DE2535807A1 - Ultrasonic oscillator circuit for liquid spray - has coupling transformer between pulse circuit and piezoelectric oscillator - Google Patents
Ultrasonic oscillator circuit for liquid spray - has coupling transformer between pulse circuit and piezoelectric oscillatorInfo
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Abstract
Description
Anregeschaltung für piezoelektrisches Schwingsystem Die Erfindung betrifft eine Anregeelektronik für piezoelektrisches Schwingsystem zur Flüssigkeitszerstäubung.Excitation circuit for piezoelectric oscillating system The invention relates to excitation electronics for a piezoelectric oscillating system for liquid atomization.
In der deutschen Offenlegungsschrift 2 308 584 (YPA 73/7020) ist ein derartiges piezoelektrisches Schwingsystem beschrieben. Ein piezoelektrischer Wandler wird von einer Wechsel spannung zu Ultraschallschwingungen angeregt. Der Wandler ist an der Grundfläche eines Regelförmigen, massiven Schallübertragers angeordnet, an der Spitze des Schallübertragers befindet sich eine Zerstäuberplatte. Durch den piezoelektrischen Wandler werden im Schallübertrager 3iegeschiingungen erzeugt, die mit erhöhter Amplitude auf die Zerstäuberplatte übertragen werden.In the German Offenlegungsschrift 2 308 584 (YPA 73/7020) is a such a piezoelectric oscillating system described. A piezoelectric transducer is excited by an alternating voltage to form ultrasonic vibrations. The converter is arranged on the base of a regular, massive sound transmitter, there is an atomizer plate at the tip of the sound transducer. Through the piezoelectric transducers are generated in the sound transmitter, which are transferred to the atomizer plate with increased amplitude.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine außerordentlich einfach aufgebaute Anregeelektronik für ein derartiges Schwingsystem anzugeben, wobei die Anregeelektronik nur eine Betriebsspannung zwischen 6 bis 12 V Gleichstrom benötigen soll, und wobei Verschiebungen der Resonanzfrequenz des Schwingsystems zu keinerlei Störungen führen soll.The object of the invention is to provide an extremely simple structure Specify excitation electronics for such a vibration system, the excitation electronics only need an operating voltage between 6 to 12 V direct current, and where Shifts in the resonance frequency of the oscillating system do not lead to any interference target.
Diese Aufgabe wird durch eine Anregeelektronik gelöst, die entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches 1 ausgebildet ist.This task is solved by an electronic excitation system, which accordingly the characterizing part of claim 1 is formed.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur erläutert.The invention is explained below with reference to the figure.
Die Figur zeigt ein Schaltbild der Anregeelektronik. Für den Zerstäuber 1 ist dabei dessen Ersatzschaltbild eingesetzt.The figure shows a circuit diagram of the excitation electronics. For the atomizer 1 its equivalent circuit diagram is used.
Elektrisch verhält sich der Zerstäuber wie eine Kapazität 10, zu der eine weitere Kapazität 11 und eine Induktivität 12 und ein ohinscher Kontakt 13 parallel geschaltet sind. Die Kapazität 10 hängt im wesentlichen von der elektrischen Kapazität der Piezokeramik des Zerstäubers ab und wird dementsprechend "elektrische Kapazität genannt. Die Kapazität 11, die Induktivität 12 und der Widerstand 13 werden durch die mechanischen Eigenschaften des Zerstäubers, insbesondere durch seine mechanische Trägheit, bestimmt, dementsprechend spricht man von "mechanischer Kapazität" und "mechanischer Induktivität".Electrically, the atomizer behaves like a capacity 10, to of a further capacitance 11 and an inductance 12 and an ohinscher contact 13 are connected in parallel. The capacity 10 depends essentially on the electrical The capacity of the piezoceramic of the atomizer decreases and becomes "electrical" accordingly Called capacity. The capacitance 11, the inductance 12 and the resistor 13 become by the mechanical properties of the atomizer, in particular by its mechanical properties Inertia, definitely, accordingly one speaks of "mechanical capacity" and "mechanical inductance".
