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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 데모 초음파 설치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 일상 속의 전자제품 이 기사에서는 초음파 실험을 시연하기 위해 설계된 가장 간단한 초음파 설정의 설계에 대해 설명합니다. 설치는 초음파 진동 발생기, 이미터, 집속 장치 및 여러 보조 장치로 구성되어 초음파 진동을 사용하는 특성과 방법을 설명하는 다양한 실험을 시연할 수 있습니다. 가장 간단한 초음파 설정을 사용하여 다양한 매체에서 초음파의 전파, 두 매체의 경계에서 초음파의 반사 및 굴절, 다양한 물질에서 초음파의 흡수를 표시할 수 있습니다. 또한 오일 에멀젼 생산, 오염 부품 세척, 초음파 용접, 초음파 액체 분수, 초음파 진동의 생물학적 효과를 보여줄 수 있습니다. 이러한 설치의 제조는 고등학생이 학교 워크샵에서 수행 할 수 있습니다. 초음파 실험 시연을 위한 설비는 전자 발전기(그림 1), 전기 진동을 초음파로 변환하는 석영 변환기, 초음파 집속을 위한 렌즈 용기(그림 2)로 구성됩니다. 발전기 램프의 양극 회로에 교류가 직접 공급되기 때문에 전원 변압기 Tr1 만 전원 공급 장치에 포함됩니다 (정류기 없음). 이러한 단순화는 장치 작동에 부정적인 영향을 미치지 않으며 동시에 레이아웃과 디자인을 크게 단순화합니다. 전자 발전기는 6극관 회로(램프의 스크린 그리드는 양극에 연결됨)에 따라 연결된 1개의 2PZS 램프의 푸시-풀 회로에 따라 만들어집니다. 발생된 진동의 주파수를 결정하는 회로 L2C1는 램프의 양극 회로에 포함되고 피드백 코일 LXNUMX는 그리드 회로에 포함됩니다. 작은 저항 RXNUMX은 음극 회로에 포함되어 램프의 모드를 크게 결정합니다.
고주파 신호는 결합 커패시터 C4 및 C5를 통해 수정 공진기로 공급됩니다. 석영을 밀폐형 석영 홀더(그림 2)에 넣고 1m 길이의 전선으로 발전기에 연결합니다.
고려한 세부 사항 외에도 회로에는 커패시터 C1 및 C3과 양극 전압이 램프의 양극에 적용되는 인덕터 Dr1이 있습니다. 이 인덕터는 고주파 신호가 커패시터 C1과 전력 변압기의 턴간 커패시턴스를 통해 단락되는 것을 방지합니다. 발전기의 주요 집에서 만든 부품은 평평한 나선 형태로 만들어진 코일 L1과 L2입니다. 제조를 위해서는 나무 템플릿을 잘라야합니다. 템플릿의 뺨 역할을하는 25cm 너비의 보드에서 두 개의 사각형이 잘립니다. 각 뺨의 중앙에는 직경 10-15mm의 금속 막대를위한 구멍이 있어야하며 볼 중 하나에는 코일 출력을 부착하기 위해 3mm 너비의 구멍 또는 홈이 절단되어야합니다. 양쪽 끝의 금속 막대에 실을 자르고 두 개의 너트 사이에 감긴 와이어의 지름과 같은 거리에 볼을 놓습니다. 이에 따라 템플릿의 제조가 완료된 것으로 간주되어 코일 권선을 진행할 수 있습니다. 금속 막대가 바이스의 한쪽 끝에서 고정되고 와이어의 첫 번째 (내부) 회전이 볼 사이에 배치 된 후 너트가 조여지고 감기가 계속됩니다. 코일 L1에는 16개의 권선이 있고 코일 L2에는 직경 12mm의 구리선이 3개 있습니다. 코일 L1과 L2는 별도로 만든 다음 텍스타일 또는 플라스틱으로 만든 가로대 위에 하나씩 놓습니다(그림 3). 코일에 더 큰 강도를 부여하기 위해 쇠톱이나 파일로 십자형의 오목한 부분을 자릅니다. 코일을 고정하려면 코일 중 하나를 두 번째 십자가로 위에서 눌러야하고 (홈이 없음) 두 번째 코일은 발전기의 금속 섀시에 장착 된 유기 유리, 게티낙 또는 플라스틱 판에 직접 놓아야합니다.
