Terjemahan artikel dari blog oleh insinyur India Amaldev V.
Proyek ini matang di kepala saya selama sekitar dua tahun, dan saya masih belum bisa melakukannya. Tidak ada yang rumit atau terlalu teknologi dalam proyek ini. Siapa pun yang tahu cara membuat sesuatu dengan tangannya harus mengatasinya tanpa masalah. Saya menempatkan seluruh proyek dalam
akses gratis , dan Anda harus dapat memesan semua suku cadang dan merakit perangkat Anda, menghabiskan kurang dari $ 10.
Latar belakang
Sekarang saya tinggal di Mumbai, di sebuah apartemen yang menghadap ke jalan yang sangat sibuk. Dan sejak kedatangan saya di sini saya telah berjuang dengan debu yang mengendap pada segala sesuatu, saya harus membuka jendela. Membersihkan apartemen setiap minggu membutuhkan banyak upaya. Dan saya memutuskan untuk membeli alat pembersih udara untuk ruangan itu. Dan kemudian saya berpikir: betapa sulitnya merakit pembersih sendiri? Saya melakukan penelitian dan memutuskan bahwa saya perlu membuat diri saya ionizer (omong-omong, ionizer dan pembersih adalah dua perangkat yang berbeda, tetapi lebih lanjut tentang itu nanti). Namun, kemudian saya mengubur diri saya dalam masalah saat ini dan tidak pernah mengumpulkannya.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/Namun baru-baru ini, banyak yang bertanya kepada saya bagaimana saya mendesain dan membuat perangkat, dan saya memutuskan untuk memberikan proyek yang relatif sederhana ini sebagai contoh dan menggambarkan pembuatannya secara terperinci sebagai instruksi.
Jadi mari kita membuat ionizer.
Penelitian
Jika Anda ingin melakukan sesuatu sendiri, pertama-tama lakukan penelitian menggunakan Google. Dalam kasus kami, mari kita cari tahu apa itu ionizer, dan berdasarkan prinsip dasar kerjanya.
Ionizer udara (atau generator ion negatif, atau lampu gantung Chizhevsky) adalah perangkat yang menggunakan molekul udara tegangan tinggi untuk mengionisasi (muatan listrik). Ion negatif, atau anion, adalah partikel yang memiliki satu atau lebih elektron ekstra, itulah sebabnya muatan totalnya negatif.
Sejauh ini, tampaknya sederhana. Ionizer digunakan untuk menghilangkan partikel dari udara dengan memberi mereka muatan negatif, setelah itu partikel-partikel ini tertarik ke permukaan yang bermuatan positif (dinding / lantai). Akibatnya, partikel mengendap lebih cepat, membuat udara bersih. Inilah yang kita butuhkan - untuk menghilangkan debu dari udara agar tidak menghirupnya.
Jadi, setelah mencari hanya 5 menit, kita sudah tahu bahwa kita perlu membuat sistem dengan tegangan tinggi, yang memberikan muatan negatif pada partikel. Pada awalnya, saya sedikit berkecil hati, karena saya belum pernah melakukan sistem tegangan tinggi sebelumnya, dan jika Anda bermain dengan sistem seperti itu dengan ceroboh, semuanya bisa berakhir buruk.
Lalu kami pergi dan mencari perangkat yang sudah tersedia di pasar yang bekerja berdasarkan teknologi ini. Saya melakukan ini untuk memahami sirkuit apa yang digunakan orang untuk membuat perangkat semacam itu. Jika ada perangkat dengan teknologi yang sama di pasaran, belajarlah darinya.
Orang-orang menghabiskan banyak jam kerja teknisi di perangkat ini. Belajar dari contoh mereka untuk membuat sistem Anda sendiri, yang setidaknya mirip dengan yang sudah jadi, atau belajar dari kesalahan orang lain dan membuat sistem lebih baik.
Untuk tujuan ini, Google juga akan membantu Anda yang terbaik. Saya menemukan beberapa bukti tentang apa yang dilakukan ionizers pada 1980-an. Jika teknologi ini sudah sangat tua, saya bisa melihat deskripsi bagaimana perangkat ini dibongkar. Kami mencari "ioniser teardown" di Google, dan kami menemukan banyak video yang menunjukkan bagian dalam perangkat.
Video yang sangat direkomendasikan oleh
BigClive .
Berdasarkan video-video ini, saya menyadari bahwa sistem tegangan tinggi dapat dibuat menggunakan pengganda tegangan, dan tidak begitu sulit. Jadi mari kita beralih ke desain elektronik.
