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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Aeronizzatore a basso volume. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Medicina Lo sviluppo di un nuovo ionizzatore d'aria è stato intrapreso con l'obiettivo di creare un dispositivo domestico compatto. Ma prima che apparisse il progetto completo, l'autore ha condotto molti esperimenti. Inizialmente furono realizzati con un semplice convertitore ad alta tensione a tiristori, che in seguito dovette essere abbandonato a causa delle interferenze elettromagnetiche che creava e della bassa efficienza. Successivamente è stato prodotto un convertitore a transistor singolo, che è servito come base per lo ionizzatore d'aria descritto. Entrambi i tipi di convertitori hanno permesso di ottenere un potenziale negativo fino a 80 kV sull'elettrodo ionizzante. Per modificare la tensione all'elettrodo è stato utilizzato un autotrasformatore regolabile, dalla cui uscita è stata applicata al convertitore una tensione di alimentazione con una frequenza di 50 Hz. La tensione sull'elettrodo è stata misurata con un voltmetro con quadrante magnetoelettrico (la corrente della deflessione totale dell'ago è 50 μA) e un resistore aggiuntivo con una resistenza di 2 GOhm, composto da 20 resistori collegati in serie da 100 MOhm ogni). Pertanto, il limite della tensione misurata era di 100 kV. Negli esperimenti è stato utilizzato un elettrodo sotto forma di un fascio di sottili conduttori appuntiti alle estremità (a forma di "dente di leone"). I risultati della misurazione hanno mostrato che già a un potenziale di 20 kV a una distanza di 2 m dall'elettrodo ionizzante, la concentrazione di ioni d'aria è al livello degli standard sanitari massimi consentiti. Pertanto, per qualsiasi valore elevato del potenziale sull'elettrodo, la distanza minima alla quale una persona può rimanere a lungo diventa ancora maggiore. Un'altra conclusione importante è che la concentrazione degli ioni leggeri nell'aria diminuisce significativamente con la distanza dall'elettrodo, circa 10 volte per ogni metro di distanza. Questo declino è dovuto alla ricombinazione (morte) degli ioni, nonché alla loro cattura da parte di varie particelle di aerosol che inquinano l'aria. A causa della ricombinazione, la durata media (durata della vita) degli ioni leggeri dell'aria è molto limitata e praticamente non supera le decine di secondi. Pertanto, è fondamentalmente impossibile creare una distribuzione uniforme degli ioni dell'aria in una stanza, tanto meno tentare di saturare l'aria con essi in più stanze se lo ionizzatore è installato solo in una di esse. È anche inutile cercare di fare scorta di ioni d'aria per il futuro. Dopo aver spento il dispositivo, la loro concentrazione scenderà rapidamente al livello di fondo. Ma i vantaggi di un dispositivo funzionante si manifesteranno ancora a lungo sotto forma di aria pulita. Se è necessario saturare più stanze con ioni d'aria, ciascuna di esse deve essere dotata di uno ionizzatore o utilizzare un dispositivo portatile. Tenendo conto di quanto detto, è stato sviluppato uno ionizzatore d'aria compatto, denominato dall'autore "Korsan" (Fig. 1).
Il convertitore ad alta tensione e l'elettrodo di scarica sono strutturalmente combinati in un'unica unità tramite un connettore. L'alloggiamento del convertitore è la metà di un portasapone in plastica con dimensioni esterne di 110x80x30 mm, che contiene una scheda oscillatore a transistor singolo con alimentazione senza trasformatore da una rete a 220 V, un moltiplicatore di tensione a diodi, un resistore di protezione limitatore di corrente e una presa per attaccare un elettrodo. Non è presente alcun interruttore di alimentazione sul corpo del dispositivo, poiché non può essere utilizzato a causa della comparsa di una carica statica sul corpo umano quando ci si avvicina a un dispositivo funzionante. Pertanto, lo ionizzatore d'aria è dotato di un lungo cavo di alimentazione flessibile (almeno 2 m) con una spina all'estremità, che accende e spegne il dispositivo. Le dimensioni dell'alloggiamento consentono di posizionare al suo interno un moltiplicatore di diodi di 40 kV o più. Ma sulla base dell'esperienza di un funzionamento triennale dello ionizzatore nella vita di tutti i giorni e nelle istituzioni mediche, dovrebbe essere riconosciuta come appropriata per l'uso domestico, la scelta del potenziale sull'elettrodo da 15 a 30 kV. Il circuito elettrico dello ionizzatore d'aria è mostrato in fig. 2.
