RU2749899C1

RU2749899C1 - Aerosol disinfection device

Info

Publication number: RU2749899C1
Application number: RU2020144268A
Authority: RU
Inventors: Елена Ивановна Гаврикова; Роман Владимирович Шкрабак; Владимир Степанович Шкрабак; Виталий Юрьевич Морозов; Роман Романович Шкрабак; Арина Васильевна Шкрабак
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-06-18

Abstract

FIELD: ultrasonic aerosol devices.

SUBSTANCE: invention relates to ultrasonic aerosol devices designed for spraying liquid substances, and can be widely used in various branches of agriculture, medicine, etc. An aerosol disinfection apparatus containing a spray chamber with a built-in piezoelectric converter, a transistor, a choke, a phase-shifting circuit including a resistor, a transformer, and a capacitor forming a parallel oscillatory circuit with the primary winding of the transformer, the secondary winding of the transformer connected to the base of the transistor through a frequency-stabilizing piezoelectric element, while the primary winding is connected to the emitter of the transistor through a blocking capacitor, a matching circuit formed by a capacitor, a choke and an autotransformer, a mixing voltage supply circuit, a capacitor connected between the base and the emitter of the transistor, characterized in that it is additionally equipped with an ionization unit consisting of a resistor, a zener diode , a capacitor, silver electrodes, a power supply unit consisting of a step-down transformer, a diode bridge and a capacitor, and an analysis unit consisting of a voltage stabilizer on the DA1 microcircuit, a voltmeter, an ammeter, a working electrode and a reference electrode.

EFFECT: improves efficiency of the device.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ультразвуковым аэрозольным аппаратам, предназначенным для распыления жидких веществ, и может быть широко использовано в различных отраслях сельского хозяйства, медицине и т.д.The invention relates to ultrasonic aerosol devices designed for spraying liquid substances, and can be widely used in various branches of agriculture, medicine, etc.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является ультразвуковой ингалятор, содержащий распылительную камеру с встроенным пьезоэлектрическим преобразователем, транзистор, дроссель, фазосдвигающую цепь, включающую резистор, трансформатор, и конденсатор, образующий с первичной обмоткой трансформатора параллельный колебательный контур. Вторичная обмотка трансформатора соединена с базой транзистора через частотно-стабилизирующий пьезоэлемент, а первичная обмотка через разделительный конденсатор подключена к эмиттеру транзистора. Ингалятор содержит также цепь согласования, образованную конденсатором, дросселем и автотрансформатором, цепь подачи напряжения смешения, конденсатор, включенный между базой и эмиттером транзистора (патент SU 1771758, опубл. 30.10.92.) [1].The closest technical solution to the claimed object is an ultrasonic inhaler containing a spray chamber with a built-in piezoelectric transducer, a transistor, a choke, a phase-shifting circuit including a resistor, a transformer, and a capacitor forming a parallel oscillatory circuit with the primary winding of the transformer. The secondary winding of the transformer is connected to the base of the transistor through a frequency-stabilizing piezoelectric element, and the primary winding is connected to the emitter of the transistor through a blocking capacitor. The inhaler also contains a matching circuit formed by a capacitor, a choke and an autotransformer, a mixing voltage supply circuit, a capacitor connected between the base and the emitter of the transistor (patent SU 1771758, publ. 30.10.92.) [1].

Недостатком указанного устройства является недостаточная эффективность работы, связанная с тем, что необходимы дополнительные затраты времени для приготовления дезинфицирующего раствора и заполнения распылительной камеры устройства полученным раствором.The disadvantage of this device is the lack of efficiency, due to the fact that additional time is needed to prepare the disinfectant solution and fill the spray chamber of the device with the resulting solution.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы устройства.The objective of the invention is to improve the efficiency of the device.

Технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство предусматривает получение дезинфицирующего раствора непосредственно в распылительной камере устройства и включение ультразвукового распылителя после насыщения воды ионами серебра.The technical result is achieved by the fact that the proposed device provides for the production of a disinfectant solution directly in the spray chamber of the device and the inclusion of an ultrasonic nebulizer after saturation of water with silver ions.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются благодаря тому, что известное устройство, содержащее распылительную камеру с встроенным пьезоэлектрическим преобразователем, транзистор, дроссель, фазосдвигающую цепь, включающую резистор, трансформатор, и конденсатор, образующий с первичной обмоткой трансформатора параллельный колебательный контур, вторичную обмотку трансформатора, соединенную с базой транзистора через частотно-стабилизирующий пьезоэлемент, при этом первичная обмотка через разделительный конденсатор подключена к эмиттеру транзистора, цепь согласования, образованную конденсатором, дросселем и автотрансформатором, цепь подачи напряжения смешения, конденсатор, включенный между базой и эмиттером транзистора, согласно изобретению, дополнительно снабжен блоком ионизации, состоящим из резистора, стабилитрона, конденсатора, серебряных электродов, блоком источника питания, состоящим из понижающего трансформатора, диодного моста и конденсатора, и блоком анализа, состоящим из стабилизатора напряжения на микросхеме DA1, резистора, вольтметра, амперметра, рабочего электрода и электрода сравнения.The task and the specified technical result are achieved due to the fact that the known device containing a spray chamber with a built-in piezoelectric converter, a transistor, a choke, a phase-shifting circuit including a resistor, a transformer, and a capacitor forming a parallel oscillatory circuit with the primary winding of the transformer, the secondary winding of the transformer, connected to the base of the transistor through a frequency-stabilizing piezoelectric element, while the primary winding is connected to the emitter of the transistor through a blocking capacitor, a matching circuit formed by a capacitor, a choke and an autotransformer, a mixing voltage supply circuit, a capacitor connected between the base and the emitter of the transistor, according to the invention, additionally equipped with an ionization unit consisting of a resistor, a zener diode, a capacitor, silver electrodes, a power supply unit consisting of a step-down transformer, a diode bridge and a capacitor, and an analysis unit, consisting of a voltage stabilizer on the DA1 microcircuit, a resistor, a voltmeter, an ammeter, a working electrode and a reference electrode.

Ионизированная вода, содержащая ионы серебра, обладает ярко выраженными бактерицидными свойствами. В ней быстро гибнет патогенная микрофлора, происходит обеззараживание. Наиболее эффективным методом приготовления воды, содержащей ионы серебра, является электролитический метод (обогащение воды серебром при помощи электролиза).Ionized water containing silver ions has pronounced bactericidal properties. Pathogenic microflora quickly dies in it, disinfection occurs. The most effective method for preparing water containing silver ions is the electrolytic method (enrichment of water with silver by electrolysis).

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, где на фигуре изображен предлагаемый аэрозольный аппарат для дезинфекции.The essence of the proposed solution is illustrated by the drawing, where the figure shows the proposed aerosol apparatus for disinfection.

Аэрозольный аппарат для дезинфекции содержит распылительную камеру 1 с встроенным пьезоэлектрическим преобразователем 2, транзистор 3, дроссель 4, фазосдвигающую цепь 5, включающую резистор 6, трансформатор 7, и конденсатор 8, образующий с первичной обмоткой трансформатора 7 параллельный колебательный контур. Вторичная обмотка трансформатора 7 соединена с базой транзистора 3 через частотностабилизирующий пьезоэлемент 9, а первичная обмотка через разделительный конденсатор 10 подключена к эмиттеру транзистора 3. Ультразвуковой распылитель содержит также согласующую цепь, образованную конденсатором 11, дросселем 12 и автотрансформатором 13, цепь подачи смещения на базу транзистора 14, состоящую из постоянного и переменного резисторов, включенных последовательно, конденсатор 15, включенный между базой и эмиттером транзистора 3.The aerosol apparatus for disinfection contains a spray chamber 1 with a built-in piezoelectric converter 2, a transistor 3, a choke 4, a phase-shifting circuit 5, including a resistor 6, a transformer 7, and a capacitor 8, forming a parallel oscillatory circuit with the primary winding of the transformer 7. The secondary winding of the transformer 7 is connected to the base of the transistor 3 through a frequency-stabilizing piezoelectric element 9, and the primary winding through the isolation capacitor 10 is connected to the emitter of the transistor 3. The ultrasonic nebulizer also contains a matching circuit formed by the capacitor 11, the choke 12 and the autotransformer 13, the bias supply circuit to the base of the transistor 14, consisting of constant and variable resistors connected in series, a capacitor 15 connected between the base and the emitter of the transistor 3.

Блок источника питания 16 состоит из понижающего трансформатора 17, диодного моста 18 и конденсатора 19.The power supply unit 16 consists of a step-down transformer 17, a diode bridge 18 and a capacitor 19.

Блок ионизации 24 содержит резистор 20, стабилитрон 21, конденсатор 22, серебряные электроды 23.The ionization unit 24 contains a resistor 20, a Zener diode 21, a capacitor 22, and silver electrodes 23.