Desain Elektronik
Kami membutuhkan
pengganda tegangan . Pertama, pelajari semua yang Anda bisa dari konten gratis. Jangan pernah melakukan apa pun tanpa terlebih dahulu mempelajari semua yang Anda bisa secara gratis. Ini sangat penting.
Anda perlu menghabiskan waktu meneliti, atau Anda akan membuat kesalahan yang sama. Saya menghabiskan beberapa jam mempelajari perangkat pengganda tegangan. Paling sering, solusi paling sederhana digunakan,
generator Cockcroft-Walton .
Salah satu prinsip yang saya coba patuhi ketika mengembangkan solusi yang kompleks adalah
Keep IT Simple, Stupid . Atau hanya CIUMAN.
Oleh karena itu, generator Cockcroft-Walton cocok untuk saya. Ini dikembangkan pada tahun 1932, dan sejak itu telah digunakan di ratusan perangkat. Oleh karena itu, ini adalah opsi yang cukup andal untuk implementasi. Sedikit google, saya menemukan
video Dave Jones yang menjelaskan cara kerja sirkuit ini. Saya sarankan menonton video untuk lebih memahami hal ini.
Bahkan, rangkaian terdiri dari dua dioda dan dua kapasitor yang terhubung "back to back". Arus bolak-balik dengan tegangan puncak Vp diterapkan pada input. Bagian pertama dari rangkaian menggeser sinyal input sehingga arus konstan dengan tegangan puncak 2Vp diperoleh pada output. Menambahkan langkah lain, kita mendapatkan 4Vp. Anda mungkin berpikir bahwa langkah selanjutnya akan meningkatkan nilai ini menjadi 8Vp, tetapi tidak - hanya menjadi 6Vp.
Dengan menambahkan langkah-langkah, kami meningkatkan tegangan output. 2Vp, 4Vp, 6Vp, 8Vp, 10 Vp, 12Vp, dan seterusnya, relatif terhadap input. Setidaknya secara teoritis - dalam praktiknya, akan ada kerugian di sirkuit, dan hasilnya tidak akan terlalu besar, tetapi untuk tujuan kita, itu seharusnya tidak terlalu akurat.
Kembali ke sistem kami: kami ingin memberikan arus searah tegangan tinggi (sekitar 6-7 kV). Untuk menyederhanakan sirkuit, saya memutuskan untuk menerapkan 230 V AC langsung ke sana (seperti tegangan di jaringan listrik India) [seperti dalam bahasa Rusia / kira-kira. diterjemahkan.]. Misalkan kita membuat pengganda dengan 15 langkah, maka pada output kita mendapatkan tegangan DC 230V x 2 x 15 = 6900 V (secara teoritis). Cukup untuk ionisasi.
Saya bisa menambahkan transformator ke input, dan meningkatkan tegangan output dengan langkah lebih sedikit, tetapi untuk prototipe pertama saya ingin membuat semuanya sangat sederhana. Oleh karena itu, kita akan meninggalkan 15 langkah dan tegangan input 230 V.
Selanjutnya kita perlu memilih komponen. Rangkaian ini sangat sederhana - dua kapasitor dan dua dioda per tahap. Bagaimana kita memilih nilai-nilai dan daya pengenalnya?
Dan di sini Anda membutuhkan pemahaman yang tepat tentang prinsip sirkuit. Dapat dilihat bahwa pada setiap tahap tegangan melintasi dioda atau kapasitor tidak melebihi 2Vp. Perbedaan potensial selalu 2Vp, jadi kita tidak perlu mengeluarkan uang untuk dioda dan kapasitor tegangan tinggi. Karena 230 V datang ke input, kapasitor apa saja yang diberi nilai 500 V atau lebih tinggi akan cukup. Kapasitasnya tidak penting, jadi saya memilih kapasitor 0,1 uF dan 630 V. Saya memilih permukaan mount karena saya biasa menyolder komponen tersebut. Saya memilih dioda 1N4007 untuk 1000 V. Hal utama sudah siap. Daftar bahan dapat
diunduh bersama dengan skema .
Desain PCB
Setelah memilih komponen-komponen penting, mari kita pilih sisanya. Kita perlu menyambungkan perangkat ke stopkontak listrik, jadi pada output kita membutuhkan resistor dengan nilai yang cukup besar sehingga tidak terjadi apa-apa (misalnya, sehingga jika Anda secara tidak sengaja menyentuh rangkaian, tidak ada arus yang akan mengalir melalui Anda). Saya juga ingin mengurangi arus ke minimum sehingga perangkat mengkonsumsi energi sesedikit mungkin ketika dihidupkan. Saya memilih dua resistor 10 MΩ (0,25 W, toleransi 1%, kasus 1026), dan ini akan memberi kita arus yang diukur dalam mikrogram.