La tensione di rete alternata di 220 V viene convertita in una tensione continua di circa 1 V utilizzando un ponte a diodi VD1 e un condensatore C310, che alimenta un autogeneratore ad alta tensione. È realizzato sul transistor VT1 e sul trasformatore T1. L'avvolgimento I e il condensatore C2 formano un circuito oscillatorio collegato al circuito del collettore del transistor in serie con il resistore R2 e l'indicatore LED HL1, deviato dal resistore R3. Una tensione di feedback positivo viene fornita dall'avvolgimento II attraverso il condensatore di separazione C3 alla base del transistor. I resistori R4-R6 determinano la modalità di polarizzazione automatica sulla base. Sull'avvolgimento elevatore III si sviluppa una tensione alternata con un'ampiezza di circa 3 kV, che viene fornita al moltiplicatore sui diodi VD2-VD11 e sui condensatori C4-C13. Con dieci stadi di moltiplicazione si ottiene un potenziale negativo di 30 kV. Quando si utilizza un moltiplicatore a otto stadi, la sua uscita sarà rispettivamente di 24 kV. L'uscita del moltiplicatore è collegata alla presa X2 attraverso un resistore di protezione R7, che limita la corrente se l'elettrodo corona viene toccato accidentalmente a un valore sicuro. L'elemento più critico del dispositivo è il trasformatore ad alta tensione (Fig. 3). È realizzato su un telaio cilindrico 2 a undici sezioni con un nucleo magnetico 1 del diametro di 8 mm in ferrite M400NN.
L'avvolgimento step-up III contiene 3300 spire di filo PELSHO 0,06 ed è disposto uniformemente in sezioni del telaio di 300 spire ciascuna. L'avvolgimento I contiene 300 giri di PELSHO 0,1 ed è avvolto in tre file sulla manica 4, situata sul bordo del telaio sul lato sinistro secondo lo schema di uscita dell'avvolgimento III. Quattro spire dell'avvolgimento di retroazione II sono avvolte con filo PELSHO 0,1 sopra l'avvolgimento I e separate da esso da uno strato di nastro isolante (nastro adesivo) 3. La lunghezza del telaio con nucleo magnetico può variare da 70...100 mm ed è determinata dalle dimensioni della custodia. Il telaio 2 e il manicotto 4 del trasformatore possono essere incollati insieme da 3-4 strati di carta utilizzata per stampanti o fotocopiatrici. Le guance per separare le sezioni possono essere realizzate in carta spessa con uno spessore di 0,3...0,5 mm. Ma è meglio, ovviamente, lavorare un telaio componibile da un dielettrico (fluoroplastica, polistirolo, plexiglass, ebanite o legno denso). L'inizio e la fine dell'avvolgimento III sono saldati ai terminali 5, incollati ai bordi del telaio. Le conclusioni possono essere facilmente realizzate con filo di rame unipolare con un diametro di 0,4...0,5 mm, ma non è possibile creare spire cortocircuitate. Il trasformatore è collegato alla scheda con gli stessi pin. I terminali degli avvolgimenti I e II sono saldati alla scheda rispettando la fasatura indicata sullo schema. Il design descritto consente il funzionamento del trasformatore senza alcuna impregnazione speciale. I migliori risultati si otterranno se, al posto del transistor bipolare KT872A indicato nello schema, viene utilizzato un transistor BSIT della serie KP810, KP953 o KP948A (il terminale di gate viene utilizzato come base, il terminale di drain viene utilizzato come collettore , e il terminale sorgente viene utilizzato come emettitore). Ponte a diodi VD1 - qualsiasi, progettato per una corrente raddrizzata di almeno 100 mA e una tensione inversa di almeno 400 V; colonnine raddrizzatrici VD2-VD11 - KTs106B-KTs106G o una qualsiasi delle serie