Spin Coater V1 (σχεδόν αναλογικό): 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Δεν έχει κατασκευαστεί όλος ο εξοπλισμός, είμαι φοιτητής/ερευνητής που μελετά υλικά λεπτής μεμβράνης για ηλιακή τεχνολογία. Μόλις ένα από τα εξαρτήματα από τα οποία εξαρτώμαι ονομάζεται spin coater. Αυτό είναι ένα εργαλείο που χρησιμοποιείται για την κατασκευή λεπτών υμενίων υλικού από υγρό διάλυμα ή πρόδρομο. Αυτές οι λεπτές μεμβράνες μπορούν να τοποθετηθούν σε συσκευές όπως ηλιακά πάνελ ή LED.

Στο πανεπιστήμιό μου είχαμε πολλά προβλήματα με τα πιο προσιτά εμπορικά προϊόντα που είναι διαθέσιμα για το ισοδύναμο μερικών χιλιάδων δολαρίων. Αυτά τα εμπορικά περιστρεφόμενα καλύμματα χρησιμοποιούν ένα τσοκ κενού για να συγκρατούν δείγματα και τα προβλήματα που αντιμετώπισαν περιλάμβαναν δεσμευμένους κινητήρες, φραγμένα τσοκ κενού, πυκνωτές καπνίσματος μεταξύ άλλων που επηρέασαν την ανατροφοδότηση στην οποία βασίστηκε ο έλεγχος ταχύτητας. Δεν γνωρίζω τα προβλήματα που είχε κάθε ερευνητική ομάδα μαζί τους, αλλά ξέρω ότι υπήρξε γενικά τουλάχιστον ένας που επισκευάστηκε ή περίμενε να επισκευαστεί οποιαδήποτε στιγμή.

Ο σχεδιασμός που μοιράζομαι είναι απλός, χρησιμοποίησε αρχικά ταινία διπλής όψης αντί για τσοκ κενού για τη συγκράτηση δειγμάτων, αυτό αργότερα ενημερώθηκε σε ένα ευκολότερο στη χρήση σχέδιο (βλ. Βήμα 6). Λειτουργεί για περισσότερο από ένα χρόνο υπό ελαφριά χρήση. Δεν υπήρξαν προβλήματα εκτός από τη φθορά ενός ρελέ (αυτό δεν ήταν νέο ρελέ όταν εγκατασταθεί).

Το έργο είναι κυρίως κατασκευασμένο από εξαρτήματα όπως κινητήρας με τρέχουσα βαθμολογία 1 "leer" (500 mA), σκυρόδεμα, ξυλεία κατασκευής και μερικά σωζόμενα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Προμήθειες

Περιμένω όποιος δοκιμάσει αυτό το έργο να κάνει παραλλαγές, οπότε αυτός είναι ένας μη εξαντλητικός κατάλογος του τι χρειάζεται για το έργο.

Πυρήνας:

Κινητήρας DC ικανός τουλάχιστον 4000 σ.α.λ

Chuck φτιαγμένο για τον επιλεγμένο κινητήρα (συζητήθηκε αργότερα)

Θάλαμος - Δωμάτιο:

Στρογγυλή πλαστική μπανιέρα (χρησιμοποίησα μπανιέρα γιαουρτιού)

Χοντρό πλαστικό ή εναλλακτικά για να επενδύσετε το κάτω μέρος της μπανιέρας

Χαρτοπετσέτα

Ταινία-κασέτα

Βουνό:

εκτός αποκοπής πεύκου 38x228 mm (συνήθως χρησιμοποιείται για δοκούς σε στέγες)

Μεντεσέ μήκους 30mm

Καουτσούκ ή σκληρός αφρός (τοποθέτηση κινητήρα)

Μπουλόνι M6 με κατάλληλη κεφαλή για κατσαβίδι

Παξιμάδι Μ6

Πλυντήριο 6 mm

Βάση και ανάρτηση:

Βαριά βάση (χρησιμοποίησα ένα τσιμεντένιο μπλοκ κομμένο σε μέγεθος)

M6 Μπάρα με σπείρωμα

9x παξιμάδια M6 για τη ράβδο με σπείρωμα

3x Μακριά ελατήρια διαμέτρου 8 mm

Ροδέλες 12x6 mm

Βασικά στοιχεία ελέγχου:

Κουτί έργου (χρησιμοποίησα μπανιέρα παγωτού, αυτή είναι μια καλή δικαιολογία για να φάτε παγωτό)

