Übersetzung eines Artikels aus einem Blog des indischen Ingenieurs Amaldev V.
Dieses Projekt reifte für ungefähr zwei Jahre in meinem Kopf und ich konnte es immer noch nicht tun. Das Projekt ist weder kompliziert noch zu technisch. Jeder, der weiß, wie man etwas mit seinen Händen macht, sollte damit problemlos fertig werden. Ich habe das gesamte Projekt in den
freien Zugang gestellt , und Sie sollten in der Lage sein, alle Ersatzteile zu bestellen und Ihr Gerät zusammenzubauen, wobei Sie weniger als 10 USD ausgeben.
Hintergrund
Ich lebe jetzt in Mumbai, in einer Wohnung mit Blick auf eine sehr belebte Straße. Und seit ich hier angekommen bin, habe ich mit dem Staub zu kämpfen, der sich auf allem ablagert. Ich sollte die Fenster öffnen. Die wöchentliche Reinigung der Wohnung ist sehr aufwändig. Und ich habe beschlossen, einen Luftreiniger für das Zimmer zu kaufen. Und dann dachte ich: Wie schwer wird es sein, den Reiniger selbst zusammenzubauen? Ich führte eine Studie durch und entschied, dass ich mich selbst zu einem Ionisator machen muss (ein Ionisator und ein Reiniger sind übrigens zwei verschiedene Geräte, aber dazu später mehr). Allerdings habe ich mich dann in aktuelle Probleme vergraben und es nie zusammengebaut.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/In letzter Zeit haben mich viele gefragt, wie ich Geräte entwerfe und herstelle, und ich habe beschlossen, dieses relativ einfache Projekt als Beispiel zu nennen und seine Erstellung im Detail als Anleitung zu beschreiben
Machen wir also einen Ionisator.
Forschung
Wenn Sie selbst etwas tun möchten, recherchieren Sie zuerst mit Google. In unserem Fall wollen wir herausfinden, was ein Ionisator ist und auf welchem Grundprinzip er funktioniert.
Ein Luftionisator (oder ein Negativionengenerator oder ein Chizhevsky-Kronleuchter) ist ein Gerät, das mit Hochspannung Luftmoleküle ionisiert (elektrische Ladung). Negative Ionen oder Anionen sind Teilchen mit einem oder mehreren zusätzlichen Elektronen, weshalb ihre Gesamtladung negativ ist.
Bisher scheint es einfach. Ionisatoren werden verwendet, um Partikel aus der Luft zu entfernen, indem ihnen eine negative Ladung verliehen wird, wonach diese Partikel von einer positiv geladenen Oberfläche (Wand / Boden) angezogen werden. Dadurch setzen sich Partikel viel schneller ab und die Luft bleibt sauber. Dies ist genau das, was wir brauchen - um Staub aus der Luft zu entfernen, um ihn nicht einzuatmen.
Nachdem wir nur 5 Minuten lang gesucht haben, wissen wir bereits, dass wir ein System mit einer hohen Spannung herstellen müssen, die den Partikeln eine negative Ladung verleiht. Anfangs war ich ein wenig entmutigt, weil ich vorher noch keine Hochspannungsanlagen gemacht hatte, und wenn man unachtsam mit solchen Anlagen spielt, kann alles schlecht enden.
Dann suchen wir nach Geräten, die bereits auf dem Markt erhältlich sind und auf dieser Technologie basieren. Ich mache das, um zu verstehen, mit welchen Schaltkreisen solche Geräte hergestellt wurden. Wenn es ein Gerät mit der gleichen Technologie auf dem Markt gibt, lernen Sie daraus.
Die Leute verbrachten viele Arbeitsstunden mit dem Gerät. Lernen Sie aus ihrem Beispiel, Ihr eigenes System zu erstellen, das dem fertigen System zumindest ähnlich ist, oder lernen Sie aus den Fehlern anderer und verbessern Sie das System.
