Ультразвуковая установка своими руками

Ультразвуковая установка своими руками

Несколько дней назад поступил очередной заказ. Покупатель хотел заказать мощную ультразвуковую пушку для борьбы с пьяной молодежью, для которых день начинается ночью, когда все нормальные люди спят. Недолго думая выбрал проверенную схему мощного ультразвукового излучателя. Сама пушка построена всего на одной микросхеме стандартной логике.

Подойдут буквально любые аналогичные микросхемы, содержащие 6 логических инверторов. В нашем случае применена микросхема CD4049 (HEF4049), которая успешно может быть заменена на отечественную – К561ЛН2, только нужно обратить внимание на цоколевку, поскольку К561ЛН2 отличается от использованной некоторыми выводами.

Поскольку схема достаточно простая, то может быть реализована на макетной плате или навесным образом. Усилитель собран на комплементарных парах КТ816/817, за счет применения этих ключей, мощность нашей пушки составляет 10-12 Ватт.

В качестве излучателя желательно использовать высокочастотные головки типа 10 ГДВ или импорт, не советуется использовать пьезоизлучатель.

Корпус – от китайского электронного трансформатора 10-50 ватт, пришлось переделывать, поскольку плата не вместилась.

За частоту отвечает конденсатор 1,5нФ (который потом заменил на 3,9 нФ, поскольку с указанным в схеме конденсатором нижняя грань частот ровна 20кГц, а с такой заменой частоту можно настроить в пределах 10-30кГц) и переменный резистор (в итоге, настройку делают вращением этого резистора).

Базовые резисторы можно заменить на 2.2кОм, которые являются более распространенными, чем те, которые указаны в схеме. Питается такой излучатель от стабилизированного блока питания на 5 Вольт с током 1 А (диапазон питающих напряжений 3,7-9 Вольт).

На транзисторах может наблюдаться тепловыделение, но оно не критично, поэтому нет нужды в дополнительных теплоотводах.

Как собрать ультразвуковую ванну своими руками

Времена научно-технического прогресса не проходят даром. Техника работает, выходит из строя, загрязняется. Иногда продлить срок службы изделия можно простой очисткой деталей от накопившейся грязи. Поэтому всё большую популярность набирают ультразвуковые ванны.

Основное место использования этих приборов — автосервис. Но и во многих других отраслях они бывают необходимы. В мастерских по ремонту компьютеров такая штука может пригодиться для очистки головок засохших картриджей от принтеров. В больницах с помощью ультразвуковой ванночки можно очищать хирургические и оптические инструменты, а также приборы. Да и дома бывает необходимость иметь такое приспособление всегда под рукой. Вот и возникает у многих людей вопрос: где взять схему ультразвуковой ванны, чтобы сделать её своими руками?

Что такое ультразвуковая ванна?

Звуковые высокочастотные волны, которые не может распознать человеческий слух, называются ультразвуком. Частота таких волн начинается от 18 килогерц. При воздействии ультразвуком на жидкости появляется большое количество маленьких пузырьков. Повышая давление можно добиться процесса кавитации — когда пузырьки начинают взрываться. Чем выше давление, тем большего размера могут быть пузырьки. Явление кавитации и взяли за основу изобретатели ультразвуковой ванны.

Как следует из названия, ультразвуковая ванна нужна для очистки предметов от загрязнения ультразвуком. Сама по себе ванна — это чаша из нержавеющей стали. Объём такой чаши составляет один литр. Исходя из этого уже понятно, что очищать в ванночке можно небольшие предметы. Но это если речь идёт о бытовом аппарате. Для промышленных нужд объем ванны может достигать несколько десятков литров. Диапазон волн, применяемый в установке от 18 до 120 килогерц.

Схема устройства

Главным элементом по праву можно назвать излучатель, который необходим для преобразования колебаний электрического тока в механические. Механические колебания через стенки ёмкости, попадая в жидкую среду, воздействуют на очищаемый предмет.