Τροφοδοσία 12V (χρησιμοποίησα 2 για να μπορεί ο κινητήρας να βρίσκεται σε ξεχωριστή πηγή)

1x διόδους ανορθωτή για τον κινητήρα

Χρονοδιακόπτης 2 σταδίων:

2x n-channel MOSFET (όπως IRF540)

2x 47 uF καπάκι αλουμινίου 35V

2x δοχείο διπλής διαφάνειας B500k

200K αντίσταση

Αντίσταση 10Κ

2x διόδους ανορθωτή για τα ρελέ

Στιγμιαία επαφή με κουμπί

Ρελέ SPST (χρονοδιακόπτης εκκίνησης/διακοπής)

Ρελέ DPDT (ταχύτητα χρονοδιακόπτη 1/ταχύτητα 2 μετάβαση)

Κύκλωμα PWM:

1x χρονόμετρο NE555

1x 1k αντίσταση

2x πυκνωτές 10nC

1x MOSFET καναλιού n (όπως IRF540)

1x ψύκτρα για το MOSFET

1x μονωτικό πλυντήριο πυριτίου για την ψύκτρα

www.mantech.co.za/ProductInfo.aspx?Item=14…

2x 10k γλάστρες (κύκλος λειτουργίας)

1x διόδους ανορθωτή για τα ρελέ

Δοκιμή ταχύτητας κινητήρα:

Ιδανικός:

οπτικό στροφόμετρο.

Εναλλακτική λύση:

Ταινία-κασέτα

Λεπτό σύρμα σαν σκληρό αντικείμενο (π.χ. σύρμα, οδοντογλυφίδα, συνδετήρας χαρτιού)

Υπολογιστής με εγκατεστημένο το "Audacity"

Βήμα 1: Έχετε κατάλληλο μοτέρ;

Τα περισσότερα περιστρεφόμενα καλύμματα πρέπει να λειτουργούν σε εύρος ταχύτητας 500 έως 6000 σ.α.λ. Η δουλειά μου χρειάζεται 2000 και 4000 σ.α.λ. ως οι περισσότερες ταχύτητες εισαγωγής, οπότε θα μπορούσα να τα καταφέρω με έναν κινητήρα DC που είχα γύρω μου και ο οποίος λειτουργούσε στην περιοχή από 1100 έως 4500 σ.α.λ., ο κινητήρας μου μπορεί να λειτουργεί πιο αργά αν και οι πιο αργές ταχύτητες είναι λιγότερο αξιόπιστες λόγω την αντίσταση στον κινητήρα.

Βρείτε έναν κατάλληλο κινητήρα και τροφοδοτικό εάν έχετε κινητήρα 12 V. Αντιστοιχίστε την τάση που απαιτεί ο κινητήρας σας και το ρεύμα της τροφοδοσίας θα πρέπει ιδανικά να είναι 20% περισσότερο από αυτό που απαιτείται από τον κινητήρα. Εάν έχετε κινητήρα 24 V, θα χρειαστείτε έναν μετατροπέα προς τα κάτω ή ξεχωριστό τροφοδοτικό για να παρέχετε 12 V για τα ηλεκτρονικά.

Στη συνέχεια, θα θέλουμε να δοκιμάσουμε τις ελάχιστες και μέγιστες στροφές που μπορεί να φιλοξενήσει το μοτέρ σας. Εάν έχετε τροφοδοτικό με επιλεγόμενη/ρυθμιζόμενη τάση, χρησιμοποιήστε το, αν όχι, δημιουργήστε το κύκλωμα PWM που εμφανίζεται στο κύκλωμα ελέγχου περαιτέρω (ή το πλήρες κύκλωμα ελέγχου).

Βήμα 2: Δοκιμή ταχύτητας

Ένα οπτικό στροφόμετρο είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για να ελέγξετε την ταχύτητα ενός κινητήρα εάν μπορείτε να το πιάσετε, εδώ παρουσιάζω μια εναλλακτική μέθοδο.

Μέρος Α

1. Προετοιμάστε έναν υπολογιστή για εγγραφή ήχου με το "Audacity" που είναι ένας δωρεάν επεξεργαστής ήχου.

2. Τυλίξτε ταινία γύρω από τον άξονα του κινητήρα σας (η ηλεκτρική ή η ταινία κάλυψης θα λειτουργήσει καλά).

3. Ρυθμίστε τον κινητήρα στη χαμηλότερη ταχύτητα που μπορεί να διαχειριστεί.