고주파 인덕터는 PELSHO-30mm 와이어로 직경 0,25mm의 세라믹 또는 플라스틱 프레임에 감겨 있습니다. 권선은 각각 100턴씩 대량으로 수행됩니다. 전체적으로 스로틀은 300-500 회전합니다. 이 디자인에서는 Sh-33 판의 코어로 만들어진 자체 제작 전력 변압기가 사용되며 세트의 두께는 33mm입니다. 네트워크 권선에는 544개의 PEL-0,45 와이어가 포함되어 있습니다. 네트워크 권선은 전압이 127V인 네트워크에 연결되도록 설계되었습니다. 전압이 220V인 네트워크를 사용하는 경우 권선 I에는 PEL-944 와이어의 0,35턴이 포함되어야 합니다. 승압 권선에는 PEL-2980 선이 0,14회, 램프의 필라멘트 권선에는 PEL-30 선이 1,0회 감겨 있습니다. 이러한 변압기는 주 권선, 램프의 필라멘트 권선 및 승압 권선만 사용하는 ELS-2 브랜드의 전원 변압기로 교체하거나 전력이 최소 70VA인 전원 변압기로 교체할 수 있습니다. 승압 권선으로 470PZS 램프의 양극에 6V의 부하를 제공합니다. 석영 홀더는 그림에 배치된 도면에 따라 청동으로 만들어집니다. 4. 케이스의 경우 직경 3mm의 드릴을 사용하여 L자 모양의 구멍을 뚫어 와이어 l을 빼내고 고무 링 e를 케이스에 삽입하여 석영을 완충하고 격리합니다. 반지는 일반 연필 지우개로 잘라낼 수 있습니다. 접점 링 b는 0,2mm 두께의 황동 호일로 잘라냅니다. 이 링에는 와이어를 납땜하기 위한 탭이 있습니다. 두 전선 l 및 및 는 절연이 양호해야 합니다. 와이어는 지지 플랜지 O에 납땜되어 있습니다. 와이어를 함께 비틀지 않는 것이 좋습니다.
렌즈 용기는 실린더 e와 초음파 렌즈 b로 구성됩니다(그림 5). 실린더는 직경 3mm의 둥근 나무 템플릿에 19mm 두께의 플렉시 유리 판에서 구부러져 있습니다.
접시는 부드러워질 때까지 불꽃으로 가열하고 패턴에 따라 구부린 다음 식초 에센스로 접착합니다. 접착 된 실린더는 실로 묶여 있고 6 시간 동안 건조됩니다. 그런 다음 실린더의 끝 부분을 사포로 정렬하고 실을 제거합니다. 초음파 렌즈 b를 제조하려면 볼 베어링에서 직경 18-22mm의 강구로 특수 장치(그림 6)를 만들어야 합니다. 공은 붉은 열로 가열하고 천천히 냉각하여 어닐링해야합니다. 그런 다음 볼에 직경 XNUMXmm의 구멍을 뚫고 암나사를 자릅니다. 이 볼을 드릴링 머신의 척에 고정하려면 로드에서 한쪽 끝에 나사산이 있는 로드를 만들어야 합니다.