Чтобы излучатель мог производить описанный процесс, необходим генератор частот. Генератор формирует ультразвук при помощи электрических колебаний, которые поступают в излучатель.

Для улучшения эффекта очистки металлическая ёмкость постоянно подогревается. Под чашей расположены нагревательные элементы, поддерживающие постоянную температуру жидкости. Так как излучатель работает импульсно, то в промежутках между импульсами надо поддерживать стабильные условия происходящих процессов.

Процесс очистки происходит следующим образом:

• в специальную ёмкость наливается очищающий раствор;
• в раствор опускается предназначенный для очистки предмет;
• включается прибор, генерирующий волны, в результате этого на поверхности должны появиться пузырьки;
• эти пузырьки воздействуют на деталь так, что как бы съедают грязь. Причём происходит это даже в самых труднодоступных местах.

Сфера применения ультразвука

Сегодня спектр применения ванночек на основе ультразвука достаточно широк. Если в промышленности принцип ультразвука известен давно, то теперь список областей, где он используется постоянно растёт. С точностью можно сказать, что чистка ультразвуком стала родной для следующих отраслей промышленности:

• ювелиры взяли этот метод себе на вооружение. Ювелирное дело то же трудоёмкое производство, особенно если надо почистить камни или старые изделия;
• всё что связано с оптикой эффективно поддаётся очистке в ёмкостях с очищающим раствором;
• кремниевые пластины и платы в электронной промышленности, очищаются подобным методом;
• в химической промышленности кавитацией увеличивают скорость реакций;
• автопром и типография промывают детали и узлы механизмов;
• оказалось, что таким способом очень хорошо очищаются мобильные телефоны, ведь там столько труднодоступных мест. Даже печатные головки принтеров, которые не удавалось ранее очистить, после частотного воздействия становятся как новые.

Как собрать ультразвуковые ванны своими руками?

Можно купить технику с ультразвуком, а можно сделать самому по схеме. Необходимость собрать ультразвуковые ванны своими руками возникает потому, что на рынке в основном представлены китайские модели. Если что и попадается поприличней, то цена в несколько раз превышает китайский аналог.

Чтобы самому собрать ультразвуковой прибор для очистки, нужно хоть немного разбираться в физике. Тем, кто в школе собирал радиоприёмники, будет намного проще сделать своими руками такой прибор.

Итак, приступаем к сборке ультразвуковой ванны. В схеме прибора, собранного собственноручно должны присутствовать следующие компоненты:

• стальной каркас для крепления в нём всех элементов;
• насос для нагнетания жидкости в ванну;
• импульсный трансформатор для повышения напряжения;
• любой сосуд из керамики;
• магниты от старого динамика;
• катушку с ферритовым стержнем;
• небольшая трубка из стекла или пластмассы;
• и, конечно же, жидкость, которая будет использоваться в работе.

Если все детали в наличии, можно приступать к сборке. Пошаговая сборка ультразвуковой ванны своими руками, особенно когда есть некоторые навыки, занимает всего-навсего в несколько этапов.

1. На пластмассовую (стеклянную) трубку наматывается катушка. Ферритовый стержень не надо никуда убирать или приматывать: он так и остаётся висеть. Один конец ферритового стержня должен быть свободным. На него одевается магнит от динамика. Таким образом, получается магнитострикционный преобразователь или излучатель ультразвука.
2. Керамический сосуд крепится в стальном каркасе. Это и будет нашей ванночкой.
3. В дне керамического сосуда сверлится отверстие, в которую вставляется получившийся магнитострикционный преобразователь.
4. В ванночке (керамическом сосуде) делаются два отверстия для залива и слива жидкости.
5. В зависимости от того какой объём нужен в ультразвуковой ванне, своими руками можно установить и насос. В больших ёмкостях насос придётся ставить для ускорения поступления жидкости.
6. Так как напряжение в сети постоянно, понадобиться импульсный трансформатор. Такой трансформатор можно найти в старом компьютере или телевизоре.
7. Схема готова – осталось её испытать. Если возникнут недоделки их сразу же можно устранить.

