Да си сглобим йонизатор на въздуха при цена под $10

Оригиналът е на Amaldev. Забележка: работи се с високо напрежение, което е опасно за живота! Вземете мерки за безопасна работа и не давайте прибора на децата

19
3165

Обмислям този проект от около две години и все не мога да намеря време. В него няма нищо сложно или прекалено технологично и всеки с по-сръчни ръце ще се справи без особени проблеми. Публикувах целия проект със свободен достъп и се вижда, че поръчката и закупуването на всички необходими компоненти и сглобяването на уреда струва под $10.

Предисторията

Аз живея в Мумбай, като прозорците ми гледат към натоварено и твърде прашно шосе. Още откакто се нанесох в тази сграда непрекъснато се боря с праха, който покрива всичко и ми омръзна от фините прахови частици. Всекидневното почистване отнема твърде много време, с каквото не разполагам и в крайна сметка реших да си купя фирмен пречиствател на въздуха, който да използвам в моята стая. А след това се замислих – а дали няма да мога самостоятелно да си направя нещо подобно? Разгледах редица материали из сайтовете и реших да си направя йонизатор. Знам че пречиствателят и йонизаторът са съвсем различни устройства, но за това ще стане дума по-долу. Тук ще говорим предимно за йонизатора.

Предварителните проучвания

Йонизаторът на въздуха е всъщност генератор на отрицателни йони, в които се използва високо напрежение за йонизация на въздушните молекули. Отрицателните йони или анионите са частици с един или няколко допълнителни електрона и техният общ заряд е отрицателен.

Идеята не е сложна: йонизаторът премахва фините прахови частици от въздуха, като им дава отрицателен заряд, след което те се притеглят от стените, пода или специален съд, които са по-положително заредени в сравнение с анионите. В крайна сметка тези прахови частици много по бързо се утаяват в поставените близо до уреда съд или направо на пода и по този начин въздухът се пречиства. Точно това искаме да постигнем – да премахнем праховите частици от въздуха, за да не ги дишаме.

Фабричен автомобилен йонизатор на въздъха

След 5 минути търсене в Google става ясно, че трябва да бъда сглобен уред с високо постоянно напрежение с отрицателна полярност. Досега не се бях занимавал с високи напрежения понеже знам, че това може да свърши много зле. Но видях, че подобна високоволтова система може да се направи с помощта на умножител на напрежение, което не е особено сложно.

Проектиране на електрониката

И така, необходим ни е умножител на напрежение, като най-опростеното решение е генераторът на Кокрофт-Уолтън. Той е измислен още през 1932 година и оттогава се използва в стотици най-различни устройства и се счита за много надеждно решение.

По принцип схемата на най-опростения умножител – удвоителя на напрежение се състои от два диода и два кондензатора. На входа се подава променлив ток с пиково напрежение Vp. Първото ниво от двата диода и двата кондензатора дава постоянен ток с пиково напрежение 2Vp. Ако добавим още едно подобно ниво ще получим 4Vp. Може би ще си помислите, че следващата стъпка ще даде 8Vp, но не – дава 6Vp.

Като добавяме подобни стъпки от диоди и кондензатори ще получаваме изходни напрежения от 2Vp, 4Vp, 6Vp, 8Vp, 10 Vp, 12Vp и така нататък спрямо входното. Разбира се, това е на теория – на практика има загуби и изходното напрежение няма да е толкова голямо, но за нашите цели не е необходима особена точност.

Да се върнем към нашата схема: трябва ни постоянен ток с високо напрежение около 6-7 киловолта. За опростяване на схемата реших на входа да подавам 230 V AC (такова е напрежението в индийската електрическа мрежа). Да предположим, че направим умножител на напрежение с 15 степени, като тогава на изхода ще получим DC напрежение 230 V x 2 x 15 – 6900 V (теоретично). Това е достатъчно за йонизация.

Бих могъл на входа да поставя трансформатор, който предварително да повиши напрежението и да се използва умножител с по-малко степени, но това би усложнило конструкцията. Ето защо се спрях на 15 степени и входен променлив ток с напрежение 230 V.

Вече е време да подберем компонентите. Схемата е съвсем опростена – по два кондензатора и два диода на всяка стъпка. Но какви да бъдат техните параметри и мощност?

