Banho ultrassonico. Parte 1

Hamsters recebê-los amigos.

O post de hoje será dedicado à criação de um banho de limpeza ultrassônico, baseado em um emissor piezocerâmico de 60 W Langevin. No processo, veremos em que consiste o dispositivo, como configurá-lo para que nada se queime e, no final, vemos habilidades de purificação que superam o Sr. Proper e todos os seus amigos em suas ações. Um banho ultrassônico tem muitos campos de aplicação e é quase impossível listar tudo, pois a maioria deles depende apenas da sua imaginação.



Antes de começar a dissolver os dedos em um banho ultrassônico, vejamos como as vibrações mecânicas surgem em sistemas mais simples. Um exemplo de tais mecanismos oscilatórios são os magnetostrictores, que podem ser comprimidos ou esticados sob a influência de um campo magnético. Esses parâmetros são possuídos por ferrita comum do receptor do velho avô, que com certeza todo mundo está deitado em algum lugar da garagem.



Para iniciar o experimento, precisamos de: um gerador de sinal, um modulador de densidade de pulso para ajustar a potência, uma meia ponte, uma fonte de alimentação ajustável e um osciloscópio para avaliação visual do sinal. Mais adiante, em um pequeno mandril, enrolamos uma bobina de cobre espesso; no meu caso, saíram cerca de 50 voltas de fio de 2 mm. Ferrita será inserida bem no meio desta arma da casa. Definimos a potência em 100% em um modulador de pulso. Girando o botão no gerador, encontramos a ressonância do sistema, que em um caso específico parecerá duas montanhas cujos topos precisam ser alinhados.



A frequência de uma barra específica é de 8,5 kHz.Aproximando-se da ressonância mecânica, é visto como uma gota no topo de uma barra de ferrite começa a vibrar, enquanto muda sua forma original. Em algum momento, a amplitude da vibração atinge um valor tal que quebra a água em milhares de pequenas partículas e, visualmente, parece que o líquido se transforma em névoa em uma fração de segundo. O tamanho de cada queda depende do sistema mecânico; quanto maior a frequência, menor a queda.

Esse sistema magnetorrestritivo é ruim, pois, em um certo limiar de potência, a ferrita quebradiça é rasgada em pedaços, como aconteceu agora.15 watts não eram permitidos. No meio da haste, ocorre um estresse mecânico máximo e a quebra. Se, depois disso, você tentar colar duas metades da haste, não haverá um trabalho ativo como o original, pois cada peça individual terá sua própria ressonância mecânica. Durante o tiroteio, tive três dessas hastes rasgadas.



Como experimento, conectamos o emissor piezocerâmico mais comum ao gerador. Girando a alça do gerador, encontramos o momento em que a água começa a perturbar ativamente. Como pode ser visto, as gotículas formadas têm um tamanho um pouco maior do que na versão apresentada anteriormente, já que a frequência ressonante aqui é 2 vezes menor e corresponde a 3,6 kHz.

Para referência.Nos evaporadores e umidificadores ultrassônicos, o mesmo princípio é usado, apenas a frequência aqui já está na faixa de megahertz. O tamanho de uma gota de água pode atingir várias dezenas de mícrons.



Agora nos voltamos exclusivamente para o radiador Langevin, em homenagem ao físico francês envolvido em magnetismo. A frequência eletromecânica deste pedaço de ferro é de 40 kHz, e a evaporação da água é mais como a erupção de um vulcão. A essa velocidade ociosa, o emissor está muito quente, por isso não recomendo fazer isso.



No próximo experimento, tentaremos obter levitação ultrassônica.Em uma ressonância em Langevin, é formada uma onda ultrassônica permanente com um antinodo no final do revestimento radiante. Este é o principal modo longitudinal. Nesse caso, as partículas de matéria no final do fragmento oscilam na direção vertical com uma amplitude de dezenas de mícrons. Essas vibrações são facilmente transmitidas ao ar.

Se você instalar uma superfície refletora a uma certa distância do emissor, as ondas irradiadas e refletidas serão adicionadas, formando ondas sonoras no ar que têm nós - áreas de pressão mínima e antinodos - áreas de pressão máxima. Para que a bola com espuma de poliestireno levite, ela deve ser colocada exatamente na unidade de pressão sonora. Se você desligar o sistema, todo o castelo de cartas entrará em colapso imediatamente.



