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Ultraschallbad. Teil 1

Hamster heißen Sie Freunde willkommen.

Der heutige Beitrag ist der Schaffung eines Ultraschallreinigungsbades gewidmet, das auf einem 60-W-Langevin-Piezokeramik-Emitter basiert. Dabei werden wir uns ansehen, woraus das Gerät besteht, wie es so eingerichtet wird, dass nichts ausbrennt, und am Ende sehen wir Reinigungsfähigkeiten, die Mr. Proper und alle seine Freunde in ihrer Aktion übertreffen. Ein Ultraschallbad hat viele Anwendungsbereiche und es ist fast unmöglich, alles aufzulisten, da die meisten nur von Ihrer Vorstellungskraft abhängen.



Bevor Sie beginnen, Ihre Finger in einem Ultraschallbad aufzulösen, schauen wir uns an, wie mechanische Vibrationen bei einfacheren Systemen auftreten. Ein Beispiel für solche Schwingungsmechanismen sind Magnetostriktoren, die unter dem Einfluss eines Magnetfeldes komprimiert oder gedehnt werden können. Diese Parameter besitzt gewöhnlicher Ferrit vom Empfänger des alten Großvaters, der sicher jeder irgendwo in der Garage liegt.



Um das Experiment zu starten, benötigen wir: einen Signalgenerator, einen Pulsdichtemodulator zum Einstellen der Leistung, eine Halbbrücke, eine einstellbare Stromversorgung und ein Oszilloskop zur visuellen Signalschätzung. Weiter auf einem kleinen Dorn wickeln wir eine Spule aus dickem Kupfer, in meinem Fall kamen etwa 50 Windungen 2 mm Draht heraus. Ferrit wird genau in die Mitte dieser Waffe des Hauses eingesetzt. Wir stellen die Leistung eines Pulsmodulators auf 100 Prozent ein. Wenn wir den Knopf am Generator drehen, finden wir die Resonanz des Systems, die in einem bestimmten Fall wie zwei Berge aussieht, deren Spitzen ausgerichtet werden müssen.



Die Frequenz eines bestimmten Stabes beträgt 8,5 kHz.Wenn man sich der mechanischen Resonanz nähert, sieht man, wie ein Tropfen an der Spitze eines Ferritstabs zu vibrieren beginnt, während er seine ursprüngliche Form ändert. Irgendwann erreicht die Schwingungsamplitude einen solchen Wert, dass das Wasser in Tausende kleiner Partikel zerfällt, und visuell scheint sich die Flüssigkeit in Sekundenbruchteilen in Nebel zu verwandeln. Die Größe jedes solchen Tropfens hängt vom mechanischen System ab: Je höher die Frequenz, desto kleiner der Tropfen.

Ein solches magnetostriktives System ist insofern schlecht, als bei einer bestimmten Leistungsschwelle spröder Ferrit in Stücke gerissen wird, wie dies jetzt geschehen ist.15 Watt waren nicht erlaubt. In der Mitte der Stange tritt maximale mechanische Beanspruchung auf und sie bricht sie. Wenn Sie danach versuchen, zwei Hälften des Stabes zu kleben, wird nicht mehr so ​​aktiv gearbeitet wie ursprünglich, da jedes einzelne Stück seine eigene mechanische Resonanz hat. Während der Dreharbeiten wurden drei solcher Stangen auseinandergerissen.



Als Experiment verbinden wir den gewöhnlichsten piezokeramischen Emitter mit dem Generator. Wenn wir den Griff des Generators drehen, finden wir den Moment, in dem das Wasser aktiv zu stören beginnt. Wie Sie sehen können, haben die gebildeten Tröpfchen eine etwas größere Größe als in der zuvor vorgestellten Version, da die Resonanzfrequenz hier zweimal niedriger ist und 3,6 kHz entspricht.

Als Referenz.Bei Ultraschallverdampfern und Luftbefeuchtern wird das gleiche Prinzip angewendet, nur liegt die Frequenz hier bereits im Megahertzbereich. Die Größe eines Wassertropfens kann mehrere zehn Mikrometer erreichen.



Jetzt wenden wir uns ausschließlich dem Langevin-Strahler zu, der nach dem französischen Physiker benannt ist, der sich mit Magnetismus beschäftigt hat. Die elektromechanische Frequenz dieses Eisenstücks beträgt 40 kHz, und die Verdunstung von Wasser ähnelt eher dem Ausbruch eines Vulkans. Bei einer solchen Leerlaufdrehzahl ist der Emitter sehr heiß, daher empfehle ich dies nicht.