Die eigentliche Anregeelektronik besteht aus nur fünf Schaltungselementen, einem Ankopplungstransformator 2, einem Rückkopplungstransformator 3, einem Kondensator 4, einem Transistor 5 und einem Widerstand 6.The actual excitation electronics consists of only five circuit elements, a coupling transformer 2, a feedback transformer 3, a capacitor 4, a transistor 5 and a resistor 6.
Die Schaltung ist in der folgenden Weise aufgebaut; Zwischen den Anschlußklemnien 100, 101 liegen der Widerstand 6, die Sekundärspule 31 des Transformators 3 und der Kondensator 4.The circuit is constructed in the following manner; Between the terminals 100, 101 are the resistor 6, the secondary coil 31 of the transformer 3 and the capacitor 4.
Dazu parallel liegen die Primärspule 32 des Transformators 3, der Transistor 5 und die Primärspule 21 des Übertragungstransformators 2. Dabei ist der Emitter des Transistors mit der Spule 32 verbunden, der Kollektor mit der Spule 21, die Basis des Transistors ist zwischen dem Widerstand 6 und der Spule 31 angeschlossen.The primary coil 32 of the transformer 3, the Transistor 5 and the primary coil 21 of the transmission transformer 2. It is the emitter of the transistor is connected to the coil 32, the collector to the coil 21, the base of the transistor is connected between the resistor 6 and the coil 31.
Diese Schaltung kann mit Gleichspannungen zwischen 6 V bis 12 V betrieben werden, äenachdem welches Ubersetzungsverhältnis für den Ankopplungstransformator 2 ausgewählt wird.This circuit can be operated with DC voltages between 6 V and 12 V. depending on which transmission ratio for the coupling transformer 2 is selected.
Die Anregungsfrequenz für den Zerstäuber wird im wesentlichen durch den aus der Spule 31 und dem Kondensator 4 bestehenden Serienresonanzkreis vorgegeben.The excitation frequency for the nebulizer is essentially through the series resonant circuit consisting of the coil 31 and the capacitor 4 is specified.
Da der Ultraschallschwinger über den Ankopplungstransformator 2 nur induktiv an die Anregeschaltung angekoppelt ist, sind vorteilhafterweise alle Sicherheitsvorschriften für Berührungsschutz gut erfüllt.Since the ultrasonic transducer via the coupling transformer 2 only is inductively coupled to the excitation circuit, all safety regulations are advantageous for contact protection well met.
Die durch den Transformator 3 erreichte Stromrückkopplung führt zu einer hohen Stabilisierung des Zerstäuberbetriebes, wobei alle Schwankungen der Resonanzfrequenz des Zerstäubers, die beispielsweise durch Erwärmung, fertigungsbedingte Streuung und unter dem bedämpfenden Einfluß der zu zerstäubenden Flüssigkeit auf dem Zerstäuber entstehen können, ausgeglichen werden.The current feedback achieved by the transformer 3 leads to a high level of stabilization of the atomizer operation, with all fluctuations in the Resonance frequency of the atomizer, for example due to heating, production-related Scattering and under the damping influence of the liquid to be atomized the atomizer can be compensated.
Der Zerstäuber besitzt zwei Resonanzfrequenzen, eine sogenannte Serienresonanz wobei f11,12 die Frequenz ist, und wobei CII die Kapazität 11 ist und wobei L12 die Induktivität 12 ist. Weiterhin besitzt der Schwinger die sogenannte Parallelresonanz bei der Frequenz wobei C10 die Kapazität 10 ist.The atomizer has two resonance frequencies, a so-called series resonance where f11,12 is the frequency, and where CII is capacitance 11 and where L12 is inductance 12. Furthermore, the oscillator has what is known as parallel resonance at the frequency where C10 is the capacitance 10.
Da die Impedanz des Zerstäubers im Falle der Serienresonanz ein Minimum erreicht, so daß bei vorgegebener Spannung am Schwinger eine hohe Leistung aufgenommen wird, ist vorgesehen, die Anregungselektronik bei dieser Frequenz zu betreiben und dementsprechend auszulegen.Because the impedance of the atomizer in the case of series resonance is a minimum reached, so that a high power is consumed at a given voltage on the transducer is intended to operate the excitation electronics at this frequency and to be interpreted accordingly.
