Baño ultrasónico. Parte 1

Los hámsters les dan la bienvenida amigos.

El post de hoy estará dedicado a la creación de un baño de limpieza por ultrasonidos, que se basa en un emisor piezocerámico Langevin de 60 W. En el proceso, veremos en qué consiste el dispositivo, cómo configurarlo para que nada se queme y al final veremos habilidades de purificación que superan al Sr.Proper y a todos sus amigos en su acción. Un baño ultrasónico tiene muchos campos de aplicación y es casi imposible enumerar todo, ya que la mayoría de ellos dependerá solo de su imaginación.



Antes de comenzar a disolver los dedos en un baño ultrasónico, veamos cómo surgen las vibraciones mecánicas en sistemas más simples. Un ejemplo de tales mecanismos oscilatorios son los magnetostrictors, que pueden comprimirse o estirarse bajo la influencia de un campo magnético. Estos parámetros son poseídos por la ferrita ordinaria del receptor del viejo abuelo, que seguramente todos yacen en algún lugar del garaje.



Para comenzar el experimento, necesitamos: un generador de señal, un modulador de densidad de pulso para ajustar la potencia, un medio puente, una fuente de alimentación ajustable y un osciloscopio para la evaluación visual de la señal. Más adelante, en un pequeño mandril, enrollamos una bobina de cobre grueso, en mi caso salieron alrededor de 50 vueltas de alambre de 2 mm. La ferrita se insertará justo en el medio de esta pistola de la casa. Establecemos la potencia al 100 por ciento en un modulador de pulso. Al girar la perilla en el generador, encontramos la resonancia del sistema, que en un caso particular se verá como dos montañas cuyas cimas deben alinearse.



La frecuencia de una varilla particular es de 8.5 kHz.Al acercarse a la resonancia mecánica, se ve cómo una gota en la parte superior de una barra de ferrita comienza a vibrar, mientras cambia su forma original. En algún momento, la amplitud de la vibración alcanza un valor tal que rompe el agua en miles de pequeñas partículas y visualmente parece que el líquido se convierte en niebla en una fracción de segundo. El tamaño de cada gota depende del sistema mecánico; cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la caída.

Tal sistema magnetoestrictivo es malo porque, a cierto umbral de potencia, la ferrita quebradiza se rompe en pedazos, como ha sucedido ahora.No se permitieron 15 vatios. En el medio de la barra, se produce el máximo esfuerzo mecánico, y lo rompe. Si después de eso intentas pegar dos mitades de la barra, entonces no habrá un trabajo tan activo como era originalmente, ya que cada pieza individual tendrá su propia resonancia mecánica. Durante el tiroteo, tuve tres de esas varillas destrozadas.



Como experimento, conectamos el emisor piezocerámico más común al generador. Girando la manija del generador encontramos el momento en que el agua comienza a perturbarse activamente. Como se puede ver, las gotas que se formaron tienen un tamaño ligeramente mayor que en la versión presentada anteriormente, ya que la frecuencia de resonancia aquí es 2 veces menor y corresponde a 3.6 kHz.

Para referencia.En los evaporadores y humidificadores ultrasónicos, se usa el mismo principio, solo la frecuencia aquí ya se encuentra en el rango de megahercios. El tamaño de una gota de agua puede alcanzar varias decenas de micras.



Ahora nos dirigimos exclusivamente al radiador Langevin, llamado así por el físico francés que se dedicaba al magnetismo. La frecuencia electromecánica de esta pieza de hierro es de 40 kHz, y la evaporación del agua es más parecida a la erupción de un volcán. A tal velocidad inactiva, el emisor está muy caliente, por lo que no recomiendo hacer esto.



En el próximo experimento, intentaremos obtener levitación ultrasónica.En una resonancia en Langevin, se forma una onda ultrasónica estacionaria con un antinodo al final del revestimiento radiante. Este es el modo longitudinal principal. En este caso, las partículas de materia al final del parche oscilan en dirección vertical con una amplitud de decenas de micras. Estas vibraciones se transmiten fácilmente al aire.

Si instala una superficie reflectante a una cierta distancia del emisor, entonces las ondas radiadas y reflejadas se sumarán, formando ondas de sonido estacionarias en el aire que tienen nodos (áreas de presión mínima y antinodos) áreas de presión máxima. Para que la bola con espuma de poliestireno levite, debe colocarse exactamente en la unidad de presión acústica. Si apaga el sistema, todo el castillo de naipes colapsará inmediatamente.