나사로 조인 볼이 있는 막대를 기계의 척에 고정하고 기계를 중간 속도로 켜고 볼을 10-12mm 두께의 유기 유리판에 눌러 필요한 구형 홈을 얻습니다. 볼이 반경과 같은 거리로 깊어지면 드릴링 머신이 꺼지고 볼을 누르는 것을 멈추지 않고 물로 냉각됩니다. 그 결과, 초음파 렌즈의 구형 오목부가 유기 유리판에 얻어진다. 오목한 부분이 있는 판에서 쇠톱으로 한 변이 36mm인 정사각형을 잘라내고 오목한 부분 주위에 형성된 환형 돌출부를 세립 사포로 수평을 맞추고 판을 바닥에서 0,2mm 두께가 되도록 연마합니다. 리세스의 중앙에 남아 있습니다. 그런 다음 사포로 긁힌 부분을 투명하게 연마하고 모서리를 선반에서 절단하여 구형 홈이 판 중앙에 남도록 합니다. 플레이트의 바닥면에서 렌즈를 석영 홀더의 중앙에 맞추기 위해 높이 3mm, 직경 23,8mm의 돌출부를 만들어야 합니다. 실린더 끝단의 한쪽 끝을 아세트산 에센스 또는 디클로로에탄으로 충분히 적셔 실린더의 중심축이 렌즈의 중심을 통과하는 축과 일치하도록 초음파 렌즈에 접착합니다. 건조 후 나사를 조정하기 위해 접착 된 용기에 10 개의 구멍이 뚫립니다. 길이 12-1,5cm, 직경 2-1mm의 일반 와이어로 만들고 절연재 손잡이가 있는 특수 드라이버로 이러한 나사를 돌리는 것이 가장 좋습니다. 이러한 부품을 제조하고 발전기를 설치한 후에는 일반적으로 L2C4 회로를 수정의 고유 주파수와 공진하도록 조정하는 장치 설정을 시작할 수 있습니다. (그림 XNUMX)의 석영판은 흐르는 물에 비누로 세척하고 건조해야 합니다. 접촉 링 b는 위에서 광택이 나도록 청소됩니다. 접촉 링 위에 석영 판을 조심스럽게 놓고 판의 가장자리에 변압기 오일 몇 방울을 떨어 뜨린 후 덮개 d를 조여 석영 판을 누르십시오. 초음파 진동을 나타내기 위해 덮개의 홈 a 및 d는 변압기 오일 또는 등유로 채워져 있습니다. 전원을 켜고 XNUMX분 동안 워밍업한 후 튜닝 노브를 돌리고 석영 판 발진기의 진동 사이에서 공진을 달성합니다. 공명 순간에 뚜껑의 홈에 부어진 액체의 최대 팽창이 관찰됩니다. 생성기를 설정한 후 실험 시연을 시작할 수 있습니다.
가장 효과적인 시연 중 하나는 초음파 진동의 작용으로 액체 분수를 만드는 것입니다. 액체 분수를 얻으려면 "렌즈" 용기의 바닥과 석영 판 사이에 기포가 축적되지 않도록 석영 홀더 위에 "렌즈" 용기를 놓아야 합니다. 그런 다음 일반 식수의 렌즈 용기에 붓고 발전기를 켠 후 2 분 후에 물 표면에 초음파 분수가 나타납니다. 분수의 높이는 이전에 커패시터 C30를 사용하여 발전기를 조정한 조정 나사를 사용하여 변경할 수 있습니다. 전체 시스템을 올바르게 설정하면 높이가 40-7cm인 분수대를 얻을 수 있습니다(그림 XNUMX).
분수의 출현과 동시에 특징적인 쉿하는 소리와 함께 캐비테이션 과정의 결과 인 물 안개가 나타납니다. 물 대신 변압기 오일을 "렌즈" 용기에 부으면 분수의 높이가 눈에 띄게 높아집니다. 분수의 지속적인 관찰은 "렌즈" 용기의 액체 레벨이 20mm로 떨어질 때까지 수행할 수 있습니다. 분수를 장기간 관찰하려면 분수 액체가 역류할 수 있는 내벽을 따라 유리관 B로 분수를 보호해야 합니다. 액체에 초음파 진동을 가하면 액체에 미세한 기포가 형성되고(캐비테이션 현상) 기포가 발생한 부위의 압력이 크게 증가합니다. 이 현상은 액체의 물질 입자 또는 살아있는 유기체의 파괴로 이어집니다. 작은 물고기 나 물벼룩을 물이 담긴 "렌즈"용기에 넣으면 1-2 분 동안 초음파를 조사한 후 죽을 것입니다. 화면에 물이 담긴 "렌즈가 장착된" 용기를 투사하면 대형 강당에서 이 실험의 모든 과정을 연속적으로 관찰할 수 있습니다(그림 8).
