Гидроионизатор

Целебные свойства воздуха лесов, гор, альпийских лугов, моря человечеству известно давно. Еще древнегреческий врач Гиппократ заметил, что горный и морской воздух действуют на человека благо творно, исцеляя от многих болез ней. Природу благоприятного воздействия такого воздуха открыли ученые ИЭльстер и Г.Гейтель. Они установили, что целебными свойствами обладают ионы газов воздуха - аэроионы, как их позднее назвал А.Чижевский. Ионизация воздуха происходит под влиянием радиоактивного излучения почвы и воды, ультрафиолетового излучения Солнца, космических лучей, электрических разрядов в атмосфере (молний, разрядов на вершинах гор, иглах хвойных деревьев и т.д.), а также при дроблении воды и ее распылении при шторме, дожде, у водопадов.

Аэроионы имеют отрицательный или положительный заряд. Отрицательные азроионы представлены кислородом, который легко захватывает извне свободные электроны, положительные аэроионы - углекислым газом и азотом, если они лишаются одного из электронов. Отрицательные и положительные аэроионы действуют на организм человека и животных неодинаково.
Чижевский в своих опытах выяснил, что отрицательные аэроионы продлевают жизнь, а положительные, наоборот, ее сокращают. Но еще пагубнее влиял на животных воздух, лишенный всех аэроионов.
Воздух с избытком аэроионов кислорода стабилизирует артериальное давление, делает дыхание более глубоким, повышает аппетит и улучшает пищеварение. Аэроионы влияют на физико-химические свойства крови: скорость оседания эритроцитов, концентрацию сахара и холестерина.
В хвойном лесу в солнечный день количество аэроионов достигает 10 тыс. в 1 см3 воздуха, в горах - до 20 тыс., у водопадов - до 100 тыс. Построив дома, человек практически лишил себя возможности дышать ионизированным воздухом. В жилом помещении количество отрицательных аэроионов не превышает 100... 200 в 1 см3. В служебных помещениях в конце рабочего дня количество отрицательных аэроионов падает до 25. .50 в 1 см3. Отрицательные аэроионы практически отсутствуют вблизи телевизоров, мониторов, оргтехники, в помещениях с кондиционерами и приточной вентиляцией. В таких помещениях в основном присутствуют положительные аэроионы, оказывающие на чело-века негативное влияние.
Практически во всех типах ионизаторов используется эффлю-виальный способ ионизации воздуха. Он заключается в следующем. Если на острие иглы подать высокое напряжение ("минус" на иглу, а "плюс" - на землю), то с острия будут "стекать" электроны ("эффлю-вий" - по-гречески "истечение"). Движущиеся электроны на своем пути "прилипают" к молекулам кислорода, образуя отрицательные аэроионы.
Чижевский выработал ряд требований к ионизаторам воздуха: особо важно, чтобы ионизатор не вырабатывал озона и азотистых соединений, так как озон и диоксиды азота являются сильными окислителями.
Радиолюбители конструируют "Люстры Чижевского", в которых используется эффлювиальный способ ионизации. Но любительские конструкции сильно отличаются от той конструкции, которую предложил Чижевский. В них либо низка эффективность аэроионизатора, либо они вырабатывают озон и окислы азота. Так, большинство конструкций представляет собой высоковольтный блок на основе доработанного выходного строчного трансформатора телевизионного приемника с последующим умножением напряжения. Такие конструкции хорошо выполняют функции очистки воздуха от пыли, но как аэроионизаторы малоэффективны, поскольку необходимая для человека концентрация аэроионов создается в них на малом расстоянии. Приборов для измерения количества аэроионов в куб.см у радиолюбителей нет. Но существуют конструкции, позволяющие генерировать отрицательные аэроионы без применения высоковольтного напря жения. за счет баллоэффекта (рас пыления воды). Это так называемые гидроионизаторы. Существуют механические и электронные гидроионизаторы. Эффект от применения механических гидроионизаторов описывался в журнале "Физкультура и спорт" в середине 70-х годов прошлого столетия. Конструкция самого же устройства в журнале не приводилась.
В статье предлагается схема электронного генератора мелкодисперсной водяной "пыли". За основу взята схема, приведенная в [1], но предлагаемая схема проще и на более доступной элементной базе. Распыление воды производится с помощью вогнутой пьезо-керамической пластины, колеблющейся с ультразвуковой частотой.

Рис.1

Схема
Электрическая схема генератора ультразвуковых колебаний приведена на рис. 1. На элементах DD1.1...DD1.3 собран генератор прямоугольных импульсов, частотой 1.8...2,0 МГц. Элемент DD1.4 буферный. С выхода этого элемента импульсы поступают на форми рователь длительности импульсов R3, R4, С4 и DD1.5, DD1.6. Применение микросхемы IN74AC04. выполненной по современной КМОП технологии, позволило получить более крутые фронты импульсов, малый ток потребления, небольшие номиналы частотно-задающих элементов по сравнению с генерато ром, выполненном на микросхеме К155ЛН1 Изменяя сопротивление резистора R4, можно менять длительность импульсов, а это ведет к изменению мощности, подаваемой на пьезоэлемент и. следовательно, количества генерируемых отрицательных аэроионов. В виду того, что для быстрого открытия и закрытия мощного MOSFET транзистора на такой частоте необходимы значительные токи для перезарядки входной емкости транзистора, применен импульсный усилитель на DA3. Кроме того, выходной уровень напряжений с элементов DD1.5, DD1.6 недостаточен для открытия мощного полевого транзистора, так как пороговое напряжение составляет 4,0.-4,5 В. Микросхема DA3 состоит из р-канального и п-каналь-ного полевых транзисторов При низком логическом уровне на выходе DD1.5, DD1.6 открывается р-ка-нальный транзистор DA3. При этом на затвор VT1 через резистор R7 подается +12 В, и MOSFET транзистор открывается. При высоком логическом уровне на выходе DD1 5, DD1.6 открывается п-канальный транзистор DA3. При этом затвор VT1 через резистор R7 соединяется с общей шиной, и MOSFET транзистор закрывается. При закрытом транзисторе VT1, от источника +48 В через индуктивность L1 заряжается статическая емкость пьезоэле-мента BQl. При открытом транзисторе статическая емкость разряжается. При этом пьезоэлемент испытывает механическую деформацию. Колебания пьезокерамической пластины с ультразвуковой частотой создают в жидкости продольные волны. При расположении пьезоэ-лемента на дне емкости и заполнении ее водой на уровень, равный фокусному расстоянию вогнутой пьезокерамической пластины, с по верхности воды будет подниматься небольшой фонтан. Он обычно сопровождается туманом - мелкодисперсными каплями воды. Эти капли являются носителями отрица тельных аэроионов. При добавлении в воду растворимых ароматических веществ дополнительно получается эффект ароматерапии.