Com o princípio do trabalho, Langevin descobriu.Agora você pode dar uma olhada no emissor. Na parte frontal, é visível uma superfície fosca com jato de areia, que proporciona melhor aderência à cola que fixará o emissor à capacidade gastronômica.



O volume dessa calha é de um litro e meio. Tamanho do navio 1/6, profundidade 100 mm, material de aço inoxidável. Centralizamos o emissor na parte inferior do navio e marcamos o local onde ele estará localizado. De fato, isso é necessário para que traços de lixa não saiam da borda e não estraguem a aparência. Idealmente, este lugar é melhor tratado com jateamento de areia, mas eu não tenho um na fazenda. Quando as superfícies estiverem preparadas, desengordure com acetona e dilua a cola epóxi.



Nós o aplicamos com uma fina camada na própria calha e realizamos o mesmo procedimento com o emissor. Não deve haver espaços, pois precisamos garantir um bom contato acústico de toda a superfície radiante. Ao atracar o ônibus, Langevin tenta engatinhar em algum lugar. Para que ele não corra longe, ele precisa ser esfregado um pouco e depois pressionado para que todo o excesso de cola saia.



Após a polimerização, o epóxido adquirirá a dureza metálica. Para os fãs, esta opção para começar a trabalhar com ultra-som poderoso pode ser bastante animadora.



Agora é a hora de defender o caso. Marcamos dimensões pré-medidas em aglomerado de 10 mm e começamos a trabalhar com um quebra-cabeças. É aconselhável fazer essa operação à noite, quando todos os vizinhos estiverem dormindo)

No resultado final, serão exibidas cinco peças iguais, tudo o que é necessário é proteger as paredes de madeira compensada de maneira mais confiável, para que nada se desfaça. Tentamos o banho inserindo um no outro. Idealmente, a caixa deve sair um pouco menor que as dimensões do gastrônomo.



Passamos para a parte eletrônica. Para controlar o tempo de operação do banho, você precisa de um temporizador. Um circuito adequado foi encontrado na Internet, mas a própria placa de circuito teve que ser criada, pois simplesmente não estava na descrição. O resultado é um pequeno cachecol com um tamanho bastante modesto. Exatamente o que é necessário.

Servimos comida e vemos como algo se iluminou.Uma breve pressão no botão do codificador liga e desliga o timer. Girar o botão permite selecionar o tempo em minutos de 1 a 99. Após o intervalo especificado, a música é reproduzida e uma sirene soa, que pode ser desligada uma vez pressionando o codificador. O trabalho não é mais fácil. Se alguém se incomodar com os sinais sonoros, é fornecido um jumper na placa para desconectar o alto-falante.



Agora cabe ao gerador, que bombeará o sistema de alto-falantes. Criei o tabuleiro exclusivamente para as dimensões das peças que cavo na despensa. Tentei colocar os elementos o mais firmemente possível para que não houvesse captadores de alta frequência. Embora a opção montada com merda e paus no joelho também não tenha funcionado mal, não vale a pena fazer isso.



O gerador é chamado de pool de envio.No começo, ele tinha transistores IRFZ46, depois 2SK1276, depois IRFP460, todos eles pareciam funcionar de uma maneira meio sem graça. Os transistores IRFZ44 funcionaram melhor de todos e pararam neles. A gestão vem do chip de driver IR2153.

Como o controle de frequência será manual em alguns modos, os transistores estarão muito quentes. Portanto, é necessário fornecer uma boa dissipação de calor. É recomendável usar um radiador com uma base espessa, pois sua dissipação de calor será muito mais eficiente do que a de um pedaço de alumínio localizado à esquerda, que superaquece como aluno da primeira série no primeiro encontro. Em qualquer situação, é necessário fornecer boa dissipação de calor e resfriamento do ar. A temperatura será exibida em um termômetro chinês com uma tela LCD. Custa cerca de 2 dólares.

Toda a energia no banho será bombeada por um transformador de pulso de uma fonte de alimentação de computador. Na prática, o tamanho do transformador não importa, tudo funcionou igualmente em pequenas e grandes fodidas. 60 watts para eles como dois dedos. Avaliaremos o consumo de todo o circuito de acordo com as leituras do amperímetro de um poderoso shunt conectado em paralelo. A fonte de alimentação para nossa tarefa não precisa ser fraca. Esta placa é retirada da carga de algum laptop. Se você acredita nas características, produz 65 watts a uma voltagem de 20 volts. Dividindo o primeiro pelo segundo, obtemos uma corrente de três e um quarto de amperes, o que é muito agradável.