Untuk membeli komponen, saya memilih toko
LCSC.com . Ini lebih murah daripada Digikey atau Mouser. Pencarian berdasarkan parameter memberi saya resistor
1206W4F1005T5E .
Saya juga ingin memasang indikator LED yang menyala ketika perangkat dihidupkan. Arus yang mengalir melaluinya harus sangat kecil. Saya menggunakan
LED ini di proyek lain, ini bersinar cukup baik pada arus 2 mA. Untuk membatasi arus, saya mengambil dua resistor 51 kΩ (230 V / 2 mA menghasilkan 115 kΩ). Dua resistor melepaskan panas lebih kuat (P = I
2 R: (2 mA)
2 x 51 kΩ = 0,2 W). Oleh karena itu, saya memilih dua resistor 51 kΩ dan 0,5 W. Pada LCSC, ini adalah
CR1210J51K0P05Z .
Sekarang kita perlu memahami apa yang akan menjadi output. Dari analisis ionisator jadi, untuk transfer ion negatif ke partikel debu kita memerlukan sesuatu yang tajam. Saya memutuskan untuk menggunakan jarum jahit, menyoldernya ke area yang luas di pintu keluar. Saya memilih satu set jarum di pasar lokal seharga 30 rupee ($ 0,4). Pada prinsipnya, setiap bahan konduktif dengan ujung tajam cocok. Serat karbon berujung tajam akan bekerja paling baik. Semakin tajam tip, semakin banyak ionisasi.
Dengan semua ini dalam pikiran, mari kita rancang papan. Untuk proyek ini, saya menggunakan Eagle. Saya mendapat skema berikut:
Ini memiliki dua platform untuk input untuk arus bolak-balik, 15 langkah pengali, resistor untuk mengurangi arus, area besar di output dan sirkuit untuk indikator LED. Saya sarankan Anda selalu menuliskan nomor komponen yang Anda gunakan, sehingga di masa depan akan lebih mudah untuk mencari dan memesannya. Semua komponen harganya $ 7,8, dan sebagian besar masuk ke kapasitor.
Saya memutuskan untuk membuat sirkuit ini memanjang. Untuk memasang papan, saya menempatkan lubang di sudut, dan saya menggunakan lubang untuk sekrup M3. Dimensi papan adalah 145 x 40 mm, pintu masuk di sebelah kiri, dan area besar untuk menyolder jarum tajam ada di sebelah kanan. Pastikan arah penempatan dioda ditandai, karena ini akan jauh lebih mudah untuk merakit perangkat.
Sekarang Anda perlu menggambar papan dalam format Gerber dan mengirimkannya ke pabrikan. Saya berkolaborasi dengan JLCPCB untuk tujuan ini. Biaya papan prototipe sangat rendah. Biaya akan dikenakan biaya $ 0,8 (tidak termasuk pengiriman) untuk pembelian 10 buah.
Jika Anda ingin menghapus nama saya, tanggal dan nama papan dari file, edit file Eagle Board. Beginilah tampilan dewan final:
Anda dapat mengimpornya ke Fusion 360 dan mendapatkan keindahan ini:
Saya menggabungkan memesan papan dari JLCPCB dan komponen dengan LCSC. Saat memesan bersama, ada diskon pengiriman $ 15. Biaya papan dan komponen sekitar $ 9 (tidak termasuk pengiriman). Semuanya datang kepada saya dalam satu setengah minggu. JLC memiliki layanan perakitan papan, tapi saya suka melakukan semuanya sendiri.
Perakitan dan inspeksi
Ini papan JLCPCB. Saya memilih selesai ENIG-RoHS karena lebih cantik. Tapi trim HASL akan lebih murah.
Menyolder semua komponen SMD membutuhkan waktu sekitar satu jam. Di toko lokal, saya membeli 2 meter kawat dan steker untuk menghubungkan ke outlet. Saya mengikat simpul pada kawat sehingga kawat tidak keluar dari colokan.
Langkah selanjutnya adalah opsional, tetapi saya sangat merekomendasikannya. Saya menoleh ke sebuah perusahaan di mana ada pemotongan laser, mengambil sepotong Plexiglas dengan ketebalan 3 mm, dan memotong penutup pelindung darinya. Saya merekomendasikan melakukan ini - ketika saya menguji papan, beberapa kali saya merasakan sengatan listrik yang signifikan ketika saya tidak sengaja menyentuh kapasitor. File DXF untuk memotong juga disertakan dengan
semua file .
Saya memasang penutup pada papan sirkuit menggunakan
sekrup plastik M3 panjang 5 mm dan
kaki plastik panjang 20 mm.