Im nächsten Experiment werden wir versuchen, eine Ultraschallschwebung zu erhalten.Bei einer Resonanz in Langevin wird eine stehende Ultraschallwelle mit einem Gegenknoten am Ende der Strahlungsauskleidung gebildet. Dies ist der Hauptlängsmodus. In diesem Fall schwingen die Materieteilchen am Ende des Pflasters in vertikaler Richtung mit einer Amplitude von einigen zehn Mikrometern. Diese Schwingungen werden leicht auf die Luft übertragen.

Wenn Sie eine reflektierende Oberfläche in einem bestimmten Abstand vom Emitter installieren, addieren sich die abgestrahlten und reflektierten Wellen und bilden stehende Schallwellen in der Luft, die Knoten - Bereiche mit minimalem Druck und Gegenknoten - Bereiche mit maximalem Druck aufweisen. Damit die Kugel mit Polystyrolschaum schweben kann, muss sie genau in der Schalldruckeinheit platziert werden. Wenn Sie das System ausschalten, wird das gesamte Kartenhaus sofort zusammenbrechen.



Mit dem Prinzip der Arbeit fand Langevin heraus.Jetzt können Sie sich den Emitter genauer ansehen. Auf der Vorderseite ist eine sandgestrahlte matte Oberfläche sichtbar, die eine bessere Haftung auf dem Klebstoff bietet, der den Emitter an der gastronomischen Kapazität befestigt.



Das Volumen eines solchen Trogs beträgt eineinhalb Liter. Gefäßgröße 1/6, Tiefe 100 mm, Edelstahlmaterial. Wir zentrieren den Emitter am Boden des Gefäßes und markieren die Stelle, an der er sich befinden wird. Dies ist in der Tat notwendig, damit keine Spuren von Sandpapier aus dem Rand herauskommen und das Erscheinungsbild nicht beeinträchtigen. Idealerweise wird dieser Ort am besten mit Sandstrahlen behandelt, aber ich habe keinen auf dem Bauernhof. Wenn die Oberflächen vorbereitet sind, entfetten Sie sie mit Aceton und verdünnen Sie den Epoxidkleber.



Wir tragen es mit einer dünnen Schicht auf die Wanne selbst auf und führen das gleiche Verfahren mit dem Emitter durch. Es sollten keine Lücken vorhanden sein, da ein guter akustischer Kontakt der gesamten Strahlungsfläche gewährleistet sein muss. Beim Andocken des Shuttles versucht Langevin, irgendwohin zu kriechen. Damit er nicht weit läuft, muss er ein wenig gerieben und dann nach unten gedrückt werden, damit der gesamte überschüssige Kleber herauskrabbelt.



Nach der Polymerisation erhält das Epoxid die sogenannte metallische Härte. Für Fans kann diese Option, mit leistungsstarkem Ultraschall zu arbeiten, sehr erhebend sein.



Jetzt ist die Zeit gekommen, den Fall zu klären. Wir markieren vorgemessene Abmessungen auf 10 mm Spanplatten und beginnen mit einer Stichsäge zu arbeiten. Es ist ratsam, eine solche Operation nachts durchzuführen, wenn alle Nachbarn schlafen.

Im Endergebnis werden 5 gleichmäßige Teile herauskommen. Alles, was benötigt wird, ist, die Sperrholzwände zuverlässiger zu sichern, damit nichts auseinander fällt. Wir probieren das Bad an, indem wir eins in das andere einführen. Idealerweise sollte die Box etwas kleiner als die Abmessungen des Gastronoms sein.



Wir gehen zum elektronischen Teil über. Um die Betriebszeit des Bades zu steuern, benötigen Sie einen Timer. Im Internet wurde eine geeignete Schaltung gefunden, aber die Leiterplatte selbst musste gezüchtet werden, da sie einfach nicht in der Beschreibung enthalten war. Das Ergebnis ist ein kleiner Schal mit einer recht bescheidenen Größe. Genau das, was benötigt wird.

Wir servieren Essen und sehen, wie etwas aufleuchtet.Ein kurzer Druck auf die Encoder-Taste schaltet den Timer ein und aus. Durch Drehen des Knopfes können Sie die Zeit in Minuten von 1 bis 99 auswählen. Nach Ablauf des angegebenen Intervalls wird Musik abgespielt und anschließend ertönt eine Sirene, die durch Drücken des Encoders einmal ausgeschaltet werden kann. Die Arbeit ist nirgends einfacher. Wenn sich jemand über Tonsignale ärgert, befindet sich auf der Platine ein Jumper zum Trennen des Lautsprechers.