Für diese Zwecke hilft Ihnen auch Google am besten. Ich habe Beweise dafür gefunden, was Ionisatoren in den 1980er Jahren gemacht haben. Wenn diese Technologie so alt ist, kann ich mir eine Beschreibung ansehen, wie diese Geräte zerlegt werden. Wir suchen in Google nach "Ionisator-Abbau" und finden eine Reihe von Videos, die die Innenseiten des Geräts zeigen.
Sehr empfehlenswerte Videos von
BigClive .
Anhand dieser Videos wurde mir klar, dass ein Hochspannungssystem mit einem Spannungsvervielfacher hergestellt werden kann und dass es nicht so schwierig ist. Fahren wir also mit dem Design der Elektronik fort.
Elektronik Design
Wir brauchen
einen Spannungsvervielfacher . Lernen Sie zunächst alles, was Sie können, aus kostenlosen Inhalten. Tun Sie niemals etwas, ohne vorher alles zu lernen, was Sie können. Es ist sehr wichtig.
Sie müssen Zeit mit Nachforschungen verbringen, sonst machen Sie dieselben Fehler. Ich habe ein paar Stunden damit verbracht, das Gerät der Spannungsvervielfacher zu studieren. Am häufigsten wird die einfachste Lösung verwendet,
der Cockcroft-Walton-Generator .
Eines der Prinzipien, die ich bei der Entwicklung komplexer Lösungen zu beachten versuche, ist
Keep IT Simple, Stupid . Oder einfach nur KUSS.
Daher war der Cockcroft-Walton-Generator für mich geeignet. Es wurde 1932 entwickelt und seitdem in Hunderten von Geräten eingesetzt. Daher ist dies eine ziemlich zuverlässige Option für die Implementierung. Ein bisschen google, ich habe ein
Video von Dave Jones gefunden, das erklärt, wie diese Schaltung funktioniert. Ich empfehle das Video anzuschauen, um dies besser zu verstehen.
Tatsächlich besteht die Schaltung aus zwei Dioden und zwei Kondensatoren, die "Back to Back" geschaltet sind. Ein Wechselstrom mit einer Spitzenspannung Vp wird an den Eingang angelegt. Der erste Teil der Schaltung verschiebt das Eingangssignal so, dass sich am Ausgang ein konstanter Strom mit einer Spitzenspannung von 2Vp ergibt. Wenn wir einen weiteren Schritt hinzufügen, erhalten wir 4Vp. Sie könnten denken, dass der nächste Schritt diesen Wert auf 8Vp erhöht, aber nein - nur auf 6Vp.
Durch Hinzufügen von Schritten erhöhen wir die Ausgangsspannung. 2 Vp, 4 Vp, 6 Vp, 8 Vp, 10 Vp, 12 Vp usw. in Bezug auf den Eingang. Zumindest theoretisch - in der Praxis wird es Verluste in der Schaltung geben und die Ausgabe wird nicht so groß sein, aber für unsere Zwecke sollte es nicht extrem genau sein.
Zurück zu unserem System: Wir möchten einen Gleichstrom mit hoher Spannung (ca. 6-7 kV) abgeben. Um die Schaltung zu vereinfachen, habe ich mich entschieden, 230 V AC direkt anzulegen (so ist die Spannung im indischen Stromnetz) [wie in Russisch / ca. transl.]. Nehmen wir an, wir machen einen Multiplikator mit 15 Schritten, dann erhalten wir am Ausgang eine Gleichspannung von 230V x 2 x 15 = 6900 V (theoretisch). Genug für die Ionisation.
Ich könnte dem Eingang einen Transformator hinzufügen und die Ausgangsspannung mit weniger Schritten erhöhen, aber für den ersten Prototyp wollte ich alles sehr einfach machen. Wir werden daher 15 Stufen und eine Eingangsspannung von 230 V belassen.