Да вникнем малко повече в принципа на работа на тази класическа схема. Можем да забележим, че при всяка отделна стъпка напрежението на диода и кондензатора не превишава 2Vp. Тоест, напрежението върху тях не превишава 2Vp и не е необходимо да се купуват скъпи високоволтови диоди и кондензатори. И тъй като на входа имаме 230 V, подходящ е всеки кондензатор с работно напрежение над 500 V. В нашия случай капацитетът не играе особена роля, понеже на изхода на практика няма товар. Ето защо се спрях на кондензатори с капацитет 0,1 µF и напрежение до 630 V. Избрах повърхностен монтаж, понеже по този начин се получават малки и удобни устройства. Избрах диодите 1N4007, които могат да работят при напрежение 1000 V. И така, основното е готово.

Разработване на печатната платка

Ще включваме устройството в контакти и на изхода ще ни е нужен резистор с достатъчно голямо съпротивление, за да не протича опасен ток през човешкото тяло, ако се докосне изхода на умножителя. Искам и да намаля до минимум консумацията на ток и да няма почти никаква консумация. Избрах два резистора по 10 MΩ (0,25 W, точност 1%, корпус 1026) с които протичащият ток ще бъде в границите на микроампери.

Компонентите закупих от магазина LCSC.com. Там е по-евтино от Digikey и Mouser. Търсенето в каталозите ми показа, че за тези параметри е най-подходящ резисторът 1206W4F1005T5E.

Бих искал да сложа и светодиод, който да свети когато устройството е включено, токът на който трябва да бъде малък Използвах светодиод, който дава много добра светлина при ток от 2 mA. За ограничение на тока използвах два резистора със съпротивление по 51 kΩ (230 V / 2 mA двата образуват 115 kΩ). Тези два резистора ще разсейват доста топлина (P=I2R: (2 mA)2 х 51 kΩ дава 0,2 W). Ето защо избрах два резистора със съпротивление 51 kΩ/0,5 W. В магазина LCSC това е резисторът  CR1210J51K0P05Z.

Време е да помислим какво да поставим на изхода. След като разглобих няколко стари йонизатора видях, че за по-добра йонизация на изхода трябва да се използва нещо остро. Избрах игли за шевна машина, които запоих на голямата контактна площада, намираща се на изхода. Купих от местния пазар комплект от тези игли при цена 30 рупии ($0,4).

Да пристъпим към платката. За тази цел аз използвам Eagle. Ето каква е схемата:

Платката има две клеми за запояване на кабела за променливия ток, следват 15-те степени на умножителя, високоомните резистори за ограничаване на тока, голямата медна площадка върху текстолита на изхода и схемата на захранване на светодиода. Всичките компоненти ми струваха $7,8, като най-скъпи се оказаха кондензаторите.

Реших да разположа всички компоненти по дължина. В ъглите направих отвори за закрепване на платката в някакъв корпус с помощта на пластмасови винтове М3, Размерите на самата печатна платка са 145х40 мм. Отляво е входът, а отдясно – мястото за запояване на иглите. Убедете се, че е отбелязано как да бъдат обърнати диодите.

А сега чертаем платката с Gerber формат и я изпращаме на някой производител. Аз работя с JLCPCB, който прави много евтини печатни платки. В моя случай, една от десетте от тези платки ми струваше $0,8 (без доставката).

Ако искате да махнете моето име, датата и името на платката, коригирайте файловете Eagle Board. Новата платка изглежда много добре. Тя може да бъде импортирана във Fusion 360 и ще се получи нещо доста красиво:

Комбинирах доставката на компонентите заедно с печатните платки, понеже така правят отстъпка. Всичко ми струваше $9, а поръчката бе изпълнена за една седмица.

Сглобяване и проверка

На изображението по-долу се вижда каква печатна платка направи JLCPCB. Взех модела ENIG-RoHS, понеже е по-красив, въпреки че версията HASL излиза по-евтино.

Запояването на всички компоненти ми отне около един час. Купих от местния магазин кабел за контакта.

Силно се препоръчва поставянето на защитен панел върху компонентите, понеже те работят при опасно високо напрежение. Използвах плексиглас с дебелина 3 мм, който закрепих с пластмасови М3 винтове с дължина 5 мм. Направих и пластмасови крачета с дължина 20 мм.

