Bain à ultrasons. Partie 1

Les hamsters vous souhaitent la bienvenue entre amis.

La publication d'aujourd'hui sera consacrée à la création d'un bain de nettoyage à ultrasons, basé sur un émetteur piézocéramique Langevin de 60 W. Dans le processus, nous verrons en quoi consiste l'appareil, comment le configurer pour que rien ne s'éteigne et à la fin, nous verrons des capacités de purification qui surpassent M. Proper et tous ses amis dans leur action. Un bain à ultrasons a de nombreux domaines d'application et il est presque impossible de tout énumérer, car la plupart d'entre eux ne dépendront que de votre imagination.



Avant de commencer à dissoudre vos doigts dans un bain à ultrasons, regardons comment les vibrations mécaniques surviennent sur des systèmes plus simples. Un exemple de tels mécanismes oscillatoires sont les magnétostricteurs, qui peuvent être comprimés ou étirés sous l'influence d'un champ magnétique. Ces paramètres sont possédés par la ferrite ordinaire du récepteur de l'ancien grand-père, qui, à coup sûr, tout le monde est allongé quelque part dans le garage.



Pour démarrer l'expérience, nous avons besoin: d' un générateur de signaux, d'un modulateur de densité d'impulsions pour régler la puissance, d'un demi-pont, d'une alimentation réglable et d'un oscilloscope pour l'évaluation visuelle du signal. Plus loin sur un petit mandrin nous enroulons une bobine de cuivre épais, dans mon cas environ 50 tours de fil de 2 mm sont sortis. De la ferrite sera insérée en plein milieu de ce pistolet de la maison. Nous avons réglé la puissance à 100% sur un modulateur d'impulsions. En tournant le bouton du générateur, nous trouvons la résonance du système, qui dans un cas particulier ressemblera à deux montagnes dont les sommets doivent être alignés.



La fréquence d'une tige particulière est de 8,5 kHz.En approchant de la résonance mécanique, on voit comment une goutte au sommet d'une tige de ferrite commence à vibrer, tout en changeant sa forme d'origine. À un certain point, l'amplitude de la vibration atteint une valeur telle qu'elle brise l'eau en milliers de petites particules et visuellement, il semble que le liquide se transforme en brouillard en une fraction de seconde. La taille de chacune de ces gouttes dépend du système mécanique; plus la fréquence est élevée, plus la goutte est petite.

Un tel système magnétostrictif est mauvais en ce que, à un certain seuil de puissance, la ferrite fragile est déchirée, comme cela s'est produit maintenant.15 watts n'étaient pas autorisés. Au milieu de la tige, une contrainte mécanique maximale se produit et elle la casse. Si après cela, vous essayez de coller deux moitiés de la tige, il n'y aura pas de travail actif comme c'était le cas à l'origine, car chaque pièce aura sa propre résonance mécanique. Pendant le tournage, j'ai eu trois de ces tiges déchirées.



À titre expérimental, nous connectons l'émetteur piézocéramique le plus ordinaire au générateur. En tournant la poignée du générateur, nous trouvons le moment où l'eau commence à perturber activement. Comme on peut le voir, les gouttelettes qui se sont formées ont une taille légèrement plus grande que dans la version présentée précédemment, car la fréquence de résonance est ici 2 fois plus faible et correspond à 3,6 kHz.

Pour référence.Dans les évaporateurs et humidificateurs à ultrasons, le même principe est utilisé, seule la fréquence se situe déjà dans la gamme mégahertz. La taille d'une goutte d'eau peut atteindre plusieurs dizaines de microns.



Nous nous tournons maintenant exclusivement vers le radiateur Langevin, du nom du physicien français engagé dans le magnétisme. La fréquence électromécanique de ce morceau de fer est de 40 kHz, et l'évaporation de l'eau sur elle ressemble plus à l'éruption d'un volcan. À une telle vitesse de ralenti, l'émetteur est très chaud, donc je ne recommande pas de le faire.



Dans la prochaine expérience, nous tenterons d'obtenir une lévitation ultrasonique.Lors d'une résonance à Langevin, une onde ultrasonore stationnaire avec un antinode à l'extrémité de la doublure rayonnante est formée. Il s'agit du principal mode longitudinal. Dans ce cas, les particules de matière à l'extrémité du patch oscillent dans le sens vertical avec une amplitude de dizaines de microns. Ces vibrations se transmettent facilement à l'air.

Si vous installez une surface réfléchissante à une certaine distance de l'émetteur, les ondes rayonnées et réfléchies s'additionneront, formant des ondes sonores stationnaires dans l'air qui ont des nœuds - zones de pression minimale et des antinœuds - zones de pression maximale. Pour que la balle en mousse de polystyrène lévite, elle doit être placée exactement dans l'unité de pression acoustique. Si vous éteignez le système, tout le château de cartes s'effondre immédiatement.