Con el principio del trabajo, Langevin descubrió.Ahora puedes mirar más de cerca el emisor. En el lado frontal, se ve una superficie mate arenada, que proporciona una mejor adhesión al pegamento que sujetará el emisor a la capacidad gastronómica.



El volumen de dicho comedero es de un litro y medio. Tamaño del recipiente 1/6, profundidad 100 mm, material de acero inoxidable. Centramos el emisor en el fondo del recipiente y marcamos el lugar donde se ubicará. De hecho, esto es necesario para que los restos de papel de lija no salgan del borde y no estropeen la apariencia. Idealmente, este lugar se trata mejor con chorro de arena, pero no tengo uno en la granja. Cuando las superficies estén preparadas, desengrasarlas con acetona y diluir el pegamento epoxi.



Lo aplicamos con una capa delgada sobre el canal y realizamos el mismo procedimiento con el emisor. No debe haber espacios, ya que debemos garantizar un buen contacto acústico de toda la superficie radiante. Al atracar el transbordador, Langevin intenta gatear a algún lado. Para que no corra lejos, necesita que lo froten un poco y luego lo presionen hacia abajo para que todo el exceso de pegamento se arrastre.



Después de la polimerización, el epóxido adquirirá la llamada dureza metálica. Para los fanáticos, esta opción de comenzar a trabajar con ultrasonidos potentes puede ser muy estimulante.



Ahora es el momento de hacer el caso. Marcamos dimensiones medidas previamente en un tablero de aglomerado de 10 mm y comenzamos a trabajar con una sierra de calar. Es recomendable hacer una operación de este tipo por la noche, cuando todos los vecinos están durmiendo)

En el resultado final, saldrán 5 piezas pares, todo lo que se necesita es asegurar las paredes de madera contrachapada de manera más confiable para que nada se desmorone. Probamos el baño insertando uno en el otro. Idealmente, la caja debería salir un poco más pequeña que las dimensiones del gastrónomo.



Pasamos a la parte electrónica. Para controlar el tiempo de funcionamiento del baño, necesita un temporizador. Se encontró un circuito adecuado en Internet, pero la placa de circuito en sí tuvo que ser creada ya que simplemente no estaba en la descripción. El resultado es una bufanda pequeña con un tamaño bastante modesto. Exactamente lo que se necesita.

Servimos comida y vemos cómo se ilumina algo.Una breve presión sobre el botón del codificador enciende y apaga el temporizador. Girando la perilla le permite seleccionar el tiempo en minutos de 1 a 99. Una vez transcurrido el intervalo especificado, suena la música y luego suena una sirena, que puede apagarse una vez presionando el codificador. El trabajo no es nada más fácil. Si a alguien le molestan las señales de sonido, se proporciona un puente en la placa para desconectar el altavoz.



Ahora depende del generador, que bombeará el sistema de altavoces. Creé el tablero exclusivamente para las dimensiones de las partes que excavo en la despensa. Traté de colocar los elementos lo más apretado posible para que no hubiera pastillas de alta frecuencia. Aunque la opción ensamblada a partir de mierda y palos en la rodilla tampoco funcionó mal, no vale la pena hacerlo.



El generador se llama un grupo de empuje.Al principio, tenía transistores IRFZ46, luego 2SK1276, luego IRFP460, todos parecían funcionar en una especie de aburrido. Los transistores IRFZ44 funcionaron mejor y se detuvieron en ellos. La gestión proviene del chip controlador IR2153.

Como el control de frecuencia será manual en algunos modos, los transistores estarán muy calientes. Por lo tanto, es necesario proporcionar una buena disipación de calor. Es aconsejable usar un radiador con una base gruesa, ya que su disipación de calor será mucho más eficiente que la de una pieza de aluminio ubicada a la izquierda, que se sobrecalienta como primer alumno en una primera cita. En cualquier situación, es necesario proporcionar una buena disipación de calor y enfriamiento por aire. La temperatura se mostrará en un termómetro chino con una pantalla LCD. Cuesta alrededor de 2 dólares.

Toda la energía en el baño será bombeada por un transformador de pulso desde una fuente de alimentación de computadora. Desde la práctica, el tamaño del transformador no importa, todo funcionó por igual tanto en pequeños como en grandes jodidos. 60 vatios para ellos como dos dedos. Evaluaremos el consumo de todo el circuito de acuerdo con las lecturas del amperímetro de una derivación potente conectada en paralelo. La fuente de alimentación para nuestra tarea no necesita ser débil. Esta placa se extrae de la carga de alguna computadora portátil. Si crees en las características, entonces produce 65 vatios a un voltaje de 20 voltios. Dividiendo el primero por el segundo, obtenemos una corriente de tres y cuarto amperios, lo cual es muy agradable.