Блок анализа 30 состоит из стабилизатора напряжения на микросхеме DA1 25, резистора 26, вольтметра 27, амперметра 28, электродов (рабочего и сравнения) 29.The analysis unit 30 consists of a voltage regulator on the DA1 25 microcircuit, a resistor 26, a voltmeter 27, an ammeter 28, electrodes (working and comparison) 29.

Предлагаемый аэрозольный аппарат для дезинфекции работает следующим образом. При включении питания подается смещение на базу транзистора 3. Самовозбуждение обеспечивается соответствующим включением обмоток трансформатора 7, создающего необходимый поворот фазы на 180°. С эмиттера транзистора 3 напряжение обратной связи через разделительный конденсатор 10 поступает на фазосдвигающую цепь 5. Резистор 6 и соединенный последовательно с ним параллельный колебательный контур, который состоит из первичной обмотки трансформатора 7 и конденсатора 8, образуют фазовращатель и фаза напряжения зависит от настройки контура. Вращение сердечника трансформатора 7 изменяет импеданс параллельного контура, что приводит к изменению фазы напряжения обратной связи и, следовательно, рабочей частоты ультразвукового распылителя. Диапазон перестройки частоты составляет не менее 50 кГц, что позволяет точно установить рабочую частоту ультразвукового распылителя на частоту последовательного резонанса пьезоэлектрического преобразователя 2 для его эффективной работы.The proposed aerosol disinfection apparatus works as follows. When the power is turned on, a bias is applied to the base of the transistor 3. Self-excitation is provided by the appropriate switching on of the windings of the transformer 7, which creates the necessary phase rotation by 180 °. From the emitter of the transistor 3, the feedback voltage through the blocking capacitor 10 is fed to the phase-shifting circuit 5. Resistor 6 and a parallel oscillatory circuit connected in series with it, which consists of the primary winding of the transformer 7 and capacitor 8, form a phase shifter and the voltage phase depends on the loop setting. Rotation of the core of the transformer 7 changes the impedance of the parallel circuit, which leads to a change in the phase of the feedback voltage and, therefore, in the operating frequency of the ultrasonic nebulizer. The frequency tuning range is at least 50 kHz, which makes it possible to accurately set the operating frequency of the ultrasonic nebulizer to the serial resonance frequency of the piezoelectric transducer 2 for its effective operation.

Напряжение обратной связи поступает с вторичной обмотки трансформатора 7 через частотноста-билизирующий пьезоэлемент 9 на базу транзистора 3. Пьезоэлемент 9 установлен на печатной плате и добротность его на порядок выше добротности рабочего пьезоэлектрического преобразователя 2, установленного в распылительной камере 1 ультразвукового распылителя. Стабилизация рабочей частоты ультразвукового распылителя происходит следующим образом. Как известно, для генераторов с самовозбуждением изменение сдвига фазы между напряжением, подводимым к базе транзистора и напряжением выхода изменяет частоту генерируемых колебаний. Причем опережение фазы увеличивает частоту, а отставание фазы, соответственно, понижает частоту генератора. Это явление положено в основу стабилизации частоты ультразвукового распылителя. Автоматическое изменение фазы подводимого напряжения к базе транзистора, изменяющее частоту в направлении противоположном, чем от дестабилизирующих факторов, обеспечивается последовательным включением в цепь базы трансзистора 3 частотностабилизирующего пьезоэлемента 9. Пьезоэлемент 9 образует совместно с входным сопротивлением транзистора частотнозависимую цепь и фаза напряжения обратной связи, выделяемая на входном сопротивлении, зависит от частоты. На рабочей частоте ультразвукового распылителя пьезоэлемент 9 имеет емкостное сопротивление, так как частота последовательного резонанса пьезоэлемента 9 выбрана выше рабочей частоты ультразвукового распылителя.The feedback voltage comes from the secondary winding of the transformer 7 through the frequency-stabilizing piezoelectric element 9 to the base of the transistor 3. The piezoelectric element 9 is installed on the printed circuit board and its quality factor is an order of magnitude higher than the quality factor of the working piezoelectric transducer 2 installed in the spray chamber 1 of the ultrasonic atomizer. The stabilization of the operating frequency of the ultrasonic nebulizer is as follows. As you know, for generators with self-excitation, changing the phase shift between the voltage supplied to the base of the transistor and the output voltage changes the frequency of the generated oscillations. Moreover, the phase advance increases the frequency, and the phase lag, accordingly, lowers the generator frequency. This phenomenon is the basis for the frequency stabilization of the ultrasonic nebulizer. Automatic change in the phase of the applied voltage to the base of the transistor, changing the frequency in the opposite direction than from destabilizing factors, is ensured by sequentially connecting the frequency stabilizing piezoelectric element 9 to the base circuit of the transistor 3. The piezoelectric element 9, together with the input resistance of the transistor, forms a frequency-dependent circuit and the phase of the feedback voltage allocated to input impedance, depends on the frequency. At the operating frequency of the ultrasonic nebulizer, the piezoelectric element 9 has a capacitive resistance, since the serial resonance frequency of the piezoelectric element 9 is selected above the operating frequency of the ultrasonic nebulizer.