Agora, esse monte de peças precisa ser escalonado.Para fazer isso, nas tábuas de madeira, incluímos todas as nossas habilidades artísticas e marcamos os locais planejados anteriormente onde os controles serão inseridos. O trabalho limpo foi concluído, é hora de virar o tapete com serragem de aglomerado, que derrama como neve durante os furos. As marcas ásperas da broca são removidas com uma broca. Como o bico é redondo, resta alinhar os cantos e aqui o arquivo entra em ação. Mas você precisa trabalhar com cuidado, pois os chips de revestimento decorativo são obtidos. Depois que a poeira se deposita em toda a cabana, o trabalho em madeira decorativo pode ser considerado completo.



Colocamos todos os eletrônicos.Bom tom quando todos os detalhes entram em detalhes. Colocamos a placa do timer no verso e, na frente, um termômetro chinês que mostra a temperatura em décimos de grau, também configuramos os demais interruptores e interruptores. O resultado será algo como isto.



Dentro, colocamos a fonte de alimentação, como pode ser vista perto do orifício para um melhor resfriamento. Colocamos a placa do gerador oposta ao ventilador e colocamos o último elemento - o indutor.



Como funciona toda essa pilha de ferro ?!Agora vamos descobrir. Para iniciar o ajuste, definimos uma tensão de cerca de 14 volts em uma fonte de alimentação ajustável. Verificamos a tensão estabilizada para alimentar o chip do driver, que deve ser de 12 volts. Usando a sonda do osciloscópio, nos apegamos ao portão do transistor e verificamos se um sinal está presente na forma de um meandro. Se tudo estiver no lugar, alteramos a frequência com um resistor variável e garantimos que o sinal não treme e esteja mesmo no limite de ajuste inteiro. Nesse caso, o limite superior é de cerca de 80 kHz e o limite inferior está na região de 34 kHz. O estoque é grande o suficiente e o bolso, como eles dizem, não pressiona.



Ligamos o divisor em 10 e nos conectamos à perna do meio do poste - este é o dreno.No modo inativo, você pode ver como, no momento em que o transistor é ligado, ocorre um surto de alta tensão, seguido por uma oscilação livre de amortecimento em comparação com um choque na água. No momento em que a chave é desligada, vemos outro pico. Idealmente, este local deve ter um meandro limpo. Mas parece que ele estava inchando. Vamos tentar conectar a carga na forma de uma lâmpada Illich. Vemos como a atenuação desapareceu, a borda frontal do meandro está no bloqueio e as emissões indutivas atingem cerca de 700 volts. Essa imagem não é boa.

Parte desse horror ocorre mesmo no quadro, até um dedo o afeta. O mesmo sinal será repetido na saída do transformador. Pode-se ver como entre as inclusões de cada ombro se forma um peso morto de 1,2 milissegundos. Exatamente, além da forma de onda, o trabalho segue na direção certa.

O toque de alta frequência pode ser esmagado pelo amortecedor. Este é o nome da cadeia de resistor e capacitor. Nesse caso, o resistor deve ser potente, cerca de 5 watts, pois está muito quente. Nós os colocamos na zona de resfriamento do radiador. Ao conectar a corrente RC a um dos ombros do push pool, pode-se ver como as ondas são extintas, embora com um ligeiro distúrbio no momento de ligar. Essa é a melhor coisa que pode ser alcançada experimentalmente, selecionando a capacidade e a resistência do amortecedor para este circuito. De qualquer forma, mesmo sob carga, o sinal na saída da parte de alta tensão do transformador tende a ser semelhante a uma onda quadrada. Com isso resolvido, seguimos em frente.



Como o emissor é uma carga capacitiva, é necessário calcular um indutor ressonante, o que aumentará a eficiência do trabalho.Medimos a capacitância e obtemos cerca de 5 nF. A frequência deste Langevin é de 40 kHz. Entramos no programa "Electrodroid" e inserimos esses parâmetros lá. Um programa engenhoso para duplas, você não precisa contar nada, basta digitar números, o programa fará tudo por você. De acordo com os resultados do cálculo, a indutância atingiu 3,2 mH. Enrolaremos o transformador com um fio duplo para reduzir a resistência total. Menos resistência, menos perdas que serão dissipadas como calor.