4. Ξεκινήστε την εγγραφή ήχου.

5. Σύμφωνα με το βίντεο για αυτήν την ενότητα, φέρτε μια μεταλλική καρφίτσα, καρφί ή συνδετήρα ελαφρά σε επαφή με την ταινία για μερικά δευτερόλεπτα.

6. Διακόψτε την εγγραφή.

7. Επαναλάβετε για τη μέγιστη ταχύτητα.

8. Δείτε τον ήχο και επεξεργαστείτε το RPM.

Όταν ερχόμαστε σε επαφή με την ταινία με τον μεταλλικό πείρο, θέλουμε να μην την αγγίζει. Όσο πιο κοντά φέρνετε τον πείρο στον άξονα του κινητήρα τόσο περισσότερο πρέπει να λυγίσει η ταινία για να την περάσει και τόσο περισσότερο επιβραδύνουμε ή παίρνουμε ορμή από τον κινητήρα. Εάν η επαφή μεταξύ της ταινίας και του μεταλλικού πείρου είναι πολύ ελαφριά, ενδέχεται να μην έχουμε αρκετή ένταση στην ηχογράφηση για να μας πει πότε πραγματοποιείται η επαφή. Για να υπολογίσετε το RPM από τον ήχο στο Audacity (δείτε την εικόνα στο επάνω μέρος)

Μέρος Β

1. Μεγεθύνετε τον ήχο έως ότου μπορείτε να δείτε ξεχωριστές αιχμές του τόπου επαφής του πείρου.

2. Αριστερό κλικ σε μια κορυφή και κρατήστε πατημένο, μετακινώντας το ποντίκι έτσι ώστε η επιλεγμένη περιοχή να καλύπτει τουλάχιστον 5 κορυφές.

3. Μετρήστε τον αριθμό των κορυφών.

4. Χρησιμοποιήστε την ένδειξη ώρας "Έναρξη και Τέλος ενότητας" στο κάτω μέρος του παραθύρου για να λάβετε το χρόνο που χρειάστηκε για να συμβούν αυτές οι αιχμές/περιστροφές.

5. (αριθμός κορυφών)/(χρόνος σε δευτερόλεπτα) = περιστροφές ανά δευτερόλεπτο

6. RPM = (περιστροφές ανά δευτερόλεπτο)*60

Είναι σημαντικό να βεβαιωθείτε ότι ο κινητήρας σας μπορεί να λειτουργήσει στις ταχύτητες που χρειάζεστε πριν κατασκευάσετε το περίβλημα για αυτόν τον κινητήρα. Θα επαναλάβουμε τη δοκιμή ταχύτητας στο τέλος για βαθμονόμηση παραλείποντας αργότερα το βήμα 7 του μέρους Α και αντικαθιστώντας το βήμα 3 με οποιαδήποτε ταχύτητα δοκιμάζουμε.

Βήμα 3: Δείγμα τσοκ

Το πιο σημαντικό μέρος αυτής της κατασκευής είναι το τσοκ δείγματος. Για το τσοκ αλουμινίου, ένας φίλος μου (ο Gerry) το γύρισε σε έναν τόρνο, στη συνέχεια χτύπησε ένα νήμα για να χωρέσει στο συγκεκριμένο μοτέρ μου (αυτοκρατορικό νήμα στη θήκη μου). Για έναν κινητήρα με βιδωτό σπείρωμα στον άξονα, η τοποθέτηση του τσοκ απλώς το βιδώνει μόλις γίνει (σύνδεσμος). Αυτό το βρίσκω ευκολότερο αν και είναι πιο πιθανό να υπάρξει μια πρόοδος που έχει τοποθετηθεί το τσοκ. Εάν χρησιμοποιείτε κινητήρα με ομαλό άξονα, δεν θα έχετε προβλήματα με το "παιχνίδι" στο νήμα. Η πρόκληση εδώ είναι ότι ο άξονας είτε θα πρέπει να κολληθεί είτε ακόμα καλύτερα να έχει μια βίδα για να τον σφίξει στον άξονα.

Εάν έχετε πρόσβαση σε ένα μεταλλικό τόρνο και σε κάποιον ειδικευμένο να τον χρησιμοποιήσει, τότε είναι καλύτερο να γυρίσετε το τσοκ. Εάν το μοτέρ σας έχει νήμα, πατήστε ένα νήμα στο κέντρο του τσοκ. Για έναν κινητήρα με ομαλό άξονα θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε κάτι σαν βίδα για να πιέσετε την πλευρά του άξονα και να τον κρατήσετε στη θέση του.