Запоих седем шевни игли към изхода на устройството. Считам, че колкото повече игли, толкова по-добре. Разликата в тяхната дължина няма значение.

При включване на устройството към контакта светодиодът трябва да светне и устройството да започне да работи.

Ако доближите ръката си до иглите (не ги докосвайте!) ще усетите движението на хладен въздух. Това са отрицателните йони, образуващи се при върховете на иглите.

За да видя реално как работи новия йонизатор, подготвих прозрачна кана, която запълних с дим и сложих вътре устройството с иглите надолу. След включването на йонизатора фините прахови частици много бързо се утаиха на дъното. Ето и видеото:

Вижда се, че димът съвсем бързо се разсейва, а частиците веднага се утаяват. Изглежда сякаш има някакъв вятър, но това е движението на анионите, които се образуват при върховете на иглите и които бързо раздвижват въздуха в каната.

След като се убедих, че йонизаторът работи, закачих го близо до прозореца и го оставих включен. Под и върху устройството започна да се натрупва прах, който лесно се изчиства. Ако поставя два или три подобни йонизатора, мисля че ще дишам наистина чист въздух.

Консумацията

Йонизаторът консумира нищожно малко електрическа енергия. Най-много консумира светодиодът – около 2 mA. Тоест за една година устройството ще изхарчи 230 V х 2 mA х 24 часа х 365 дни = 4 киловатчаса. Това струва 4 рупии ($0,05) годишно, което не е много. Но светодиодът може да се махне от схемата и тогава консумацията на електрическа енергия намалява 1000 пъти и не може да се засече от електромера.

Безопасността

След излизането на тази статия, започнах да получавам писма, че приборът може би генерира и озон. Но схемата на генератора на озон е друга, а и се изисква много по-високо напрежение на изхода. Лично аз никакъв озон не съм усетил или той е толкова малко, че няма как да се засече.

Относно йонизаторите и пречиствателите на въздуха мога да кажа, че йонизаторът няма как да бъде замяна на филтрите HEPA, които се поставят в пречиствателите. Йонизаторите само помагат праха от въздуха да се събере на едно място, откъдето лесно може да се изчисти – например с прахосмукачка от пода. Пречиствателите улавят фините прахови частици от въздуха, които след това остават във филтрите.

Внимавайте с използването на йонизатора, понеже той има високо променливо напрежение на входа и високо постоянно напрежение на изхода. Не го давайте на деца!

19
ДОБАВИ КОМЕНТАР

avatar
4 Коментари
15 Отговори на коментарите
0 Последователи
 
Коментарът с най-много реакции
Най-горещият коментар
  Абонирай се  
нови стари оценка
Извести ме за
Анийон
Анийон

Такива йонизатори се продаваха още при соца, а въздуха изобщо не беше толкова замърсен. Е, не бяха на SMD монтаж, но пак вършеха работа. След 40 години някои хора откриват хладката вода, за кой ли път.

Кольо
Кольо

Точно! Схемите ги имаше в списание ‘Млад конструктор’ ли как беше ….

Притрябвал ми е озонатор иначе, по цял ден дишам в цеха 3 робота заваряват нон стоп и Озон колкото щеш….на моменти не се търпи даже…

Чип за зеле
Чип за зеле

Списание „Млад конструктор“ ми беше любимото! Наистина, в много от схемите имаше грешки, но именно от тях задобрях и станах добър конструктор. Така разбрах, че човек може да се учи не само от своите, но и от чуждите грешки. Затова и днес не се сърдя на грешките в статиите. Приемам ги като възможност да науча нещо ново.

Тахтун
Тахтун

Такива йонизатори се правят от поне 50 години, но те имат и някои отрицателни страни – „т.н.електронен вятър се постига с коронен разряд (високо напрежение) и поставят човека при вредно противоестествено поле, а и предизвикват образуването на озон и азотни окиси, които са вредни. Животът на йоните е кратък – 2-5 сек. и не може да се осъществи равномерна йонизация на цялото помещение“. Това е цитат от акад.Микулин, който е патентовал усъвършенстван прибор, в който се разпръскват йонизирани водни капчици.