Что надо знать при работе с ультразвуковыми ваннами?

Ультразвуковые ванны своими руками можно собрать и они будут работать. Но, как и в случае с изделиями заводской сборки, не стоит забывать о некоторых правилах.

1. В первую очередь соблюдать правила электрической и пожарной безопасности.
2. Перед началом работ обязательно провести внешний осмотр агрегата, тем более, если он сделан самостоятельно.
3. Во время работы установки нельзя руками трогать жидкость или очищаемую деталь. Если такое необходимо сделать, то обязательно на руках должны быть резиновые перчатки.
4. Без жидкости в ванночке работать с установкой нельзя. Собранные ультразвуковые ванны своими руками имеют открытый ферритовый стержень, который сам по себе очень хрупкий. При отсутствии рабочей среды ферритовый стержень просто разлетится на куски. В этом случае можно пострадать и от осколков, и от поражения электрическим током.
5. Если проводится чистка мелких изделий, то их лучше всего поместить в ванночку в стакане с чистящей жидкостью, а саму ёмкость заполнить простой водопроводной водой.

Ультразвуковая ванна: устройство и апгрейд

Наиболее дешевые и доступные УЗ-ванны — на 0.5 л с продолговатым баком, наподобие CT-400, AOYUE-9050, тысячи их. Бывают они в двух вариантах — однорежимные на 30-35 Вт и двухрежимные 30/50 или 35/60 Вт. Ну, еще бывают с разными блоками управления, но это тема другой статьи. Двухрежимные, разумеется, дороже. Но, на самом деле, различия минимальны и для апгрейда однорежимной ванны до двухрежимной потребуется горстка деталек рублей так на 10-20. Благо, плата как правило предусматривает оба варианта (так дешевле) и в однорежимной просто не установлены некоторые элементы.

Как видно из блок-схемы, режимы отличаются только питанием УЗ генератора — через однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. В однорежимных ваннах отсутствуют мостик и реле, переключающее мощность (реле заменяется перемычкой, а вместо мостика — только его левый нижний диод, или перемычка на его месте), а также отличается схема управления. Собственно, достаточно допаять эти элементы, допилить/переделать схему управления — и ванна станет двухрежимной.
Дополнительно можно сделать вывод — в режиме повышенной мощности амплитуда колебаний та же, т.е. он эквивалентен увеличению выдержки примерно вдвое. Зато ванна в нем работает гораздо тише.

У меня ванна CT-Brand CT-400A, однорежимная 35 Вт с пятиминутным таймером на дискретной логике (не помню, как они сами называют этот вариант). Аналогичная ей двухрежимная 35/60 Вт — CT-400C, в нее-то и будем переделывать.

После разборки внутри обнаруживается плата с тучей пустых мест. На фото их правда уже нет)

На верхней половине корпуса установлены бак с излучателем (таблетка диаметром 50 мм и толщиной 3-6 мм, приклеена в центре на эпоксидку, как раз там где под нее выштампована ямка) и плата с кнопкой и СИДом. Плата опять универсальная, с дырками и под А, и под С 🙂 Этим следует незамедлительно воспользоваться, запаяв второй СИД, кнопку и разъем (и переставив первый СИД — он на месте второй кнопки). Бак же желательно выдавить, почистить от говна, которым он крепился (впрочем, у айоя там вполне нормальный силиконовый герметик — лучше не выдавливать, смысла нет) и посадить на автомобильный герметик, который не разрушает металл (т.е. не выделяет уксусную кислоту или еще какую дрянь).

Крепление таблетки (правда, из другой ванны, но в плане бака они практически идентичны):

Белые потеки — герметик. Если будете садить бак на герметик — аккуратней, эта штука медленно, но верно течет вниз. Так что заливать им надо в два присеста, чтобы герметику было некуда течь (сперва залить в бортик бака, вставить в корпус и выдержать в перевернутом состоянии, пока не засохнет, затем залить щель между корпусом и баком снаружи). Голубоватая сопля на проводе — акрилатовый клей, это тоже моя работа.