Μια εναλλακτική λύση που φαίνεται στις παραπάνω εικόνες είναι να πάρετε ένα πριόνι τρύπας και να κόψετε έναν δίσκο χρησιμοποιώντας μια πρέσα τρυπανιών. Μετά από αυτό, χρησιμοποιήστε ένα πάτημα για να πατήσετε ένα νήμα στο κέντρο. Εάν έχετε μαλακό υλικό, μπορείτε να το αφαιρέσετε χρησιμοποιώντας ένα μαχαίρι, για ένα σκληρότερο υλικό ένα αρχείο θα ήταν κατάλληλο. Η κορυφή της τρύπας μπορεί στη συνέχεια να γεμίσει με εποξική ή μια τομή από ένα μεταλλικό φύλλο μπορεί να εποξειδωθεί στην επιφάνεια.

ΑΣΦΑΛΕΙΑ: Δεν συνιστάται η χρήση κόλλας/εποξειδικής στο τσοκ αφού αν η κόλλα αποτύχει … πού πηγαίνει το τσοκ. Το τσοκ θα περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα κατά τη χρήση, κάνοντας το τσοκ από μια λεπτή πλάκα μετάλλου να το μετατρέψει σε δίσκο κοπής. Συνιστώ τη χρήση υλικού πάχους τουλάχιστον 5 mm.

Βήμα 4: Κατασκευάστε τη βάση του κινητήρα - βάση και ελατήρια

Η βάση του κινητήρα πρέπει να εξυπηρετεί 2 σκοπούς, να διατηρεί τον κινητήρα στη θέση του και να μειώνει τους κραδασμούς. Η βάση που θα κάνετε θα είναι συγκεκριμένη για τον κινητήρα σας. Θα περιγράψω τι έχω κάνει για να σας δώσω μια ιδέα για το πώς να φτιάξετε τη δική σας. Ορισμένοι κινητήρες έχουν εξαερισμό στο πλάι, οπότε να γνωρίζετε πού βρίσκεται αυτό και να το διατηρείτε καθαρό για ψύξη.

Βάση και ελατήριαΒρείτε μια βαριά βάση αρκετά μεγάλη για το έργο. Βρήκα ένα τμήμα σκυροδέματος κατάλληλου πάχους και το έκοψα σε μέγεθος χρησιμοποιώντας μια λεπίδα γωνίας διαμαντιού γωνίας. Σκυρόδεμα ή μια παχιά μεταλλική πλάκα πρέπει να λειτουργούν εξίσου καλά. Αν μπορείτε, δοκιμάστε να βρείτε κάτι που δεν χρειάζεται να κοπεί.

Οι πέτρες από σκυρόδεμα καθιστούν δύσκολη τη διάτρηση και μερικές φορές σημαίνει ότι οι τρύπες θα παρασυρθούν στο πλάι. Έτσι, άνοιξα τρύπες στη βάση για ράβδο με σπείρωμα πριν σημειώσω τις τρύπες στο περίβλημα του κινητήρα (αν έχετε πιο κατάλληλο υλικό, η παραγγελία δεν θα έχει σημασία).

1. Τρυπήστε τις οπές για τη ράβδο με σπείρωμα με ένα τρυπάνι τοιχοποιίας τη διάμετρο της ράβδου με σπείρωμα.

2. Χρησιμοποιήστε ένα πολύ μεγαλύτερο τρυπάνι τοιχοποιίας για να βυθίσετε το άκρο της ράβδου με σπείρωμα, το πλυντήριο και το παξιμάδι που θα βρίσκονται κάτω από τη βάση.

3. Σημειώστε τις τρύπες στο ξύλινο κουτί του κινητήρα για ράβδο με σπείρωμα ή σε ένα κομμάτι χαρτί για να το χρησιμοποιήσετε αργότερα ως πρότυπο.

4. Κόψτε τη ράβδο με σπείρωμα σε μήκος, τοποθετήστε την άκρη κοπής και ελέγξτε ότι το νήμα είναι ακόμα καλό. Τοποθετώντας ένα παξιμάδι στη ράβδο πριν το κόψετε. Όταν αφαιρεθεί αυτό, μπορείτε να διορθώσετε/να ευθυγραμμίσετε το νήμα, εάν δεν είναι πολύ χαλασμένο στη συνέχεια.