Надблюдател
Надблюдател

Така е но ако се замисли човек може просто да си направиш една дупка през която един вентилатор да проветрява помещението докато те няма после слагаш тапата и спираш каскадата да не прави озон. Но може просто да си сложиш един филтър тойто да чистиш и вентилатор – а и на студа зимата малко да се проветрява докато те няма не е оферта я се замръзнат или спукат тръби на водопровод я по зле наводнение. Но реално такива филтри има на некои ТЕЦове – но не и наще тука сме изостанали тук е по ефтино да се плащат глоби и… Виж още »

Technical
Technical

Озонът наистина е абсолютна отрова не само за бацилите, но и за човека. Не бих използвал такова нещо за въздух, а за водни съдове. Въздухът в една стая е добре да се пречиства с UV-лампа както правят в някои болници. UV-радиацията убива дори вирусите, затова няма грипни епидемии през лятото.

Заварчик
Заварчик

Ти да не избяга от Китай.Сигурно само там не знаят за твоя пословичен гений за бацилоунищожение с лампи.

Das Kapital
Das Kapital

Затова си заварчик, а не лекар. Не се обаждай като не разбираш. Слънцето е най-добрият естествен унищожител на бактерии, вируси, мухъл и други.

Заварчик
Заварчик

‘ Слънцето е най-добрият естествен унищожител на бактерии, вируси, мухъл и други’.
Ам анджак де …Тръгнало да ме учи за Слънцето,па то не може да напраи разлика м/у Слънце и лампа.А е тръгнало да учи и да се обажда Споро бацилна що ми е да съм лекар .Аз работя с метали и правя по 4500 еврo на месец.Каквото направя то ме надживява.Лекарите ви знаем що за бавноразвиваща стока сте. Каквото барнете-плоча му секат.

Слабоумен
Слабоумен

Може и да правиш 4500 евро на месец ама колко ти дават на теб? 😉

Заварчик
Заварчик

“’Лично аз никакъв озон не съм усетил“’приведе академично издържано твърдение за доказателство главният Ахмак писал статията “’Да си сглобим йонизатор на въздуха“’.А аз лично обичам мириса на изгорялата стомана .Обичам и да дишам и да се разхождам навън веднага след дъжд наситен с истински йони въздух. Йоните не идват ли директно от водни ари молекули вода пиши го пълен боклук тоя йонизатор. Най малкото ще ти съсипе здравословната атмосфера и среда вкъщи и че получиш някоя болест. Чиста работа заварявай отвънка в дъжда. Дишаш йони , изгоряла карбонова стомана и имаш поле 25 метра Аура пред теб зад теб под… Виж още »

Das Kapital
Das Kapital

През социализма не ви ли учиха на четно и писмо? Къде е прехвалената ви учебна система след като сте толкова неграмотни?

Чип за зеле
Чип за зеле

Няма по-голям почитател от мен на „Do it yourself“, а и от токове не ме е страх, но дори и аз изпитвам съмнения в ползата от такова устройство. Умножителят на напрежение не е нещо непознато, но авторите все пак трябваше да дадат схема.

Тахтун
Тахтун

Ако наистина те интересува схемата, пиши!

Чип за зеле
Чип за зеле

Всъщност, не ме интересува толкова много. Казах го, защото без схема статията не е пълна. Ако реша да правя такова устройство, мисля че сам ще си проектирам схема. Но все пак ти благодаря за предложението.

Чип за зеле
Чип за зеле

Вярно, има схема. Малко е миниятюрна и на черен фон, затова явно съм я пропуснал. Дължа извинение на редакторите.

Надблюдател
Надблюдател

Е то и да нямаше схема интернет има и гугъл има – странно защо само за чатене и спорене се ползвяа тоз интернет!. Ми кат нямаше калдата и чатове и форуми и… ко имаше имаше сайтове с информация и търсачки що тез неща убягват на чатерите незнам.

Надблюдател
Надблюдател

Точно тез игли са запоени с припой – ама меко казано некадърно и не разбрах що е нуждно да са стоманени игли щото нямаше да стане с просто парче проводник медна жица – която представи си се запоява а не е като тез студени спойки да разнясяме индийците като смотани с поялника – то само с таз некадърност не са станали известни. То не беше трагичният им английски, то не беше „великите им програмистки умения“ че и спойка немогат да правят 🙂 . Да не говорим за интелекта да запояваш стомана с никелово покритие вместо меден проводник.