Конструкция
В конструкции (рис. 2) использован излучатель вогнутой формы диаметром 30 мм и фокусом 70 мм из пьезокерамики ЦТС на частоту 1,8...2,0 МГц. В корпус из латуни 1 вклеен с помощью токопроводящего клея пьезоэлемент 2. Снизу он дополнительно прижат капролоно-вым кольцом 7. Корпус закреплен на дне емкости 4 с помощью латунного кольца 5 и латунной гайки 6, уплотнен резиновой прокладкой 3. Высокочастотные колебания подаются по коаксиальному кабелю 10 через отверстие в крышке 9 корпуса. Крышка прижата к корпусу накидной гайкой 8. Центральный проводник коаксиального кабеля соединен с пьезозлементом проводом МГТФ.
Гидроионизатор, исключая пьезоэлемент, размещен в металлическом корпусе. В нем расположен трансформатор мощностью 50 Вт, выпрямители +16 В, +48 В, печатная плата с радиоэлементами, MOSFET транзистор и индуктивность L1. Мощный полевой транзистор закреплен на ребристом радиаторе с вентилятором, ранее применявшимся для охлаждения микропроцессора персонального компьютера Размеры радиатора 60x70 мм. Катушка L1 намотана проводом в эмалевой изоляции диаметром 0,8... 1,0 мм на каркасе диаметром 12 мм из пластмассы Внутри катушки с небольшим усилием может перемещаться отрезок стержня длинной 40 мм, диаметром 8 мм из феррита марки 400НН. Высокочастотные колебания со стока MOSFET транзистора подаются на пьезоэле-мент по коаксиальному кабелю типа RG58, длинной около 2 м.

Настройка
Настройка электронной схемы заключается в следующем. В первую очередь, наливают в емкость отстоявшуюся воду (с наименьшим количеством растворенного газа) так, чтобы поверхность воды от пьезоэлемента была на расстоянии 70 мм. Затем, не подключая силовой транзистор VT1, подают питание +16 В и настраивают генератор, собранный на DD1.1...DD1.3, с помощью резистора R2, на частоту параллельного резонанса пьезоэлемента BQ1. С помощью резистора R4 устанавливают скважность импульсов, приблизительно равную 4. Затем подключают затвор MOSFET транзистора и подают питание +48 В от отдельного источника питания с защитой по току 2 А. Контролируя напряжение осциллографом в точке соединения катушки L1 и стока транзистора VT1, регулируют мощность колебаний резистором R4, добиваясь размаха колебаний 120 В от пика до пика. Подстройкой частоты генерируемых колебаний резистором R2 добиваются минимума потребляемого тока от источника +48 В. Возможно, при этом понадобится подстройка индуктивности L1 путем перемещения ферритового стержня в каркасе. После окончания настройки подключают электропитание оконечного каскада к источнику +48 В блока питания гидроионизатора. Количество генерируемых аэроионов можно регулировать изменением сопротивления резистора R4. При качественно изготовленном пьезокерамическом элементе, и при правильной настрой ке - фонтан воды будет подниматься на высоту до 30 см с характерным шипением. При небольшой расстройке частоты генерирования колебаний, относительно частоты параллельного резонанса пластины, высота фонтана уменьшается, но увеличивается количество "тумана" и увеличивается потребляемая мощность, а также нагрев транзистора. При настройке необходимо найти компромисс между количеством генерируемых аэроионов и надежным функционированием схемы.

Детали
Радиоэлементы установлены на печатную плату размерами 50x60 мм (рис. 3), выполненную из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. В конструкции применена микросхема DD1 производства НПО "Интеграл" - IN74AC04, которую можно заменить на любую 74АС04 других производителей. Микросхема DA3 типа IRF7309. Интегральный стабилизаторы DA1 - 78L05 и DA2 - 7812. заменяются отечественными на 5 В и 12 В стабилизации Постоянные резисторы мощностью 0,125 Вт - любые отечественные или импортные. Подстроечные резисторы типа СПЗ-19а. Постоянные конденсаторы - керамические импортные малогабаритные. Электролитические конденсаторы - фирмы HITANO, можно заменить на другие аналогичные Диод VD1-любой импульсный типа 1N4148, заменим аналогичными отечественными. MOSFET транзистор 1RF630, IRF630S, заменяется аналогами.

1. Статья с журнала Радиомир 09 2004г (стр 25-26)

2. плата в формате .lay

3. datasheet IRF7105

4. datasheet 7805

5. datasheet 7812

6. datasheet 74AC04

автор  Олег Белоусов  г. Черкассы