Основная плата чуть интересней. Вот снятая с нее схема (с уже дорисованными элементами двухрежимки).

Как видно из схемы, генератор представляет собой автогенерирующий полумост, нагруженный на резонансную цепь L1/C5/Z1. Z1 — УЗ излучатель (пьезотаблетка), L1 — здоровый дроссель, намотанный красным проводом. Небольшой транс на колечке — Т1, трансформатор ОС. В принципе, схема довольно типичная и в версии А представлена в полном варианте. Кстати, из гальванической развязки — только изоляция, положенная китайцами между баком и пьезиком. Так что совать пальцы во включенную в сеть ванну не стоит. Фиг их знает, что они там положили, да и инструкция не советует.
Чуть ниже конденсаторный питальник логики и реле, еще ниже сама логика. Логика представляет собой два реле времени, запускаемые/останавливаемые нажатием кнопки. В их конструкции я так и не разобрался, а впрочем, и не старался. Благо оба одинаковые и можно просто продублировать имеющуюся часть. Узел на VT5/VT6 выключает реле на IC1, если ванна выключена.
В варианте А отсутствуют реле K1 с обвязкой (заменено перемычкой, соответсвующей выключенному состоянию реле), большая часть моста VD2 (стоит только один диод, странно, что не перемычка), IC1 с обвязкой и узел на VT5/VT6.
Точность выдержки у такого таймера фиговая. При заявленной 5 минут реально оно работает около 3:40. Зато дешево.

Еще из апгрейда надо бы сделать поддончик, но пока не придумал конструкцию. Правда ванна и так довольно маленькая, разобранный до потрохов сотовый в нее влазит с трудом (хотя собранных туда два влезут).

Тест на фольге девайс проходит, а вот палец в нем держать можно спокойно (если не считать опасений на тему «а ну как долбанет»). В опробованных растворах (разведенный «Мистер Мускул», жидкость для стеклоомывателей автомобильных) флюс не отмывает. Зато вполне неплохо отмывает грязь, в том числе окислы с плат «утопленничков». На специальную жидкость жабу я еще не уговорил (да и нету ее поблизости), изопропанола тоже маловато, чтобы платы в нем купать, так что одна из основных целей, для которых покупал — не выполняется.

Ультразвуковая ванна своими руками

Автор: Солтек

Что такое ванна с ультразвуком?

На сегодняшний день, ультразвуковая ванна является неоценимым помощником, как для ювелиров, так и для мастеров салонов красоты, электронщиков. Высокую оценку оборудованию дают специалисты, которые занимаются ремонтом автотранспортной техники, где ванна используется для очистки некоторых деталей и компонентов, предназначенные для ювелирного ремонта узлов машины. По своим характеристикам ультразвук является тем физическим компонентом, которое не способно воспринимать обычное человеческое ухо. Изучая физические особенности ультразвука, учёные заметили, что происходит очищение грязи, даже, казалось бы, на самым не очищаемых предметах.

Процесс кавитации, это основной признак работы качественного ультразвука, который образовывает и взрывает мельчайшие пузырьки на поверхности обрабатываемой детали. Микровзрыв настолько эффективный, что даже самые сложные грязевые места очищаются эффективнее, чем при использовании сильнейших чистящих средств.

Механический способ очистки вещей постепенно утрачивает свою силу, и на смену приходят инновационные технологии, среди которых ультразвуковая очистка занимает приоритетное место. Основные критерии популярности технологии:

• Моментальное удаление загрязнений, нет необходимости прикладывать руки к очистке поверхности;
• Удаление грязи из очень труднодоступных мест, например, для материнской платы удаление загрязнения является одними из самых эффективных способов, который восстанавливает работоспособность устройства;
• Нет механических повреждений. По окончании очистки ультразвуком не видно механических и иных повреждений.