Die Schaltungselemente der Anregungselektronik sind so zu bemessen, daß gilt: Dabei bezeichnen C jeweils eine Kapazität und L eine Induktivität, die Indices bezeichnen die jeweiligen Positionen in der Figur.The circuit elements of the excitation electronics are to be dimensioned in such a way that the following applies: C each denotes a capacitance and L an inductance, the indices denote the respective positions in the figure.
Das Verhältnis der Windungszahlen N der Sekundär- und Primärspule N31/N32 des Transformators 3 ist dabei annährend gleich dem Stromverstärkungsfaktor des Transistors 5.The ratio of the number of turns N of the secondary and primary coil N31 / N32 of the transformer 3 is approximately equal to the current gain factor of transistor 5.
Wird der Zerstäuber belastet oder erwärmt, so wird dieses Schwingsystem geringfügig verstimmt, da sich die mechanische Induktivität und Kapazität verändern: Der zweite Quotient in der oben genannten Bedingungsgleichung wird kleiner. Dadurch wird die Impedanz zwischen Kollektor und dem Anschluß 100 größer.If the atomizer is loaded or heated, this oscillating system becomes slightly out of tune as the mechanical inductance and capacitance change: The second quotient in the above conditional equation becomes smaller. Through this will the impedance between the collector and the terminal 100 is greater.
Gleichzeitig wird die Impedanz des aus der Primärspule 31 und dem Kondensator 4 bestehenden Serienschwingkreises niedriger. Damit wird das Potential an der Basis des Transistors trotz geringerer Kollektor- bzw. Emitterströme sehr wenig verändert. Die absinkende Frequenz des Zerstäubers bewirkt also einen aktiven Rückkopplungsmechanismus.At the same time, the impedance of the primary coil 31 and the Capacitor 4 existing series resonant circuit lower. So that becomes the potential at the base of the transistor despite lower collector or emitter currents little changed. The decreasing frequency of the nebulizer therefore causes an active one Feedback mechanism.
Außerdem muß erreicht sein, daß bei der vorgesehenen Betriebsfrequenz für den Zerstäuber eine möglichst geringe Phasenverschiebung zwischen Strommaxima und Spannungsmaxima am Zerstäuber entstehen. Wie eingangs bereits angegeben, ist die vorgesehene Betriebsfrequenz: Wenn bei dieser Frequenz keine Phasenverschiebungen auftreten sollen, muß zumindest annähernd die Bedingung erfüllt sein: C10L22 = L12C11 .In addition, it must be achieved that at the intended operating frequency for the atomizer there is as little phase shift as possible between current maxima and voltage maxima at the atomizer. As already stated at the beginning, the intended operating frequency is: If no phase shifts are to occur at this frequency, the condition must at least approximately be fulfilled: C10L22 = L12C11.
Damit wird erreicht, daß der Zerstäuber auch dann genügend Leistung aufnehmen kann, wenn die Resonanzfrequenz des Schwingers, wie oben beschrieben, etwas verändert wird.This ensures that the atomizer also has sufficient power can record if the resonance frequency of the transducer, as described above, something is changed.
Mit der erfindungsgemäßen Anregeelektronik kann also eine Zerstäubereinheit gebaut werden, die durch Störeinflüsse, wie Erwärmung oder unregelmäßige Flüssigkeitszufuhr an den Schwinger, in ihrer Funktion nicht beeinflußt wird, denn die die Resonanzfrequenz unterstützende Stromrückkopplung sichert auch bei Bedämpfung des Zerstäubers den Betrieb. Da die Anregeelektronik nur aus einer geringen Zahl von Bauelementen besteht, kann ein sehr geringes Bauvolumen und ein außerordentlich günstiger Preis erreicht werden. Die Anregeelektronik arbeitet mit Niederspannung.With the excitation electronics according to the invention, an atomizer unit built by disturbances such as warming or irregular fluid supply to the transducer, its function is not affected, because the resonance frequency Supportive current feedback ensures that the atomizer is also attenuated Operation. Since the excitation electronics only consist of a small number of components, can achieve a very small construction volume and an extremely low price will. The excitation electronics work with low voltage.
2 Patentansprüche 1 Figur2 claims 1 figure
Claims (2)
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