5. Τοποθετήστε τις ράβδους μέσα από το σκυρόδεμα ακολουθούμενο από ένα πλυντήριο και παξιμάδι σε κάθε πλευρά.

6α Εάν καταφέρατε να βρείτε ελατήρια αρκετά μακριά και σκληρά για να στηρίξουν τον κινητήρα και το περίβλημα, μπορείτε να τα τοποθετήσετε ακολουθούμενα από ένα παχύ πλυντήριο. Χρειάζεται μια παχιά ροδέλα αφού μια λεπτή ροδέλα μπορεί να πιαστεί στο νήμα. Μπορείτε να φτιάξετε τις δικές σας ροδέλες τρυπώντας μια τρύπα μέσα από ένα κατάλληλο μεταλλικό κομμάτι και τελειώνοντας την τρύπα με ένα αρχείο.

6β Εάν προτιμάτε να μην χρησιμοποιείτε ελατήρια μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα παξιμάδι και ένα πλυντήριο, το μειονέκτημα είναι ότι αυτό δεν θα χρησιμεύσει για να μειώσει τους κραδασμούς του κινητήρα.

Βήμα 5: Κατασκευάστε τη βάση του κινητήρα - Στέγαση κινητήρα

Το περίβλημα του κινητήρα ήταν σαν σφιγκτήρας, κομμάτια πεύκου ήταν αρθρωμένα μαζί με μια κοιλότητα στο κέντρο και ένα παξιμάδι και μπουλόνι για να το στερεώσουν στερεό. Το ξύλο που χρησιμοποιήθηκε για το περίβλημα μου ήταν κομμένο από δοκό με διατομή 38x228 mm.

1. Υπολογίστε το μέγεθος του ξύλου που χρειάζεστε για τον κινητήρα σας και σημειώστε το το κομμάτι όπως στο (α) της παραπάνω φωτογραφίας.

2. Σημειώστε μια τρύπα όχι μικρότερη από τη διάμετρο του κινητήρα σας, χρειαζόμαστε λίγο χώρο για την ελαστική ταινία που θα βρίσκεται μεταξύ του κινητήρα και του περιβλήματος. Το συγκρότημα είναι συγχωρητικό για το μέγεθος της οπής λόγω της τοποθέτησης με σφιγκτήρα (μεντεσέ και μπουλόνι).

3. Τρυπήστε μια πιλοτική τρύπα και στη συνέχεια ανοίξτε την τρύπα χρησιμοποιώντας ένα πριόνι οπής. Το πριόνι τρύπας που χρησιμοποίησα ήταν μόνο κοψίματα βάθους περίπου 22 mm, οπότε τρυπούσα στη μέση από κάθε πλευρά.

4. Σημειώστε και ανοίξτε τις οπές για τη ράβδο με σπείρωμα που θα στηρίξει το περίβλημα του κινητήρα. Αυτά πρέπει να έχουν πάχος τουλάχιστον 1 mm από τη ράβδο με σπείρωμα για να επιτρέπουν την ελεύθερη κίνηση.

5. Βιδώστε τον μεντεσέ σύμφωνα με το (β) στην παραπάνω φωτογραφία και, στη συνέχεια, αφαιρέστε τον. Αυτό είναι για να κάνετε τις τρύπες.

6. Κόψτε το σχήμα όπως στο (β) της παραπάνω φωτογραφίας, χρησιμοποίησα πλάτη.

7. Το σχήμα μας επιτρέπει να έχουμε το μπουλόνι απέναντι από τον μεντεσέ. Τρυπήστε την τρύπα για το μπουλόνι όπως φαίνεται στο (γ) της παραπάνω φωτογραφίας. Η τρύπα πρέπει να είναι περίπου 2 mm μεγαλύτερη από το μπουλόνι για να επιτρέπει εύκολο άνοιγμα και κλείσιμο του συγκροτήματος.

8. Κόψτε το κομμάτι κατά μήκος, όπως στο (δ) της παραπάνω φωτογραφίας και στη συνέχεια βιδώστε ξανά τον μεντεσέ.

9. Τυλίξτε τον κινητήρα με μια λαστιχένια λωρίδα και τοποθετήστε το στο περίβλημα, το ένθετο και σφίξτε ένα παξιμάδι, μπουλόνι και ροδέλα για να κρατήσετε το περίβλημα κλειστό, κάντε το σταθερό αλλά όχι υπερβολικά σφιχτό. Εάν ο κινητήρας σας έχει εξαερισμό στο πλάι, βεβαιωθείτε ότι δεν εμποδίζετε τη ροή του αέρα.