Ahora este montón de partes necesita ser escalonado.Para hacer esto, en tableros de madera incluimos todas nuestras habilidades artísticas y marcamos los lugares previamente planificados donde se insertarán los controles. El trabajo de limpieza se ha completado, es hora de voltear la alfombra con aserrín del aglomerado, que se vierte como nieve durante los agujeros de perforación. Las marcas ásperas del taladro se eliminan con un taladro. Como la boquilla es redonda, queda alinear las esquinas y aquí entra en juego el archivo. Pero debe trabajar con cuidado, ya que en el revestimiento decorativo se obtienen chips. Después de que el polvo se haya asentado en toda la cabaña, la carpintería decorativa puede considerarse completa.



Colocamos toda la electrónica.Buen tono cuando todos los detalles vienen bien. Colocamos el tablero del temporizador en el reverso, y en el frente, un termómetro chino que muestra la temperatura en décimas de grado, también configuramos los interruptores e interruptores restantes. El resultado será algo como esto.



En el interior colocamos la fuente de alimentación, ya que se puede ver cerca del orificio de soplado para una mejor refrigeración. Colocamos la placa del generador frente al ventilador y colocamos el último elemento: el inductor.



¿Cómo funciona todo este montón de hierro?Ahora vamos a resolverlo. Para comenzar a sintonizar, establecemos un voltaje de aproximadamente 14 voltios en una fuente de alimentación ajustable. Verificamos el voltaje estabilizado para alimentar el chip del controlador, debe ser de 12 voltios. Usando la sonda del osciloscopio, nos aferramos a la puerta del transistor y verificamos si hay una señal en forma de meandro. Si todo está en su lugar, cambiamos la frecuencia con una resistencia variable y nos aseguramos de que la señal no se contraiga e incluso esté en el límite de ajuste completo. En este caso, el límite superior es de aproximadamente 80 kHz, y el inferior está en la región de 34 kHz. El stock es lo suficientemente grande y el bolsillo como dicen no presiona.



Encendemos el divisor por 10 y nos conectamos a la pata central del poste de campo: este es el drenaje.En inactivo, puede ver cómo en el momento en que se enciende el transistor, se produce una sobretensión de alto voltaje, seguida de una oscilación amortiguada libre en comparación con una descarga en el agua. En el momento en que la llave está apagada, vemos otro pico. Idealmente, este lugar debería tener un meandro limpio. Pero parece que estaba hinchado. Intentemos conectar la carga en forma de lámpara Illich. Vemos cómo desapareció la atenuación, el borde frontal del meandro está en el bloqueo y las emisiones inductivas alcanzan aproximadamente 700 voltios. Tal imagen no es buena.

Parte de este horror ocurre incluso en el tablero, incluso un dedo lo afecta. La misma señal se repetirá en la salida del transformador. Uno puede ver cómo entre las inclusiones de cada hombro se forma un peso muerto de 1.2 milisegundos. Exactamente, además de la forma de onda, el trabajo va en la dirección correcta.

El amortiguador puede controlar el timbre de alta frecuencia. Este es el nombre de la cadena de resistencia y condensador. En este caso, la resistencia debe ser potente, aproximadamente 5 vatios, ya que hace mucho calor. Los colocamos en la zona de enfriamiento del radiador. Al conectar la cadena RC a uno de los hombros del grupo de empuje, se puede ver cómo se apagan las olas, aunque con una ligera perturbación en el momento de la activación. Esto es lo mejor que se puede lograr experimentalmente seleccionando la capacidad y la resistencia del amortiguador para este circuito. En cualquier caso, incluso bajo carga, la señal en la salida de la parte de alto voltaje del transformador tiende a ser similar a una onda cuadrada. Con esto resuelto, seguimos adelante.



Como el emisor es una carga capacitiva, es necesario calcular un inductor resonante, lo que aumentará la eficiencia del trabajo.Medimos la capacitancia y obtenemos aproximadamente 5 nF. La frecuencia de este Langevin es de 40 kHz. Entramos en el programa "Electrodroid" e ingresamos estos parámetros allí. Un programa ingenioso para dobles, no necesita contar nada, solo ingrese números, el programa hará todo por usted. Según los resultados del cálculo, la inductancia alcanzó 3.2 mH. Enrollaremos el transformador con un cable doble para reducir la resistencia total. Menos resistencia, menos pérdidas que se disiparán como calor.