A primeira versão do indutor foi enrolada no núcleo de um transformador desmontado. Demorou cerca de 4 horas, pois era difícil colocar bobina de cobre em bobina. A indutância final com todos os esforços excedeu 0,6 mH. Eu estava chateado. Você pode enrolar uma amostra em um fio em uma peça regular de ferrita; haverá muitas perdas, mas essa opção funcionará para o ajuste.



E então o que estamos vendo aqui ?! Em uma extremidade do emissor está um transformador de corrente, no futuro será de pouca utilidade. Na extremidade quente do indutor, conectamos uma lâmpada de neon para uma avaliação visual da tensão. Despeje um pouco de água nos recipientes do gastrônomo, cerca de 1/3. Conecte a ponta de prova do osciloscópio à saída de alta tensão do transformador.

Nós aumentamos a tensão e vemos ...Sim, inferno, entenda isso! Em ressonância com o consumo máximo, o meandro se senta no máximo que eu quero, formando dois picos, como no filme O Senhor dos Anéis. Eu suspeito que é assim que o indutor afeta a parte de baixa tensão. A magnitude da tensão parece ser considerável, por isso não recomendo mais. Conectamos a sonda com o divisor à extremidade quente, ajustamos a frequência e vemos como a amplitude da tensão sai do escopo do osciloscópio. Um período de cerca de 1000 volts. A segunda extremidade da lâmpada de neon é arrancada quando tocada.

Vamos ver o que há no transformador atual. A imagem está saltando devido à má sincronização do osciloscópio. Anu sincronizou lixo velho. Não me tire daqui! A corrente de ressonância está crescendo, e é como deveria ser. Se a água no banho parar, o sistema ficará instável.

Um efeito interessante descoberto durante os experimentos. Se uma extremidade de Langevin não estiver conectada a um fio de circuito comum, todo o potencial de voltagem em quilovolts aparecerá no corpo do banho, isso é claramente visível na lâmpada de neon. Até pequenas faíscas escorregam ao tocar em um pedaço de ferro. Na placa, um jumper de aterramento é fornecido com antecedência.



O circuito da parte eletrônica. Tentei indicar tudo, até a pinagem do transistor. No acelerador da parte ressonante está um contator. Notei que às vezes um banho funciona melhor sem ele do que com ele, e às vezes vice-versa.



Para maior clareza, abaixo são mostradas duas imagens com sinais. O primeiro trabalho com carga capacitiva e o segundo com ressonância. Arquive com todo o material necessário para a montagem do banho.



Nós descobrimos essa parte, como se nada estivesse queimado, seguimos em frente. Conectamos todos os conectores com energia, controle, resistores variáveis, Keller, etc. Como o sensor de temperatura do termômetro possui uma forma muito conveniente de montagem, não criei mais nada para prendê-lo a um pedaço de fita adesiva, embora fosse mais correto fazer um furo no radiador e colocá-lo junto com graxa térmica para melhor contato térmico.

O corpo do banho é feito de aglomerado e, como você sabe, ele tem medo de água, ou melhor, de suas paredes laterais desprotegidas. Silicone à prova d'água lida com essas tarefas. Separamos um pedaço dessa lama e esfregamos nas extremidades das árvores. Aqui é importante não nos apressarmos em lugar algum. Além disso, uma fita de amortecimento será melhor suportada em silicone, o que isolará o corpo do recipiente gastronômico do corpo do dispositivo para que as vibrações úteis não sejam amortecidas.

Para prender Langevin a uma calha de aço inoxidável em vez de epóxi, você pode usar a soldagem a frio do tipo Poxipol. Parece que os fabricantes de banheiras o usam. Deixe-os usá-lo, um epóxi comum é várias vezes mais barato.

Para referência.Não deixe as coisas sem vigilância, caso contrário, hamsters entrarão e roerão todos os fios. Mas não tenha medo se você sempre puder revidar com um ferro de soldar) Dizer que o banho acabou sendo compacto é não dizer nada comparado aos chineses, mas quanta energia existe ...



Parte dois

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