10. Τοποθετήστε το περίβλημα του κινητήρα στη βάση. Βεβαιωθείτε ότι τα ελατήρια είναι στη θέση τους με ένα πλυντήριο στην κορυφή. Τοποθετήστε ένα πλυντήριο και παξιμάδι στις 3 ράβδους με σπείρωμα για να συγκρατήσετε τον κινητήρα. Ένα επιπλέον λαστιχένιο μαξιλάρι μπορεί να τοποθετηθεί μεταξύ του περιβλήματος του μοτέρ και του πλυντηρίου από πάνω για να μειώσει καλύτερα τους κραδασμούς.

11. Σφίξτε τα 3 παξιμάδια χρησιμοποιώντας ένα αλφάδι για καθοδήγηση.

Βήμα 6: Κατασκευάστε το θάλαμο μοτέρ - θάλαμο

Για να φτιάξω τον θάλαμο χρησιμοποίησα μια διαφανή μπανιέρα γιαουρτιού και χοντρό πλαστικό φύλλο.

1. Χρησιμοποιήστε ένα μαχαίρι για να κόψετε ένα σχήμα στη βάση του δοχείου από το οποίο μπορείτε να περάσετε το τσοκ (για ένα τσοκ που δεν πρόκειται να αφαιρεθεί για καθαρισμό). Έκοψα μια διαγώνιο στη βάση του δοχείου επιτρέποντας περισσότερο χώρο για να ελιχθεί το δοχείο να χωρέσει πάνω από το τσοκ χωρίς να μεγαλώσω την τρύπα στο κέντρο.

2. Στερεώστε το δοχείο στη θέση του με λίγη ταινία στο εξωτερικό του δοχείου. Προτιμώ αυτό από μια μόνιμη τοποθέτηση για ευκολότερο καθαρισμό.

3. Τοποθετήστε λίγη χαρτοπετσέτα στο κάτω μέρος του δοχείου για να απορροφήσει το υγρό κατά τη διάρκεια της επίστρωσης περιστροφής και, στη συνέχεια, καλύψτε τον θάλαμο με αλουμινόχαρτο. Χρησιμοποιήστε λίγη ταινία όπου χρειάζεται για να μην αγγίξετε τον άξονα ή το τσοκ. Αυτό το "ντύσιμο" πρέπει να αλλάζεται περιοδικά. Το αλουμινόχαρτο πιάνει το μεγαλύτερο μέρος του υγρού και η χαρτοπετσέτα απορροφά το μεγαλύτερο μέρος αυτού που ξεπερνά το αλουμινόχαρτο.

Μπόνους: Αφού χρησιμοποίησα τη μέθοδο ταινίας διπλής όψης για τη στερέωση δειγμάτων, πήρα μια υπόδειξη από την Ossila (Έχουν ποιοτικό εργαστηριακό εξοπλισμό) και έκοψα μια παλιά πιστωτική κάρτα για να κάνω μια βάση χωρίς κενό/χωρίς ταινία για τα δείγματά μου.

Βήμα 7: Δημιουργία του κυκλώματος ελέγχου

Κοιτάζοντας τις παραπάνω εικόνες θα δείτε ένα καθαρό διάγραμμα κυκλώματος και μια εφαρμογή σανίδας ψωμιού. Χρησιμοποίησα ξεχωριστά τροφοδοτικά 12V 500mA για τον κινητήρα και το κύκλωμα ελέγχου, καθώς ο κινητήρας έχει βαθμολογία 500mA, κατά κανόνα, είναι καλύτερο να έχετε 20% επιπλέον χωρητικότητα στο τροφοδοτικό σας. Εάν έχετε τροφοδοτικό που μπορεί να παρέχει επαρκές ρεύμα και για τα δύο, είναι υπέροχο.

Αντί για βήμα-βήμα πώς, ας δούμε τι κάνει κάθε ενότητα.

Το κύκλωμα ελέγχου χρόνου ενεργοποιεί και απενεργοποιεί την περιστρεφόμενη επένδυση και ελέγχει σε ποια από τις 2 βαθμίδες/καταστάσεις βρίσκεται το κύκλωμα PWM και πότε πρέπει να αλλάξει.