Saya menyolder tujuh jarum ke pintu keluar. Semakin banyak, semakin baik. Perbedaan panjangnya tidak masalah.
Saatnya untuk menyambungkan perangkat ke stopkontak dan periksa. LED harus menyala, dan idealnya, perangkat harus bekerja.
Anda dapat dengan cepat memeriksa kinerja dengan mengangkat telapak tangan yang basah ke jarum (jangan menyentuhnya!). Anda akan merasakan pergerakan udara dingin yang datang dari jarum. Ini adalah ionisasi. Ion negatif mengusir dan terus-menerus terbang menjauh dari ujung jarum.
Untuk membuktikan bahwa perangkat dapat menyebabkan asap dan debu mengendap, saya menyiapkan tabung transparan, mengisinya dengan asap, dan memasukkan perangkat ke dalamnya dengan jarum. Setelah menyalakan perangkat, partikel asap mengendap dengan sangat cepat.
https://www.instagram.com/p/B6pRxfXJ_jU/Dalam video itu, tampaknya asap tersebar karena udara bertiup dalam kendi. Bahkan, tidak ada angin di sana - kendi ditutup. Efeknya adalah karena tolakan ion negatif, dan udara dengan sangat cepat mulai beredar melalui tabung.
Setelah memastikan bahwa perangkat berfungsi, saya menancapkannya ke stopkontak dan membiarkannya berfungsi. Itu harus membubarkan debu di sekitarnya sendiri tanpa masalah. Idealnya, pasang di sebelah jendela tempat angin bertiup, sehingga perangkat mengionisasi semua debu yang lewat. Saya berencana untuk memakainya dan membiarkannya.
Bagaimana dengan konsumsi energi? Itu sangat kecil. LED paling banyak mengkonsumsi. Dibutuhkan sekitar 2 mA. Selama satu tahun, perangkat harus berakhir 230 V x 2 mA x 24 jam 365 d = 4 kW * j. Bagi kami, biayanya 4 rupee ($ 0,05) per tahun. Untuk menghemat uang, Anda cukup melepas LED dari sirkuit, maka konsumsi daya akan 1000 kali lebih sedikit, dan kecil kemungkinan Anda bahkan dapat melihatnya di meteran.
Jadi kami mengumpulkan ionizer hanya dengan $ 10. Saya harap ini membantu mengurangi jumlah debu yang tersimpan di paru-paru Anda.
Setelah ia bekerja selama beberapa minggu, Anda akan melihat bahwa debu mulai menumpuk di sekitarnya. Ini normal. Lebih baik dia menetap di sana daripada Anda menghirupnya.
Untuk Amerika Serikat dan negara-negara di mana tegangannya adalah 110 V, tegangan output akan lebih rendah (secara teoritis sekitar 3 kV), tetapi ionizer tetap bekerja.
Apa lagi yang bisa diperbaiki dalam perangkat: ganti jarum dengan sikat serat karbon konduktif. Semakin tajam ujung perangkat, ionisasi semakin baik. Jika Anda mendistribusikan tip di area yang luas, maka kemungkinan mengionisasi volume udara yang lebih besar akan meningkat.
Kata penutup
Setelah rilis artikel ini, beberapa orang khawatir perangkat itu juga dapat menghasilkan ozon. Namun, skema operasi generator ozon sedikit berbeda (walaupun prinsip pembuangan korona tetap sama). Selama beberapa minggu bahwa perangkat ini telah bekerja untuk saya, sepertinya itu tidak menghasilkan ozon (atau sangat kecil sehingga saya tidak merasakannya).
Juga mengenai perbedaan antara ionizers dan pembersih udara. Ionizer tidak dapat berfungsi sebagai pengganti
filter HEPA yang dipasang di purifiers. Ionizers hanya membantu menyimpan debu dari udara. Partikel-partikel ini tetap berada di lantai. Itu tidak menjebak partikel asap, seperti halnya pembersih filter.
Keamanan
Jika Anda memutuskan untuk merakit perangkat semacam itu, berhati-hatilah. Mengambil tindakan saat bekerja dengan arus bolak-balik tegangan tinggi pada input dan arus searah pada output. Jangan berikan perangkat kepada anak-anak.
Pastikan kabel AC disolder dengan baik dan tidak ada kabel telanjang di luar papan.
Gunakan penutup plastik, jangan menyentuh komponen sirkuit saat dihidupkan. Lepaskan kapasitor dengan menyingkatnya dengan konduktor pegangan terisolasi,
Buat simpul pada kabel daya yang pas dengan papan sehingga tidak ada yang menariknya keluar dari papan.