Где используется ультразвук для очистки

Учитывая популярность ультразвуковой ванны в последнее время, этот метод нашёл своё применение во многих отраслях производства и социальной сферы. Основные направления, где допускается применение ультразвуковой ванны:

• Реставрационные и ювелирные работы с драгоценными материалами.
• Компании, занимающиеся ремонтом бытовой техники;
• Лаборатории, в том числе химические, где требуется тщательная очистка инструментов и материалов;
• Автомастерские, где необходимо тщательно очищать инструменты, электронное оборудование, а также тончайшие узлы и детали. Как устроена ультразвуковая ванна?

Чтобы можно было понять, как работает принцип кавитации в ультразвуковой ванне, потребуется детально изучить конструкцию и принцип работы оборудования. Ведущие компоненты ультразвуковой ванны, включают в себя:

• Емкость, в основе которой использована нержавейка. Объем ванны зависит от физических параметров очищаемой поверхности. Так, например, для очистки микросхем понадобиться ванна объёмом не менее 1 литра;
• Любой генератор ультразвукового типа служит источником вибраций;
• Ультрасовременный излучатель передаёт преобразование колебаний электрики непосредственно на стенки емкости;
• Встроенный блок управления регулирует работу всей системы в оперативном режиме. Помните важный момент эксплуатации ультразвуковой ванны. Конструкция не моет детали и предметы, которые находятся внутри емкости, а только усиливает эффект растворителя, который помещён внутри ванны, поэтому следует подбирать подходящий вариант растворителя или заменяющего его вещества.

Следующий фактор использования ванны, ни в коем случае не используйте пустую ванну в процессе работы. Обязательно заполняйте ее жидкостью, минимальное наполнение ванны должно быть не менее 67% от общего количества (или 23 объёма емкости).

В качестве жидкостей используются специальные бренды и марки, которые предназначены исключительно для ультразвуковой ванны, в частности, неплохие рекомендации имеют бренды Zestron FA+, Flux-off, Solins-us и др. Но, как показывает практика, эти жидкости имеют очень высокую цену, и в любом случае, пользователь ультразвуковой ванны должен использовать препараты, в составе которых имеется дистиллированная вода или простейший Уайт-спирит. В любом случае, специалисты рекомендуют, чтобы в качестве компонентов для растворителей, применяемые для ультразвуковой очистки, помимо ранее указанных, в составе были бы – бензин – «калоша», ацетон, средства для мытья стёкол. Для удаления ржавчины, рекомендуем использовать ортофосфорную кислоту или обычный преобразователь ржавчины.

Собираем ванну самостоятельно

Если вы не хотите покупать дорогую промышленную ультразвуковую ванну, попробуйте собрать конструкцию самостоятельно. Для этих целей вам понадобятся следующие материалы:

• Емкость из нержавейки, желательно объёмом до 1 литра;
• Для подставки под емкость, используем обрезок пластиковой трубы;
• Любой блок питания, мощностью до 12В;
• Стержень ферритовый, подойдёт антенна от радиоприёмника;
• Клей класса «эпоксидный»

Далее приступаем к сборке конструкции:

• Делаем универсальный дроссель, то есть наматываем на ферритовый стержень обмотку в количестве 20 витков из медной проволоки; диаметр проволоки желательно 1,0-1,5мм;
• Делаем дроссель по прямому источнику питания, можно использовать старый блок для питания компьютера;
• Излучатель приклеиваем строго по центу дна емкости;
• Собираем строго по указанной схеме электрическую цепь;
• Выходной трансформатор блока питания осуществляем подключение к обмотке на 5В. Итог

Чтобы проверить правильность и эффективность сборки достаточно поместить на дно ванночки какую-нибудь грязную фольгу. Если все собрано правильно, на месте изгиба, где есть грязь, начнётся моментальное растворение. Теперь вы понимаете принцип работы ультразвуковой ванны, которая собрана по примитивной схеме.

Примечательно, что производители указывают не только технические аспекты конструкции ультразвуковой ванны, но и дополняют изделие техническими параметрами, которые в большинстве случаев совпадают с теми данными, которые мы используем при изготовлении ультразвуковой ванны самостоятельно.