Als nächstes müssen wir die Komponenten auswählen. Die Schaltung ist sehr einfach - zwei Kondensatoren und zwei Dioden pro Stufe. Wie wählen wir ihre Werte und Nennleistung aus?
Und hier muss man das Prinzip der Schaltung richtig verstehen. Es ist ersichtlich, dass in jeder Stufe die Spannung über den Dioden oder dem Kondensator 2 Vp nicht überschreitet. Die Potentialdifferenz beträgt immer 2Vp, so dass wir kein Geld für Hochspannungsdioden und Kondensatoren ausgeben müssen. Da 230 V am Eingang anliegen, ist ein Kondensator mit 500 V oder mehr ausreichend. Die Kapazität ist nicht wichtig, daher habe ich mich für einen 0,1-uF-Kondensator und 630 V entschieden. Ich habe Dioden 1N4007 für 1000 V gewählt. Die Hauptsache ist fertig. Die Materialliste kann
zusammen mit dem Schema heruntergeladen werden .
PCB-Design
Nachdem wir die wichtigen Komponenten ausgewählt haben, wählen wir den Rest aus. Wir müssen das Gerät an eine Steckdose anschließen, daher benötigen wir am Ausgang einen Widerstand mit einem ausreichend großen Wert, damit er nicht funktioniert (zum Beispiel, damit bei versehentlichem Berühren des Stromkreises kein Strom durch Sie fließt). Ich möchte auch den Strom auf ein Minimum reduzieren, damit das Gerät beim Einschalten so wenig Energie wie möglich verbraucht. Ich habe zwei 10 MΩ-Widerstände (0,25 W, Toleranz 1%, Fall 1026) gewählt, und dies gibt uns Ströme, die in Mikroampere gemessen werden.
Um Komponenten zu kaufen, habe ich den Laden
LCSC.com gewählt . Es ist billiger als Digikey oder Mouser. Eine Suche nach Parametern ergab einen Widerstand
1206W4F1005T5E .
Ich möchte auch eine LED-Anzeige installieren, die beim Einschalten des Geräts aufleuchtet. Der durch sie fließende Strom muss sehr klein sein. Ich habe
diese LED in anderen Projekten verwendet, sie leuchtet bei einem Strom von 2 mA ziemlich gut. Um den Strom zu begrenzen, nahm ich zwei 51 kΩ Widerstände (230 V / 2 mA ergeben 115 kΩ). Zwei Widerstände leiten die Wärme stärker ab (P = I
2 R: (2 mA)
2 x 51 kΩ = 0,2 W). Deshalb habe ich zwei 51 kΩ und 0,5 W Widerstände gewählt. Auf dem LCSC ist dies
CR1210J51K0P05Z .
Jetzt müssen wir verstehen, was die Ausgabe sein wird. Aus der Analyse fertiger Ionisatoren folgt, dass wir für die Übertragung negativer Ionen auf Staubpartikel etwas Scharfes benötigen. Ich entschied mich für Nähnadeln, die ich am Ausgang großflächig verlötete. Ich entschied mich für einen Satz Nadeln auf dem lokalen Markt für 30 Rupien (0,4 USD). Grundsätzlich ist jedes leitfähige Material mit scharfen Enden geeignet. Scharf gespitzte Kohlenstofffasern funktionieren am besten. Je spitzer die Spitzen, desto mehr Ionisation.
Lassen Sie uns in diesem Sinne das Board entwerfen. Für dieses Projekt benutze ich Eagle. Ich habe folgendes Schema:
Es verfügt über zwei Eingangsplattformen für Wechselstrom, 15 Stufen des Multiplizierers, Widerstände zur Stromreduzierung, eine große Fläche am Ausgang und eine Schaltung für eine LED-Anzeige. Ich empfehle, dass Sie immer die Nummern der von Ihnen verwendeten Komponenten aufschreiben, damit es in Zukunft einfacher ist, sie zu suchen und zu bestellen. Alle Komponenten kosteten mich 7,8 US-Dollar, und das meiste davon floss in Kondensatoren.