Питание ультразвукового распылителя и блока ионизации осуществляется от нестабилизированного источника 16, состоящего из понижающего трансформатора 17, диодного моста 18 и фильтрующего конденсатора 19. Трансформатор 17 понижает входное напряжение 220 В до 24 В на выходе. После диодного моста 18 выпрямленное напряжение сглаживается фильтрующим конденсатором 19, повышаясь примерно до 30 В.The ultrasonic nebulizer and ionization unit are powered from an unstabilized source 16, which consists of a step-down transformer 17, a diode bridge 18 and a filter capacitor 19. Transformer 17 lowers the input voltage of 220 V to 24 V at the output. After the diode bridge 18, the rectified voltage is smoothed out by the filter capacitor 19, increasing to about 30 V.

Резистор 20, стабилитрон 21 и конденсатор 22 образуют простейший параметрический стабилизатор напряжения, значение которого равно напряжению стабилизации стабилитрона 21 и составляет 18 В.Resistor 20, zener diode 21 and capacitor 22 form the simplest parametric voltage regulator, the value of which is equal to the stabilization voltage of the zener diode 21 and is 18 V.

Выпрямленное напряжение используется для насыщения ионами серебра воды в распылительной камере. Под действием тока в воду поступают ионы серебра из серебряных электродов 23, которые постепенно растворяются.The rectified voltage is used to saturate the water in the spray chamber with silver ions. Under the action of the current, silver ions enter the water from the silver electrodes 23, which gradually dissolve.

Стабилизатор напряжения на микросхеме DA1 25 подключается к выходу параметрического стабилизатора и служит для получения стабильного напряжения 5 вольт, применяемого для питания блока анализа. Для измерения тока и потенциала служат вольтметр 27 и амперметр 28. Относительно потенциала электрода сравнения задается потенциал рабочего электрода, на рабочем электроде происходит концентрирование серебра. Как только концентрация серебра в воде достигает необходимой концентрации, срабатывает ультразвуковой распылитель.The voltage stabilizer on the DA1 25 microcircuit is connected to the output of the parametric stabilizer and serves to obtain a stable voltage of 5 volts, which is used to power the analysis unit. A voltmeter 27 and an ammeter 28 are used to measure the current and potential. The potential of the working electrode is set relative to the reference electrode potential, and silver is concentrated on the working electrode. As soon as the concentration of silver in the water reaches the required concentration, an ultrasonic nebulizer is triggered.

Таким образом, предлагаемая конструкция аэрозольного аппарата для дезинфекции позволяет повысить эффективность работы за счет получения дезинфицирующего раствора непосредственно в распылительной камере устройства и включения ультразвукового распылителя после насыщения воды ионами серебра.Thus, the proposed design of an aerosol device for disinfection improves the efficiency of work by obtaining a disinfectant solution directly in the spray chamber of the device and turning on the ultrasonic nebulizer after saturation of water with silver ions.

Claims

An aerosol disinfection apparatus containing a spray chamber with a built-in piezoelectric converter, a transistor, a choke, a phase-shifting circuit including a resistor, a transformer, and a capacitor forming a parallel oscillatory circuit with the primary winding of the transformer, the secondary winding of the transformer connected to the base of the transistor through a frequency-stabilizing piezoelectric element , while the primary winding is connected to the emitter of the transistor through a blocking capacitor, a matching circuit formed by a capacitor, a choke and an autotransformer, a mixing voltage supply circuit, a capacitor connected between the base and the emitter of the transistor, characterized in that it is additionally equipped with an ionization unit consisting of a resistor, a zener diode, a capacitor, silver electrodes, a power supply unit consisting of a step-down transformer, a diode bridge and a capacitor, and an analysis unit consisting of a voltage stabilizer on the DA1 microcircuit, a voltmeter, am permeter, working electrode and reference electrode.