Avec le principe du travail, Langevin a compris.Vous pouvez maintenant regarder de plus près l'émetteur. Sur la face avant, vous pouvez voir la surface mate sablée, qui offre une meilleure adhérence à la colle, ce qui fixera l'émetteur à la capacité gastronomique.



Le volume d'un tel bac est d'un litre et demi. Taille du navire 1/6, profondeur 100 mm, matériau en acier inoxydable. Nous centrons l'émetteur au fond du navire et marquons l'endroit où il sera situé. En fait, cela est nécessaire pour que les traces de papier de verre ne sortent pas de la frontière et ne gâchent pas l'apparence. Idéalement, cet endroit est mieux traité au jet de sable, mais je n'en ai pas à la ferme. Lorsque les surfaces sont préparées, dégraissez-les avec de l'acétone et diluez la colle époxy.



Nous l'appliquons en fine couche sur la goulotte elle-même et réalisons la même procédure avec l'émetteur. Il ne devrait pas y avoir de lacunes, car nous devons assurer un bon contact acoustique de toute la surface rayonnante. En amarrant la navette, Langevin essaie de ramper quelque part. Pour ne pas courir loin, il faut le frotter un peu, puis le presser pour que tout l'excès de colle sorte.



Après polymérisation, l'époxyde acquiert la dureté dite métallique. Pour les fans, cette option pour commencer à travailler avec des ultrasons puissants peut être très édifiante.



Il est maintenant temps de plaider la cause. Nous marquons des dimensions pré-mesurées sur des panneaux de particules de 10 mm et commençons à travailler avec une scie sauteuse. Il est conseillé de faire une telle opération la nuit, quand tous les voisins dorment)

Au final, 5 pièces égales sortiront, il suffit de sécuriser les parois en contreplaqué de manière plus fiable pour que rien ne s'effondre. Nous essayons le bain en insérant l'un dans l'autre. Idéalement, la boîte devrait sortir légèrement plus petite que les dimensions du gastronome.



Nous passons à la partie électronique. Pour contrôler la durée de fonctionnement du bain, vous avez besoin d'une minuterie. Un circuit approprié a été trouvé sur Internet, mais la carte de circuit imprimé elle-même a dû être reproduite car elle n'était tout simplement pas dans la description. Le résultat est une petite écharpe de taille assez modeste. Exactement ce qui est nécessaire.

Nous servons de la nourriture et voyons comment quelque chose s'est illuminé.Une courte pression sur le bouton de l'encodeur active et désactive la minuterie. Tourner le bouton vous permet de sélectionner la durée en minutes de 1 à 99. Une fois l'intervalle spécifié écoulé, la musique est diffusée, puis une sirène retentit, qui peut être désactivée une fois en appuyant sur l'encodeur. Le travail n'est nulle part plus facile. Si quelqu'un est ennuyé par des signaux sonores, un cavalier est fourni sur la carte pour déconnecter le haut-parleur.



C'est maintenant au générateur, qui pompera le système d'enceintes. J'ai élevé la planche exclusivement pour les dimensions des pièces que je creuse dans le garde-manger. J'ai essayé de placer les éléments aussi étroitement que possible afin qu'il n'y ait pas de micros haute fréquence. Bien que l'option assemblée à partir de la merde et des bâtons sur le genou n'ait pas mal fonctionné, cela ne vaut pas la peine.



Le générateur est appelé un pool push.Au début, il avait des transistors IRFZ46, puis 2SK1276, puis IRFP460 ils semblaient tous fonctionner dans une sorte de mat. Les transistors IRFZ44 ont fonctionné le mieux et se sont arrêtés sur eux. La gestion provient de la puce de pilote IR2153.

Le contrôle de fréquence étant manuel dans certains modes, les transistors seront très chauds. Il est donc nécessaire de prévoir une bonne dissipation thermique. Il est conseillé d'utiliser un radiateur à base épaisse, car sa dissipation thermique sera beaucoup plus efficace que celle d'un morceau d'aluminium situé à gauche, qui surchauffe en première niveleuse à une première date. Dans toutes les situations, il est nécessaire d'assurer une bonne dissipation thermique et un bon refroidissement à l'air. La température sera affichée sur un thermomètre chinois avec un écran LCD. Cela coûte environ 2 dollars.