KTs117, KTs121-KTs123. Condensatore C1 - con una capacità da 1 a 10 microfarad per una tensione di almeno 315 V; C2, C3 - qualsiasi tipo, tranne C2 per una tensione operativa di almeno 315 V; S4-S13 - K15-5 con una capacità di 100-470 pF per una tensione di 6,3 kV. LED: qualsiasi con radiazione visibile. Resistori R1-R6 - C2-23, C2-33, MLT, OMLT; R7 - C3-14-0,5 o C3-14-1. Quando si utilizzano parti riparabili e un'installazione senza errori, lo ionizzatore d'aria inizia a funzionare immediatamente. È conveniente controllare il funzionamento dell'oscillatore e misurare i suoi parametri principali utilizzando un milliamperometro CA con un limite di misurazione di 25-50 mA e un oscilloscopio che consente di osservare un segnale elettrico con un'oscillazione di almeno 600 V sullo schermo Il misuratore di corrente consente di determinare e ridurre al minimo la potenza consumata dalla rete e l'oscilloscopio: monitorare visivamente e ottimizzare il funzionamento del dispositivo, nonché determinare indirettamente il valore della tensione costante all'uscita del moltiplicatore. Il contatore CA è collegato all'interruzione di qualsiasi cavo di rete. Ma prima di inserire la spina X1 nella presa di corrente, ricordiamo che l'aeroionizzatore è alimentato senza trasformatore di isolamento e, quindi, qualsiasi suo elemento è sotto una tensione pericolosa per l'uomo rispetto al filo neutro. Ricordatevi quindi le misure di sicurezza e rispettatele! Si consiglia di effettuare la prima commutazione senza diodo moltiplicatore. In assenza di generazione (monitorata con un oscilloscopio collegato al collettore del transistor), è necessario prestare attenzione alla corrente consumata (corrente di riposo). Se non supera 1 mA, il transistor potrebbe avere un rapporto di trasferimento della corrente di base ridotto ed è meglio sostituirlo. Ma puoi provare ad aumentare la corrente di riposo selezionando il resistore R5 con una resistenza inferiore. Se la corrente di riposo è compresa tra 2...5 mA, ma non c'è generazione, il motivo della sua assenza potrebbe essere un'errata fasatura dei terminali degli avvolgimenti del trasformatore. In questo caso, è sufficiente scambiare le estremità di uno qualsiasi degli avvolgimenti: I o II. Se anche dopo questa generazione non si verifica o si verificano oscillazioni, ma di ampiezza molto piccola (il transistor funziona senza interruzione), è necessario aumentare il numero di spire (di 1 ... 2) dell'avvolgimento di retroazione II. In un generatore normalmente funzionante (la sua frequenza è 40 ... 60 kHz), la tensione di picco sul collettore rispetto al filo comune è compresa tra 500 ... supera i 600 mA. In questa modalità, nel transistor non viene rilasciato più di 90 W di potenza e può essere utilizzato senza dissipatore di calore. Va tenuto presente che l'efficienza del generatore è correlata all'angolo di taglio del transistor. Il valore di questo parametro è facile da ottimizzare utilizzando un oscilloscopio selezionando il resistore R4 e la tensione sull'avvolgimento II. Maggiore è la tensione (più giri) e minore è la resistenza del resistore, maggiore è l'angolo di interruzione. La dipendenza dell'efficienza dall'angolo di interruzione è estrema e la modalità ottimale si ottiene con un angolo di 80-100°. Una volta completata la sintonizzazione del generatore, è possibile misurare l'ampiezza della tensione sull'avvolgimento step-up III utilizzando un oscilloscopio. Il modo più semplice per farlo è utilizzare un partitore di tensione capacitivo (Fig. 4).