Ich habe mich entschieden, diese Strecke zu verlängern. Für die Montage der Platine habe ich die Löcher in die Ecken gesteckt und die Löcher für die M3-Schrauben verwendet. Die Maße der Platine betragen 145 x 40 mm, der Eingang befindet sich links und die große Fläche zum Löten scharfer Nadeln befindet sich rechts. Stellen Sie sicher, dass die Platzierungsrichtungen der Dioden markiert sind, da dies die Montage des Geräts erheblich erleichtert.
Jetzt müssen Sie eine Karte im Gerber-Format zeichnen und an den Hersteller senden. Zu diesem Zweck arbeite ich mit der JLCPCB zusammen. Die Kosten für Prototypenplatinen sind sehr gering. Die Gebühr beträgt 0,8 USD (ohne Lieferung) für den Kauf von 10 Stück.
Wenn Sie meinen Namen, Datum und Boardnamen aus Dateien löschen möchten, bearbeiten Sie die Eagle Board-Dateien. So sieht das endgültige Board aus:
Sie können es in Fusion 360 importieren und erhalten diese Schönheit:
Ich habe die Bestellung einer Platine von JLCPCB und Komponenten mit LCSC kombiniert. Wenn Sie zusammen bestellen, erhalten Sie einen Nachlass von 15 USD. Die Kosten für die Platine und die Komponenten betragen ca. 9 USD (ohne Versand). Alles kam in eineinhalb Wochen zu mir. JLC hat einen Board-Bestückungsservice, aber ich mache alles gerne selbst.
Montage und Inspektion
Hier ist die JLCPCB-Karte. Ich habe mich für das ENIG-RoHS-Finish entschieden, weil es schöner ist. Aber HASL Trim wird billiger sein.
Das Löten aller SMD-Bauteile dauerte ungefähr eine Stunde. In einem örtlichen Geschäft kaufte ich 2 Meter Kabel und einen Stecker für den Anschluss an eine Steckdose. Ich habe den Knoten am Draht gebunden, damit der Draht nicht aus dem Stecker kommt.
Der nächste Schritt ist optional, aber ich kann es nur empfehlen. Ich wandte mich an eine Firma, in der Laserschneiden betrieben wird, nahm ein Stück Plexiglas mit einer Dicke von 3 mm und schnitt eine Schutzhülle ab. Ich empfehle dies - als ich die Platine testete, verspürte ich einige Male einen erheblichen Stromschlag, wenn ich versehentlich die Kondensatoren berührte. Die DXF-Datei zum Schneiden ist ebenfalls in
allen Dateien enthalten .
Ich habe die Abdeckung mit 5 mm langen M3-
Kunststoffschrauben und 20 mm langen
Kunststoffbeinen auf die Leiterplatte geschraubt.
Ich habe sieben Nadeln an das Ausgangspad gelötet. Je mehr desto besser. Der Längenunterschied spielt keine Rolle.
Es ist Zeit, das Gerät an eine Steckdose anzuschließen und zu überprüfen. Die LED sollte aufleuchten und im Idealfall sollte das Gerät funktionieren.
Sie können die Leistung schnell überprüfen, indem Sie Ihre nassen Handflächen an die Nadeln heben (berühren Sie sie einfach nicht!). Sie werden die Bewegung der kalten Luft spüren, die von den Nadeln kommt. Das ist Ionisation. Negative Ionen stoßen ab und fliegen ständig von den Nadelspitzen weg.
Um zu beweisen, dass das Gerät zu Rauch- und Staubniederschlägen führen kann, habe ich einen durchsichtigen Krug vorbereitet, mit Rauch gefüllt und das Gerät mit Nadeln hineingesteckt. Nach dem Einschalten des Gerätes setzten sich die Rauchpartikel sehr schnell ab.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/In dem Video scheint sich der Rauch durch die Luft im Krug zu verteilen. Tatsächlich gibt es dort keinen Luftzug - der Krug ist geschlossen. Der Effekt ist auf die Abstoßung negativer Ionen zurückzuführen, und die Luft beginnt sehr schnell, durch den Krug zu zirkulieren.