Jetzt liegt es am Generator, der das Lautsprechersystem pumpt. Ich habe das Brett ausschließlich für die Abmessungen der Teile gezüchtet, die ich in der Speisekammer grabe. Ich habe versucht, die Elemente so fest wie möglich zu platzieren, damit es keine Hochfrequenz-Tonabnehmer gibt. Obwohl die Option, die aus Scheiße und Stöcken am Knie zusammengesetzt wurde, auch nicht schlecht funktionierte, lohnt es sich nicht, dies zu tun.



Der Generator wird als Push-Pool bezeichnet.Am Anfang hatte es Transistoren IRFZ46, dann 2SK1276, dann IRFP460, die alle irgendwie langweilig zu wirken schienen. Die IRFZ44-Transistoren arbeiteten am besten und stoppten auf ihnen. Die Verwaltung erfolgt über den Treiberchip IR2153.

Da die Frequenzregelung in einigen Modi manuell erfolgt, sind die Transistoren sehr heiß. Daher ist es notwendig, für eine gute Wärmeableitung zu sorgen. Es ist ratsam, einen Kühler mit einer dicken Basis zu verwenden, da seine Wärmeableitung viel effizienter ist als die eines links angeordneten Aluminiumstücks, das beim ersten Date als Erstklässler überhitzt. In jeder Situation ist eine gute Wärmeableitung und Luftkühlung erforderlich. Die Temperatur wird auf einem chinesischen Thermometer mit LCD-Bildschirm angezeigt. Es kostet ungefähr 2 Dollar.

Die gesamte Energie im Bad wird von einem Impulstransformator aus einer Computerstromversorgung gepumpt. Aus der Praxis spielt die Größe des Transformators keine Rolle, alles funktionierte gleichermaßen bei kleinen und großen solchen Ficks. 60 Watt für sie wie zwei Finger. Wir werden den Verbrauch des gesamten Stromkreises anhand der Messwerte des Amperemeter eines parallel geschalteten leistungsstarken Shunts bewerten. Die Stromversorgung für unsere Aufgabe muss nicht schwach sein. Dieses Board wird vom Laden eines Laptops aufgenommen. Wenn Sie den Eigenschaften glauben, dann erzeugt es 65 Watt bei einer Spannung von 20 Volt. Wenn wir die erste durch die zweite teilen, erhalten wir einen Strom von dreieinhalb Ampere, was sehr erfreulich ist.



Jetzt muss dieser Teilesteil versetzt werden.Zu diesem Zweck beziehen wir auf Holzbrettern alle unsere künstlerischen Fähigkeiten ein und markieren die zuvor geplanten Stellen, an denen die Steuerelemente eingefügt werden. Die sauberen Arbeiten sind abgeschlossen, es ist Zeit, den Teppich mit Sägemehl von Spanplatten umzudrehen, das beim Bohren von Löchern wie Schnee fließt. Die groben Markierungen vom Bohrer werden mit einem Bohrer entfernt. Da die Düse rund ist, müssen die Ecken noch ausgerichtet werden, und hier kommt die Feile ins Spiel. Aber Sie müssen vorsichtig damit arbeiten, da auf der dekorativen Beschichtung Chips erhalten werden. Nachdem sich der Staub in der Hütte abgesetzt hat, kann die dekorative Holzbearbeitung als abgeschlossen betrachtet werden.



Wir platzieren die gesamte Elektronik.Guter Ton, wenn alle Details eng zusammenpassen. Wir platzieren die Timer-Platine auf der Rückseite und auf der Vorderseite, einem chinesischen Thermometer, das die Temperatur in Zehntelgrad anzeigt, stellen wir auch die verbleibenden Schalter und Schalter ein. Das Ergebnis wird ungefähr so ​​sein.



Im Inneren platzieren wir das Netzteil, da es zur besseren Kühlung in der Nähe des Blaslochs zu sehen ist. Wir platzieren die Generatorplatine gegenüber dem Lüfter und platzieren das letzte Element - den Induktor.