설명된 장치를 사용하여 오염으로부터 작은 부품을 청소하기 위해 초음파를 사용하는 것을 시연할 수 있습니다. 이를 위해 그리스가 많이 윤활 된 작은 부품 (시계의 기어, 금속 조각 등)이 액체 분수대의 바닥에 놓입니다. 분수가 크게 줄어들고 완전히 멈출 수도 있지만 오염 된 부분은 점차적으로 청소됩니다. 부품의 초음파 세척은 더 강력한 발전기를 사용해야 하므로 짧은 시간에 오염된 전체 부품을 세척하는 것은 불가능하고 몇 개의 치아만 세척하는 것으로 제한해야 합니다. 캐비테이션 현상을 이용하여 오일 에멀젼을 얻을 수 있습니다. 이를 위해 "렌즈"용기에 물을 붓고 그 위에 약간의 변압기 오일을 추가합니다. 에멀젼이 튀는 것을 방지하려면 내용물이 담긴 렌즈 용기를 유리로 덮어야 합니다. 발전기를 켜면 물과 기름의 분수가 형성됩니다. 1~2분 후 렌즈 용기에 조사하면 안정한 유백색 에멀젼이 형성됩니다. 수중에서 초음파 진동의 전파가 가시화될 수 있고 초음파의 일부 특성이 명확하게 입증될 수 있는 것으로 알려져 있다. 이를 위해서는 바닥이 투명하고 균일하며 가능한 한 크고 측면 높이가 5-6cm 이상인 욕조가 필요합니다. 욕조는 전체 투명한 바닥이 아래에서 조명될 수 있도록 데모 테이블의 개구부 위에 배치됩니다. . 조명의 경우 9볼트 자동차 전구를 강당 천장에 조사 중인 프로세스를 투사하기 위한 점 광원으로 사용하는 것이 좋습니다(그림 XNUMX).
저전력의 일반 전구를 사용할 수도 있습니다. 석영 홀더의 석영 판이 수직으로 놓였을 때 완전히 잠기도록 욕조에 물을 붓습니다. 그런 다음 발전기를 켜고 석영 홀더를 수직 위치에서 경사 위치로 이동하여 강당 천장의 투영에서 초음파 빔의 전파를 관찰할 수 있습니다. 이 경우 석영 홀더는 연결된 와이어 l 및 c로 고정하거나 특수 홀더에 사전 고정하여 초음파 빔의 입사각을 수직으로 부드럽게 변경할 수 있습니다. 각각 수평면. 초음파 빔은 물에서 초음파 진동의 전파를 따라 위치한 광점 형태로 관찰됩니다. 초음파 빔의 전파 경로에 장애물을 배치하여 빔의 반사 및 굴절을 관찰할 수 있습니다. 설명된 설정은 다른 실험을 허용하며, 그 성격은 학습 중인 프로그램과 교실 장비에 따라 다릅니다. 바륨 티타네이트 플레이트 및 일반적으로 0,5MHz ~ 4,5MHz 주파수에서 압전 효과가 있는 모든 플레이트가 발전기 부하로 포함될 수 있습니다. 다른 주파수용 플레이트가 있는 경우 인덕터의 회전 수를 변경해야 합니다(0,5MHz 미만의 주파수에서는 증가하고 4,5MHz 초과에서는 감소). 발진 회로와 피드백 코일을 15kHz의 주파수로 변경할 때 석영 대신 60VA 이하의 전력으로 자기 변형 변환기를 켤 수 있습니다 저자: V. Krasnyuk; 간행물: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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