Nachdem ich sichergestellt hatte, dass das Gerät funktioniert, steckte ich es in eine Steckdose und überließ es der Arbeit. Es sollte den Staub problemlos um sich herum verteilen. Stellen Sie es idealerweise neben dem Fenster auf, an dem der Luftzug weht, damit das Gerät den gesamten vorbeiziehenden Staub ionisiert. Ich habe vor, es anzuziehen und anzulassen.
Was ist mit dem Energieverbrauch? Es ist sehr klein. LED verbraucht am meisten. Es dauert ca. 2 mA. Für ein Jahr muss das Gerät 230 V x 2 mA x 24 h 365 d = 4 kW * h aufwickeln. Für uns kostet es 4 Rupien ($ 0,05) pro Jahr. Um Geld zu sparen, können Sie einfach die LED aus dem Stromkreis entfernen. Der Stromverbrauch ist dann 1000-mal geringer und es ist unwahrscheinlich, dass Sie ihn überhaupt auf dem Messgerät bemerken.
Und so haben wir einen Ionisator für nur 10 US-Dollar zusammengestellt. Ich hoffe, es hilft, die Menge an Staub zu reduzieren, die sich in Ihrer Lunge ablagert.
Nachdem er ein paar Wochen gearbeitet hat, werden Sie feststellen, dass sich um ihn herum Staub ansammelt. Es ist in Ordnung. Besser sie lässt sich dort nieder als du inhalierst sie.
In den USA und Ländern, in denen die Spannung 110 V beträgt, ist die Ausgangsspannung niedriger (theoretisch ca. 3 kV), der Ionisator sollte jedoch weiterhin funktionieren.
Was im Gerät noch verbessert werden kann: Nadeln durch leitfähige Kohlefaserbürsten ersetzen. Je mehr scharfe Enden das Gerät hat, desto besser ist die Ionisierung. Wenn Sie die Spitzen großflächig verteilen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein größeres Luftvolumen ionisiert wird.
Nachwort
Nach der Veröffentlichung dieses Artikels waren einige Leute besorgt, dass das Gerät auch Ozon erzeugen könnte. Das Betriebsschema des Ozongenerators unterscheidet sich jedoch geringfügig (obwohl das Prinzip der Koronaentladung das gleiche bleibt). In den paar Wochen, die dieses Gerät für mich gearbeitet hat, scheint es kein Ozon zu erzeugen (oder es ist so klein, dass ich es nicht fühle).
Auch in Bezug auf den Unterschied zwischen Ionisatoren und Luftreinigern. Der Ionisator kann nicht als Ersatz für in Reinigern installierte
HEPA-Filter dienen. Ionisatoren helfen nur, Staub aus der Luft abzulagern. Diese Partikel bleiben auf dem Boden. Es fängt keine Rauchpartikel ein, wie es ein Filterreiniger tut.
Sicherheit
Seien Sie vorsichtig, wenn Sie sich für die Montage eines solchen Geräts entscheiden. Treffen Sie Maßnahmen, wenn Sie mit Hochspannungswechselstrom am Eingang und Gleichstrom am Ausgang arbeiten. Geben Sie das Gerät nicht an Kinder weiter.
Stellen Sie sicher, dass die AC-Kabel gut verlötet sind und sich keine blanken Drähte außerhalb der Platine befinden.
Verwenden Sie eine Kunststoffabdeckung und berühren Sie die Schaltungskomponenten nicht, wenn diese eingeschaltet ist. Entladen Sie die Kondensatoren, indem Sie sie mit einem isolierten Handgriffleiter kurzschließen.
Stellen Sie einen Knoten auf dem Stromkabel so ein, dass er auf die Platine passt, sodass niemand ihn aus der Platine herausziehen kann.