Wie funktioniert dieser ganze Eisenhaufen ?!Jetzt lass es uns herausfinden. Um mit der Abstimmung zu beginnen, stellen wir an einem einstellbaren Netzteil eine Spannung von ca. 14 Volt ein. Wir überprüfen die stabilisierte Spannung, um den Treiberchip mit Strom zu versorgen. Sie sollte 12 Volt betragen. Mit der Oszilloskopsonde klammern wir uns an das Gate des Transistors und prüfen, ob ein Signal in Form eines Mäanders vorliegt. Wenn alles vorhanden ist, ändern wir die Frequenz mit einem variablen Widerstand und stellen sicher, dass das Signal nicht zuckt und sich sogar in der gesamten Einstellgrenze befindet. In diesem Fall liegt die Obergrenze bei etwa 80 kHz und die Untergrenze im Bereich von 34 kHz. Der Vorrat ist groß genug und die Tasche drückt nicht.



Wir schalten den Teiler um 10 ein und verbinden uns mit dem Mittelschenkel des Feldpfostens - dies ist der Abfluss.Im Leerlauf können Sie sehen, wie im Moment des Einschaltens des Transistors ein Hochspannungsstoß auftritt, gefolgt von einer freien gedämpften Schwingung im Vergleich zu einem Schock auf dem Wasser. In dem Moment, in dem der Schlüssel ausgeschaltet ist, sehen wir einen weiteren Höhepunkt. Idealerweise sollte dieser Ort einen sauberen Mäander haben. Aber es scheint, dass er anschwoll. Versuchen wir, die Last in Form einer Illich-Lampe anzuschließen. Wir sehen, wie die Dämpfung verschwunden ist, die Vorderkante des Mäanders blockiert ist und die induktiven Emissionen etwa 700 Volt erreichen. Ein solches Bild ist nicht gut.

Ein Teil dieses Grauens tritt sogar im Brett auf, sogar ein Finger beeinflusst es. Das gleiche Signal wird am Transformatorausgang wiederholt. Man kann sehen, wie zwischen den Einschlüssen jeder Schulter ein Eigengewicht von 1,2 Millisekunden gebildet wird. Genau, zusätzlich zur Wellenform, geht die Arbeit in die richtige Richtung.

Hochfrequenzklingeln kann durch den Dämpfer unterdrückt werden. Dies ist der Name der Kette aus Widerstand und Kondensator. In diesem Fall sollte der Widerstand etwa 5 Watt stark sein, da er sehr heiß ist. Wir platzieren sie in der Kühlzone des Kühlers. Durch Verbinden der RC-Kette mit einer der Schultern des Push-Pools kann man sehen, wie die Wellen gelöscht werden, allerdings mit einer leichten Störung im Moment des Einschaltens. Dies ist das Beste, was experimentell erreicht werden kann, indem die Kapazität und der Widerstand des Dämpfers für diese Schaltung ausgewählt werden. In jedem Fall ist das Signal am Ausgang des Hochspannungsteils des Transformators selbst unter Last tendenziell einer Rechteckwelle ähnlich. Nachdem dies geklärt ist, gehen wir weiter.



Da der Emitter eine kapazitive Last ist, muss ein Resonanzinduktor berechnet werden, der die Arbeitseffizienz erhöht.Wir messen die Kapazität und erhalten ca. 5 nF. Die Frequenz dieses Langevin beträgt 40 kHz. Wir gehen in das Programm "Electrodroid" und geben dort diese Parameter ein. Ein geniales Programm für Doppel, Sie müssen nichts zählen, geben Sie einfach Zahlen ein, das Programm erledigt alles für Sie. Nach den Berechnungsergebnissen erreichte die Induktivität 3,2 mH. Wir werden den Transformator mit einem doppelten Draht aufwickeln, um den Gesamtwiderstand zu verringern. Weniger Widerstand, weniger Verluste, die als Wärme abgeführt werden.

Die erste Version des Induktors wurde auf den Kern eines nicht zusammengebauten Transformators gewickelt. Es dauerte ungefähr 4 Stunden, da es schwierig war, Kupferspule zu Spule zu verlegen. Die Endinduktivität überschritt bei allen Anstrengungen 0,6 mH. Ich war verärgert Sie können eine Probe in einem Draht auf ein normales Stück Ferrit wickeln. Es gibt viele Verluste, aber diese Option funktioniert für die Abstimmung.