Toute l'énergie contenue dans le bain sera pompée par un transformateur d'impulsions à partir d'une alimentation d'ordinateur. De la pratique, la taille du transformateur n'a pas d'importance, tout fonctionnait également sur les petits et les gros putains. 60 watts pour eux comme deux doigts. Nous évaluerons la consommation de l'ensemble du circuit en fonction des lectures de l'ampèremètre d'un shunt puissant connecté en parallèle. L'alimentation pour notre tâche n'a pas besoin d'être faible. Cette carte est prise en charge par un ordinateur portable. Si vous en croyez aux caractéristiques, alors il produit 65 watts à une tension de 20 volts. En divisant le premier par le second, nous obtenons un courant de trois ampères et quart, ce qui est très agréable.



Maintenant, ce tas de pièces doit être échelonné.Pour ce faire, sur des planches en bois, nous incluons toutes nos compétences d'artistes et marquons les endroits précédemment prévus où les contrôles seront insérés. Le travail de propreté étant terminé, il est temps de retourner le tapis avec de la sciure de bois aggloméré qui se déverse comme de la neige lors du perçage des trous. Les marques grossières du foret sont enlevées avec un foret. La buse étant ronde, il reste à aligner les coins et ici le fichier entre en jeu. Mais vous devez travailler avec soin, car sur le revêtement décoratif, des copeaux sont obtenus. Une fois la poussière déposée dans la hutte, le travail du bois décoratif peut être considéré comme terminé.



Nous plaçons toute l'électronique.Bon ton quand tous les détails sont serrés. Nous plaçons le panneau de minuterie sur le côté arrière et sur le devant, un thermomètre chinois qui montre la température en dixièmes de degré, nous réglons également les interrupteurs et interrupteurs restants. Le résultat sera quelque chose comme ça.



À l'intérieur, nous plaçons l'alimentation, car elle peut être vue près du trou de soufflage pour un meilleur refroidissement. Nous plaçons la carte du générateur en face du ventilateur et plaçons le dernier élément - l'inductance.



Comment fonctionne tout ce tas de fer?!Voyons maintenant. Pour commencer le réglage, nous avons réglé une tension d'environ 14 volts sur une alimentation électrique réglable. Nous vérifions la tension stabilisée pour alimenter la puce du pilote, elle devrait être de 12 volts. À l'aide de la sonde de l'oscilloscope, nous nous accrochons à la grille du transistor et vérifions si un signal est présent sous la forme d'un méandre. Si tout est en place, nous changeons la fréquence avec une résistance variable et nous nous assurons que le signal ne se contracte pas et est même dans toute la limite de réglage. Dans ce cas, la limite supérieure est d'environ 80 kHz et la limite inférieure est de l'ordre de 34 kHz. Le stock est assez grand et la poche comme on dit ne presse pas.



Nous allumons le diviseur par 10 et nous nous connectons à la jambe centrale du poteau de champ - c'est le drain.Au ralenti, vous pouvez voir comment au moment où le transistor est activé, une surtension se produit, suivie d'une oscillation amortie libre par rapport à un choc sur l'eau. Au moment où la clé est désactivée, nous voyons un autre pic. Idéalement, cet endroit devrait avoir un méandre propre. Mais il semble qu'il gonflait. Essayons de connecter la charge sous la forme d'une lampe Illich. Nous voyons comment l'atténuation a disparu, le bord avant du méandre est dans le blocage et les émissions inductives atteignent environ 700 volts. Une telle image n'est pas bonne.

Une partie de cette horreur se produit même dans le tableau, même un doigt l'affecte. Le même signal sera répété à la sortie du transformateur. On peut voir comment entre les inclusions de chaque épaule se forme un poids mort de 1,2 millisecondes. Exactement, en plus de la forme d'onde, le travail va dans la bonne direction.

La sonnerie haute fréquence peut être écrasée par le snubber. C'est le nom de la chaîne de résistance et de condensateur. Dans ce cas, la résistance doit être puissante, environ 5 watts, car elle est très chaude. Nous les plaçons dans la zone de refroidissement du radiateur. En connectant la chaîne RC à l'une des épaules de la piscine à pousser, on peut voir comment les vagues sont éteintes, mais avec une légère perturbation au moment de la mise en marche. C'est la meilleure chose qui pourrait être réalisée expérimentalement en sélectionnant la capacité et la résistance du snubber pour ce circuit. Dans tous les cas, même sous charge, le signal à la sortie de la partie haute tension du transformateur a tendance à être similaire à une onde carrée. Avec cela réglé, nous allons de l'avant.



L'émetteur étant une charge capacitive, il est nécessaire de calculer une inductance résonnante, ce qui augmentera l'efficacité du travail.Nous mesurons la capacité et obtenons environ 5 nF. La fréquence de ce Langevin est de 40 kHz. Nous allons dans le programme "Electrodroid" et y entrons ces paramètres. Un programme ingénieux pour les doubles, vous n'avez pas besoin de compter quoi que ce soit, entrez simplement des chiffres, le programme fera tout pour vous. Selon les résultats des calculs, l'inductance a atteint 3,2 mH. Nous enroulerons le transformateur avec un double fil pour réduire la résistance totale. Moins de résistance, moins de pertes qui seront dissipées sous forme de chaleur.

