermokoppel in de uitstroom opening van het handvat en noteer de gemeten temperatuur bij diverse instellingen van de temperatuur en het luchtdebiet. Dat blijkt echter niet goed te werken omdat zelfs een kleine verplaatsing van het thermokoppel tientallen graden verschil op onze temperatuurmeter geeft.

Bovendien moet de vraag worden beantwoord waar de temperatuur het best wordt gemeten. Als u het hetelucht station gebruikt voor het los solderen van SMD-chip's of voor het krimpen van krimpkous houdt u de uitstroom opening van het handvat zo'n twee centimeter van de print of kous (onze inschatting). Dus hebben wij onderstaande meetopstelling gemaakt waarbij het thermokoppel op een stabiele manier op twee centimeter voor de uitstroom opening wordt gemonteerd. Het handvat van het station wordt in een kleine bankschroef geklemd. Wij hebben gemeten met de nozzle met een uitstroom diameter van 7 mm. De nozzle met de kleinste uitstroom opening werd over de draad van het thermokoppel gemonteerd om deze te beschermen tegen de hoge temperaturen.

De meetopstelling voor het meten van de uitstroom temperatuur.
(© 2020 Jos Verstraten)

In de onderstaande tabel zijn de meetresultaten samengevat. Bij iedere temperatuur werd gemeten bij minimale en bij maximale lucht uitstroom. Duidelijk blijkt ook uit deze meetresultaten dat de temperatuurregeling van het systeem niet goed werkt. Op de eerste plaats zijn de gemeten temperaturen veel te hoog. Ter illustratie: bij een instelling op 450 °C werd in de uitstroom opening van de nozzle een temperatuur van niet minder dan 547 °C gemeten! Gelukkig daalt de temperatuur snel en op 2 cm afstand meten wij de 485 °C uit de tabel. Op de tweede plaats zijn er verschillen tussen de temperatuur bij minimale en maximale lucht uitstroom. Bij de laagste temperatuur van 100 °C zit er een verschil van 7,8 % tussen beide temperaturen. Vanwege het in het verwarmingselement ingebouwde thermokoppel zou een goed werkend regelsysteem dergelijke verschillen moeten compenseren.

De gemeten temperaturen op twee centimeter van de nozzle.
(© 2020 Jos Verstraten)

De insteltijd

Een belangrijk gegeven bij het werken met een hetelucht station is hoe snel de temperatuur gelijk wordt aan de ingestelde waarde. Dat hebben wij gemeten en wel voor een instelling op minimale en een instelling op maximale temperatuur. Gemeten werd bij maximale lucht uitstroom, op 2 cm van de uitstroom opening, met de nozzle van 7 mm en de metingen werden gestart bij kamertemperatuur. In de twee onderstaande grafieken ziet u de indrukwekkende resultaten. Bij een instelling op 100 °C werd de eindtemperatuur al na vijf seconden bereikt!

De insteltijd bij 100 °C. (© 2020 Jos Verstraten)

Bij een instelling op 450 °C is de insteltijd uiteraard veel langer, maar met een gemeten waarde van 35 seconden zijn wij toch heel tevreden.

De insteltijd bij 450 °C. (© 2020 Jos Verstraten)

Onze mening over het 858D hetelucht station

Een professioneel hetelucht station zoals de WAD101 van het beroemde Weller kost ongeveer € 850,00, de door ons bij Banggood gekochte 858D € 32,21. Vergelijken van dergelijke producten is dus zinloos. De 858D zou een interessant product zijn op ieder elektronica ingenieursopleiding om het door de studenten te laten verbeteren. Met name de layout van de print zou zo'n verbetering heel goed kunnen gebruiken. Ook de manier waarop de soldeerverbindingen in het handvat zijn uitgevoerd kan veel veiliger en betrouwbaarder. Daarnaast kan de firmware die zorgt voor het regelen van de temperatuur veel beter worden ontworpen.

Is de 858D dan volledig onbruikbaar? Dat zeker niet. Voor dagelijks urenlang gebruik kunnen wij dit product absoluut niet aanbevelen. Maar als u, als hobbyist, af en toe een krimpkousje moet aanbrengen of een chipje uit een print moet solderen is dit hetelucht station een goedkope en bruikbare oplossing. Maar sloop de Chinese netstekker wél van de kabel!



(Amazon sponsor advertentie)
Koop uw halfgeleider tester bij Amazon