Und was sehen wir hier ?! An einem Ende des Emitters befindet sich ein Stromwandler, der in Zukunft von geringem Nutzen sein wird. Am heißen Ende des Induktors schließen wir eine Neonlampe an, um die Spannung visuell beurteilen zu können. Gießen Sie etwas Wasser in die Gastromonombehälter, ungefähr 1/3. Schließen Sie die Oszilloskopsonde an den Hochspannungsausgang des Transformators an.

Wir erhöhen die Spannung und sehen ...Ja, verdammt, verstehe das! Bei Resonanz bei maximalem Verbrauch setzt sich der Mäander so weit wie möglich hin und bildet zwei Spitzen wie im Film Der Herr der Ringe. Ich vermute, dass der Induktor auf diese Weise den Niederspannungsteil beeinflusst. Die Größe der Spannung scheint beträchtlich zu sein, daher empfehle ich, dies nicht weiter zu tun. Wir verbinden die Sonde mit dem Teiler mit dem heißen Ende, stellen die Frequenz ein und sehen, wie die Spannungsamplitude außerhalb des Oszilloskops schwingt. Eine Spanne von ungefähr 1000 Volt. Das zweite Ende der Neonlampe wird bei Berührung gezupft.

Mal sehen, was am Stromwandler läuft. Das Bild springt aufgrund einer schlechten Synchronisation des Oszilloskops. Anu synchronisierte alten Müll. Nimm mich nicht raus! Der Resonanzstrom wächst, wie er sein sollte. Wenn das Wasser im Bad hängt, wird das System instabil.

Ein interessanter Effekt, der während der Experimente entdeckt wurde. Wenn ein Ende von Langevin nicht an einen gemeinsamen Stromkreis angeschlossen ist, erscheint das gesamte Spannungspotential in Kilovolt am Badekörper, dies ist an der Neonröhre deutlich sichtbar. Selbst kleine Funken rutschen ab, wenn Sie ein Stück Eisen berühren. Auf der Platine ist vorab eine Erdungsbrücke vorgesehen.



Die Schaltung des elektronischen Teils. Ich habe versucht, alles darin anzuzeigen, sogar die Pinbelegung des Transistors. Auf der Drossel des Resonanzteils befindet sich ein Schütz. Mir ist aufgefallen, dass ein Bad manchmal ohne besser funktioniert als mit und manchmal auch umgekehrt.



Zur Verdeutlichung sind unten zwei Bilder mit Signalen gezeigt. Die erste arbeitet mit kapazitiver Last und die zweite mit Resonanz. Archiv mit allen notwendigen Materialien für die Montage des Bades.



Wir haben diesen Teil herausgefunden, als wäre nichts ausgebrannt, wir gehen weiter. Wir verbinden alle Steckverbinder mit Strom, Steuerung, variablen Widerständen, Keller usw. Da der Temperatursensor des Thermometers eine sehr bequeme Form für die Montage hat, habe ich mir nichts anderes ausgedacht, um ihn an einem Stück Folienklebeband zu befestigen, obwohl es richtiger wäre, ein Loch in den Kühler zu bohren und es dort mit Wärmeleitpaste für einen besseren Wärmekontakt zusammenzusetzen.

Der Körper des Bades besteht aus Spanplatten, und wie Sie wissen, hat er Angst vor Wasser oder vielmehr vor den ungeschützten Seitenwänden. Wasserdichtes Silikon bewältigt solche Aufgaben. Wir trennen ein Stück dieses Drecks und reiben es in die Enden der Bäume. Hier ist es wichtig, nirgendwo für uns selbst zu hetzen. Außerdem wird ein Dämpfungsband besser auf Silikon abgestützt, wodurch der Körper des gastronomischen Behälters vom Gerätekörper isoliert wird, so dass nützliche Vibrationen nicht gedämpft werden.

Zum Befestigen von Langevin an einer rostfreien Wanne anstelle von Epoxid können Sie das Kaltschweißen vom Typ Poxipol verwenden. Es scheint, als würden Hersteller von Badewannen es verwenden. Lassen Sie sie es verwenden, ein gewöhnliches Epoxid ist um ein Vielfaches billiger.

Als Referenz.Lassen Sie die Dinge nicht unbeaufsichtigt, sonst laufen Hamster hinein und nagen an allen Drähten. Aber keine Angst, wenn Sie sich immer mit einem Lötkolben wehren können.) Zu sagen, dass sich das Bad als kompakt herausgestellt hat, bedeutet nichts im Vergleich zu den Chinesen, aber wie viel Kraft ist da ...



Teil zwei


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