La primera versión del inductor fue enrollada en el núcleo de un transformador sin ensamblar. Tomó alrededor de 4 horas, ya que era difícil colocar una bobina de cobre en una bobina. La inductancia final con todos los esfuerzos excedió 0.6 mH. Estaba enfadado. Puede envolver una muestra en un cable en una pieza de ferrita normal, habrá muchas pérdidas, pero esta opción funcionará para el ajuste.



¿Y qué estamos viendo aquí? En un extremo del emisor se encuentra un transformador de corriente, en el futuro será de poca utilidad. En el extremo caliente del inductor conectamos una bombilla de neón para una evaluación visual del voltaje. Vierta un poco de agua en los recipientes de gastrónomo, aproximadamente 1/3. Conecte la sonda del osciloscopio a la salida de alto voltaje del transformador.

Elevamos el voltaje y vemos ...Sí, demonios, ¡entiende eso! En la resonancia al consumo máximo, el meandro se sienta a lo sumo, formando dos picos como en la película El Señor de los Anillos. Sospecho que así es como el inductor afecta la parte de bajo voltaje. La magnitud del voltaje parece ser considerable, por lo que no recomiendo hacerlo más. Conectamos la sonda con el divisor al extremo caliente, ajustamos la frecuencia y vemos cómo la amplitud del voltaje se agita fuera del alcance del osciloscopio. Un lapso de aproximadamente 1000 voltios. El segundo extremo de la lámpara de neón se arranca cuando se toca.

Veamos qué hay en el transformador de corriente. La imagen está saltando debido a una pobre sincronización del osciloscopio. Anu sincronizó basura vieja. ¡No me saques! La corriente en resonancia está creciendo, que es como debería ser. Si el agua en la bañera se cuelga, el sistema se vuelve inestable.

Un efecto interesante descubierto durante los experimentos. Si un extremo de Langevin no está conectado a un cable de circuito común, entonces el potencial de voltaje completo en kilovoltios aparece en el cuerpo del baño, esto es claramente visible en la bombilla de neón. Incluso pequeñas chispas se deslizan al tocar una pieza de hierro. En el tablero, se proporciona un puente de conexión a tierra por adelantado.



El circuito de la parte electrónica. Traté de indicar todo lo que contenía, incluso el pinout del transistor. En el acelerador de la parte resonante hay un contactor. Noté que a veces un baño funciona mejor sin él que con él, y a veces viceversa.



Para mayor claridad, a continuación se muestran dos imágenes con señales. El primero funciona con carga capacitiva, y el segundo con resonancia. Archivo con todos los materiales necesarios para armar el baño.



Descubrimos esta parte, como si nada se hubiera quemado, seguimos adelante. Conectamos todos los conectores con potencia, control, resistencias variables, Keller, etc. Como el sensor de temperatura del termómetro tiene una forma muy conveniente para el montaje, no se me ocurrió nada más para unirlo a un trozo de cinta adhesiva de aluminio, aunque sería más correcto perforar un orificio en el radiador y unirlo con grasa térmica para un mejor contacto térmico.

El cuerpo del baño está hecho de aglomerado y, como saben, le tiene miedo al agua, o más bien, a sus paredes laterales desprotegidas. Silicona impermeable hace frente a tales tareas. Separamos un pedazo de este lodo y lo frotamos en los extremos de los árboles. Aquí es importante no precipitarse a ningún lado por nosotros mismos. Además, una cinta de amortiguación estará mejor apoyada en silicona, lo que aislará el cuerpo del recipiente gastronómico del cuerpo del dispositivo para que las vibraciones útiles no se amortiguen.

Para sujetar Langevin a una cubeta de acero inoxidable en lugar de epoxi, puede usar soldadura en frío tipo Poxipol. Parece que los fabricantes de bañeras lo usan. Déjelos usarlo, un epoxi ordinario es varias veces más barato.

Para referencia.No deje las cosas desatendidas, de lo contrario, los hámsters entrarán corriendo y roerán todos los cables. Pero no tenga miedo si siempre puede defenderse con un soldador). Decir que el baño resultó ser compacto es no decir nada en comparación con los chinos, pero cuánta potencia hay ...



Segunda parte

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