Αυτό γίνεται τροφοδοτώντας 2 ρελέ μέσω τρανζίστορ MOSFET. Ένα ρελέ SPST χειρίζεται και απενεργοποιείται και ένα ρελέ DPDT ελέγχει ποια από τις δύο γλάστρες ρυθμίζει τον κύκλο λειτουργίας του κυκλώματος PWM.

Το κύκλωμα PWM είναι απλά ένας χρονοδιακόπτης NE555 σε σταθερή λειτουργία. Ο κύκλος λειτουργίας ελέγχεται από δοχεία, όπου ο λόγος της καθορισμένης αντίστασης προς την τιμή του δοχείου είναι ο κύκλος λειτουργίας (βλέπε "μπλοκ επιλογέα ταχύτητας" στο σχηματικό σχήμα).

Χρέωση:

Τα MOSFETS χρησιμοποιούνται αφού επιτρέπουν την εναλλαγή ρεύματος από αμελητέο ρεύμα μέσω του τερματικού πύλης τους. Αυτό μας επιτρέπει να αποθηκεύσουμε φόρτιση σε πυκνωτές για να τροφοδοτήσουμε τα MOSFETS τα οποία με τη σειρά τους οδηγούν τα ρελέ. Ένα στιγμιαίο κουμπί επαφής χρησιμοποιείται για τη φόρτιση των πυκνωτών. Οι δίοδοι χρησιμοποιούνται μεταξύ της στιγμιαίας επαφής και των πυκνωτών για να αποτρέψουν τη ροή ρεύματος από τον έναν πυκνωτή στον άλλο.

Απαλλάσσω:

Η αρχή ελέγχου του χρόνου των 2 σταδίων είναι η εκφόρτιση των πυκνωτών μέσω αντίστασης. Αυτή η αντίσταση καθορίζεται από τα δοχεία, όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση τόσο πιο αργή είναι η εκφόρτιση. Αυτό ακολουθεί ιδανικά τ = RC, όπου τ είναι περίοδος ή χρόνος, R είναι αντίσταση και C είναι χωρητικότητα.

Στο χρονικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται υπάρχουν 2 x 500K διπλά δοχεία, αυτό σημαίνει ότι για κάθε δοχείο υπάρχουν 2 σετ τερματικών. Το εκμεταλλευόμαστε καλωδιώνοντας το δεύτερο δοχείο σε σειρά με τον εαυτό του και σε σειρά με ένα από τα πρώτα τερματικά σύνολα δοχείων. Με αυτόν τον τρόπο, όταν τοποθετούμε αντίσταση στο πρώτο δοχείο, θα προσθέσει την αντίστοιχη αντίσταση στο δεύτερο. Το πρώτο δοχείο περιορίζεται σε 500K ενώ με τον τρόπο που συνδέεται το δεύτερο, θα έχει αντίσταση έως 1000K συν την αξία του πρώτου δοχείου. Για να συμπεριλάβω μια ελάχιστη αντίσταση πρόσθεσα επιπλέον μια αντίσταση σταθερής τιμής σε κάθε γραμμή σύμφωνα με το διάγραμμα κυκλώματος.

Βήμα 8: Βαθμονόμηση και δοκιμή

Αφού τελείωσα το spin coater προχώρησα στη δοκιμή του. Η εικόνα των παραπάνω δειγμάτων έχει ένα δείγμα (υβριδικό-περοβσκίτη) φτιαγμένο σε ένα ακριβό στρώμα περιστροφής στα αριστερά και το περιστρεφόμενο στρώμα που περιγράφεται σε αυτό το Οδηγίες στα δεξιά. Αυτά τα περιστρεφόμενα καλύμματα είχαν ρυθμιστεί στην ίδια ταχύτητα.

Το περιστρεφόμενο στρώμα μπορεί να βαθμονομηθεί είτε με βάση την τάση είτε με τη θέση των δοχείων ταχύτητας. Αρχικά βαθμονόμησα χρησιμοποιώντας τάση ακολουθούμενη από σήμανση των ταχυτήτων/θέσεων που χρησιμοποιώ συχνότερα στα δοχεία.