La première version de l'inductance a été enroulée sur le noyau d'un transformateur non assemblé. Cela a pris environ 4 heures, car il était difficile de poser une bobine de cuivre en bobine. L'inductance finale avec tous les efforts a dépassé 0,6 mH. J'étais énervé. Vous pouvez envelopper un échantillon dans un fil sur un morceau de ferrite ordinaire, il y aura de nombreuses pertes, mais cette option fonctionnera pour le réglage.



Et que voyons-nous ici?! À une extrémité de l'émetteur se trouve un transformateur de courant, à l'avenir, il sera de peu d'utilité. Sur l'extrémité chaude de l'inductance, nous raccordons une ampoule au néon pour une évaluation visuelle de la tension. Versez un peu d'eau dans les récipients du gastronome, environ 1/3. Connectez la sonde de l'oscilloscope à la sortie haute tension du transformateur.

Nous augmentons la tension et voyons ...Oui, enfer, comprends ça! À résonance à consommation maximale, le méandre s'assied tout au plus que je veux, formant deux pics comme dans le film Le Seigneur des Anneaux. Je soupçonne que c'est ainsi que l'inductance affecte la partie basse tension. L'amplitude de la tension semble être considérable, donc je ne recommande pas de le faire plus loin. Nous connectons la sonde avec le diviseur à l'extrémité chaude, ajustons la fréquence et voyons comment l'amplitude de la tension sort de la portée de l'oscilloscope. Une portée d'environ 1000 volts. La deuxième extrémité de la lampe au néon est pincée lorsqu'elle est touchée.

Voyons ce qu'il y a sur le transformateur de courant. L'image saute en raison d'une mauvaise synchronisation de l'oscilloscope. Anu a synchronisé les anciennes ordures. Ne me sortez pas! Le courant à la résonance augmente, ce qui devrait être le cas. Si l'eau du bain se bloque, le système devient instable.

Un effet intéressant découvert lors des expériences. Si une extrémité de Langevin n'est pas connectée à un fil de circuit commun, alors tout le potentiel de tension en kilovolts apparaît sur le corps du bain, cela est clairement visible sur l'ampoule au néon. Même de petites étincelles glissent en touchant un morceau de fer. Sur la carte, un cavalier de mise à la terre est fourni à l'avance.



Le circuit de la partie électronique. J'ai essayé de tout indiquer, même le brochage du transistor. Sur l'accélérateur de la partie résonante se trouve un contacteur. J'ai remarqué que parfois un bain fonctionne mieux sans lui qu'avec lui, et parfois vice versa.



Pour plus de clarté, voici deux images avec des signaux. Le premier fonctionne avec une charge capacitive et le second avec une résonance. Archive avec tout le matériel nécessaire pour assembler le bain.



Nous avons compris cette partie, comme si rien ne s'était éteint, nous continuons. Nous connectons tous les connecteurs avec alimentation, contrôle, résistances variables, Keller, etc. Étant donné que le capteur de température du thermomètre a une forme très pratique pour le montage, je n'ai rien trouvé d'autre pour le fixer à un morceau de ruban adhésif en aluminium, bien qu'il serait plus correct de percer un trou dans le radiateur et de le mettre avec de la graisse thermique pour un meilleur contact thermique.

Le corps du bain est en aggloméré, et comme vous le savez, il a peur de l'eau, ou plutôt de ses parois latérales non protégées. Le silicone étanche fait face à de telles tâches. Nous séparons un morceau de cette boue et le frottons dans les extrémités des arbres. Ici, il est important de ne se précipiter nulle part pour nous. De plus, un ruban amortisseur sera mieux supporté sur du silicone, ce qui isolera le corps du récipient gastronomique du corps de l'appareil afin que les vibrations utiles ne soient pas amorties.

Pour fixer Langevin sur une goulotte en acier inoxydable au lieu d'époxy, vous pouvez utiliser le soudage à froid de type Poxipol. Il semble que les fabricants de baignoires l'utilisent. Laissez-les l'utiliser, un époxy ordinaire est plusieurs fois moins cher.

Pour référence.Ne laissez pas les choses sans surveillance, sinon les hamsters courent dedans et rongent tous les fils. Mais n'ayez pas peur si vous pouvez toujours vous battre avec un fer à souder) Dire que le bain s'est avéré être compact ne veut rien dire par rapport aux Chinois, mais combien de puissance est là ...



Deuxième partie

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