Il condensatore C1 deve avere una tensione operativa di almeno 3000 V, ad esempio KVI, e il condensatore C2 deve essere di qualsiasi tipo. Il fattore di divisione di tale catena con i valori del condensatore specificati e la capacità di ingresso dell'oscilloscopio è 100 pF è 100. Con sufficiente precisione, la tensione sull'elettrodo ionizzante (sulla presa X2) viene determinata moltiplicando il valore di ampiezza della tensione sull'avvolgimento elevatore III per il numero di stadi del moltiplicatore del diodo. Al termine della configurazione, è possibile testare il funzionamento del dispositivo con un moltiplicatore collegato. Per fare ciò, deve essere collegato all'avvolgimento elevatore III con fili di almeno 10 cm di lunghezza e posto su un foglio di buon dielettrico (plexiglass, getinax, ecc.). Il modo migliore per controllare è misurare il potenziale negativo all'uscita del moltiplicatore rispetto al filo di terra utilizzando un voltmetro ad alta tensione. Ma puoi limitarti a una semplice inclusione. In un convertitore normalmente funzionante, di norma, si verifica una scarica corona tra i terminali dei condensatori del moltiplicatore a diodi, accompagnata da un caratteristico sibilo e odore di ozono, ma sono possibili anche scariche di scintille. Naturalmente, è impossibile utilizzare uno ionizzatore d'aria in questa forma. È richiesta almeno la sigillatura del moltiplicatore con un composto dielettrico. Se si decide di sigillare un solo moltiplicatore, il design dell'intero ionizzatore dovrebbe essere tale che la distanza tra l'elettrodo corona e l'unità ad alta tensione sia di almeno 1 m, altrimenti l'affidabilità dello ionizzatore d'aria diminuisce drasticamente e potrebbe fallire in pochi mesi. Le microcorrenti iniziano a fluire attraverso l'alloggiamento dell'unità ad alta tensione attraverso i giunti e gli spazi esistenti, trasformandosi infine in scariche di scintille, dovute non solo all'inevitabile deposito di particelle di aerosol sulla sua superficie, ma anche alla loro penetrazione nell'alloggiamento . Nel progetto descritto, tutte le parti del dispositivo sono sigillate con adesivo epossidico EDP. Prima della colata, le unità e gli elementi sono montati in un alloggiamento dielettrico con uno spessore della parete di almeno 1,5 mm. Devono essere prese misure per eliminare possibili perdite di resina attraverso i fori utilizzati per fissare il connettore, il LED e l'ingresso del cavo di alimentazione. Per fare ciò, il diametro dei fori deve corrispondere esattamente agli elementi corrispondenti. È possibile utilizzare la sigillatura preliminare di questi luoghi con colla PVA, "Moment", BF, ecc. La colla EDP viene utilizzata secondo le istruzioni ad essa allegate. Prima della miscelazione con l'induritore, la base viene riscaldata ad una temperatura di 70...90°C per aumentare la fluidità e accelerare il processo di indurimento. Ma bisogna tener conto che dopo la miscelazione dei componenti, la reazione di polimerizzazione avviene con il rilascio di una grande quantità di calore. Volumi di resina superiori a 50 ml possono autoriscaldarsi con ebollizione e indurimento in pochi minuti. Pertanto, è necessario utilizzare un riempitivo (quarzo o sabbia di fiume) introdotto nella massa già preparata per la colata in un rapporto volumetrico di 1:1. Il funzionamento del dispositivo è possibile non prima di 24 ore dopo il riempimento della custodia. Autore: V.N.Korovin
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