Κατά τη βαθμονόμηση με τάση, δεν είμαι σίγουρος αν διαφορετικά πολύμετρα θα διαβάσουν το σήμα PWM με την ίδια τάση, γι 'αυτό χρησιμοποιώ πάντα το ίδιο πολύμετρο με το οποίο βαθμονόμησα, εάν χρειαστεί να ρυθμίσω το περιστρεφόμενο στρώμα σε ταχύτητα που δεν έχει σχετική βαθμολόγηση. Η τάση διαβάζεται στην έξοδο που τροφοδοτείται στον κινητήρα. Το πολύμετρο δεν ήταν συνδεδεμένο κατά τη μέτρηση της ταχύτητας για να αποφευχθεί η πιθανότητα του πολύμετρου να μειώσει το ρεύμα που παρέχεται στον κινητήρα.

1. Στην ενότητα σχετικά με τη δοκιμή ταχύτητας αναλύθηκε λεπτομερώς η διαδικασία δοκιμής ταχύτητας. Επαναλάβετε αυτήν τη διαδικασία σε διάφορες θέσεις στα δοχεία ελέγχου ταχύτητας, δοκιμάστε να συμπεριλάβετε τις ταχύτητες που σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε το περιστρεφόμενο στρώμα και τις ελάχιστες και μέγιστες ταχύτητες. Περίπου 5 μετρήσεις πρέπει να είναι αρκετές. Για κάθε ταχύτητα καταγράψτε τη θέση και/ή την τάση.

2. Τοποθετήστε τις ταχύτητες και τις τάσεις βαθμονόμησης στο Microsoft Excel και, στη συνέχεια, σχεδιάστε ένα γράφημα

3. Προσθέστε μια γραμμή τάσης στα δεδομένα σας. Χρησιμοποιήστε την πιο απλή προσαρμογή που θα εξηγήσει την τάση δεδομένων, ιδανικά ένα πολυώνυμο γραμμικής ή 2ης τάξης.

3α. Για να το κάνετε αυτό στο Excel, επιλέξτε το σχεδιάγραμμα, μεταβείτε στην καρτέλα διάταξης στην κορδέλα επιλογών

3β Κάντε κλικ στο εικονίδιο "Γραμμή τάσης".

3γ. Επιλέξτε "περισσότερες επιλογές γραμμής τάσης"

3d Επιλέξτε την επιλογή σας και σημειώστε "Εξίσωση εμφάνισης στο γράφημα" και "Εμφάνιση τιμής τετραγώνου R στο γράφημα"

Ας ελπίσουμε ότι έχετε μια καλή εφαρμογή, τώρα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση για να υπολογίσετε το RPM από την τάση που παρέχεται στον κινητήρα.

Αφού και ο αναγνώστης είναι πιθανώς επιστήμονας…

Τεχνική πιπέτας: Στο βίντεο χρησιμοποίησα τη μικρο-πιπέτα υπό γωνία, αυτό με βοήθησε να κρατήσω το χέρι μου μακριά από το βίντεο. Ιδανικά η πιπέτα πρέπει να είναι κάθετη και όσο πιο κοντά στο δείγμα/υπόστρωμα χωρίς να το αγγίζετε, όπως μπορείτε να επαναλάβετε αξιόπιστα.

Ποιότητα φιλμ: Ορισμένα από τα χαρακτηριστικά των εναποτιθέμενων λεπτών μεμβρανών στην εικόνα μπορούν να αποφευχθούν με φιλτράρισμα των προδρόμων διαλυμάτων πριν από τη χρήση (όπως η χρήση φίλτρου PTFE 33 um). Το πιο ανοιχτόχρωμο χρώμα μεμβράνης που φαίνεται από το "φανταχτερό" στρώμα περιστροφής μπορεί να είναι αποτέλεσμα του ρυθμού και της ατμόσφαιρας. Η "φανταχτερή" περιστρεφόμενη επίστρωση κατασκευάστηκε για να λειτουργεί μόνο με υψηλή ροή αδρανούς αερίου, καθώς τα φιλμ επικαλύφθηκαν με άζωτο στο "φανταχτερό" στρώμα περιστροφής και αέρας στο DIY spin coater.

Βήμα 9: Ευχαριστίες

Αυτή η σύντομη ενότητα δίνει το πλαίσιο για το πού σπουδάζω και τις ομάδες που υποστηρίζουν την έρευνά μου, η οποία επικεντρώνεται στα υβριδικά-περοβσκιτικά φωτοβολταϊκά.

• Πανεπιστήμιο του Witwatersrand, Νότια Αφρική
• Εθνικό Researchδρυμα Ερευνών (NRF), Νότια Αφρική
• GCRF-START. Ηνωμένο Βασίλειο
• Gerry (ο οποίος επεξεργάστηκε το τσοκ αλουμινίου spin coater)