Как проверить работу генератора отрицательных ионов. Генератор отрицательных ионов

Генератор предназначен для обработки воздуха. Генератор содержит мультивибратор, формирователь импульсов, низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, четыре переключателя напряжения, вольтодобавочный конденсатор, два высоковольтных трансформатора и установленную в продуваемом воздуховоде группу коронирующих и ускоряющих электродов. Технический результат - повышение равномерности распределения ионов обоих знаков. 2 ил.

Изобретение относится к технике обработки воздуха и может быть использовано в быту, в офисных, в учебных помещениях с телевизионной, вычислительной и прочей оргтехникой для обогащения воздуха ионами обоих знаков, нейтрализации всевозможных электростатических полей на различных поверхностях, предметах и одежде людей, а также для очистки воздуха от пыли, бактерий, дрожжевых и грибковых спор. Возможно применение также в производственных (не загазованных) помещениях для тех же целей и в помещениях для хранения различных продуктов питания.

Известно много различных по природе физических процессов естественного происхождения, которые участвуют в ионизации окружающего нас воздуха (см., например: Н.А.Капцов. Электрические явления в газах и вакууме. Госиздат. Технико-теоретической литературы. М. - Л., 1950 г., стр.222-241, 589-604). Однако в технике искусственной ионизации воздуха нашли применение, преимущественно, генераторы ионов, в которых ионы создаются либо низкоэнергетичными β-активными изотопами, например трития, углерода-14 или никеля-63 (см., например, SU 106280 А, 1957), либо коронным разрядом между двумя электродами (см., например, SU 842347 А, 30.06.1981).

Генераторы ионов, в которых используются β-активные изотопы, позволяют создавать наиболее близкую по качественному составу к природной искусственно ионизированную атмосферу простыми техническими средствами. Но правила техники безопасности при обращении с радиоактивными материалами, защите их от разрушения, условиям утилизации требуют наличия специальных служб контроля, что делает невозможным широкое применение таких генераторов ионов.

Генераторов ионов, в которых для ионизации воздуха используется коронный разряд между двумя электродами, на которые подается постоянное или пульсирующее, или импульсное высоковольтное напряжение, разработано великое множество, но среди них нет ни одного, способного конкурировать по качественному составу создаваемых ионов с радиоактивными генераторами ионов.

В радиоактивных генераторах ионов процесс образования ионов идет непрерывно, причем ионы обоих знаков возникают парами. Одновременно с этим непрерывно идет процесс объемной рекомбинации ионов, при котором ионы разного знака, встречаясь, нейтрализуют заряды друг друга (подробнее об этих процессах см., например: Дж.Кей, Т.Леби. Таблицы физических и химических постоянных. М., Госиздат. физ.-мат. литературы. 1962 г., стр.191-193 - о рекомбинации, и стр.215-216 - об удельной ионизации заряженными частицами).

Наличие объемной рекомбинации ионов не позволяет большей части ионов «состариться» и превратиться в средние и тяжелые ионы, присутствие которых в воздухе нежелательно, если не сказать - вредно, для здоровья, хотя они и участвуют в очистке воздуха от пыли. (О процессах образования и структуре атмосферных ионов подробно написано в статье: Eichmeier J. Beitrag zum Problem der Struktur der atmospharischen Kleinionen. - «Zeitschrift fur Geophysik», 1968, vol.34, s.297-322).

В конце этой статьи на рис.10 представлена схема процесса образования и структуры легких, средних и тяжелых ионов с указанием величины продолжительности жизни этих ионов.

В известных биполярных генераторах ионов, содержащих расположенные в продуваемом воздуховоде коронирующие электроды, подключенные к источнику высоковольтного коронирующего напряжения, ионы создают пачками то одного, то другого знака с длительностью пачек от нескольких минут (см., например: патент US №3936698 А, 03.02.1979) до единиц миллисекунд.

И хотя эти пакеты разнополярных ионов перемешиваются потоком воздуха, процесс рекомбинации ионов из этих пакетов начинается с задержкой, что приводит к образованию большого количества средних и тяжелых ионов, поскольку время жизни легких ионов лежит в интервале от 10 -4 сек до 100 сек - это время, в течение которого нерекомбинированный легкий ион обязательно столкнется с крупным конгломератом молекул или ядром конденсации и образует средний или тяжелый ион.

Наиболее близким по набору функциональных узлов является биполярный генератор ионов, содержащий низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», переключатели напряжения и высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с размещенной в продуваемом воздуховоде группой коронирующих электродов - см. .

Поскольку в прототипе на коронирующие электроды подаются пачки однополярных импульсов то положительной, то отрицательной полярности, ионы обоих знаков появляются в воздухе также пачками то одной, то другой полярности, что приводит, как уже отмечалось выше, к образованию излишнего количества ненужных средних и тяжелых ионов.

Задачей является повышение равномерности распределения ионов обоих знаков в объеме продуваемого через генератор воздуха сразу же после их образования и улучшение за счет этого качества ионного состава воздуха.

Для этого в биполярном генераторе ионов, содержащем низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», переключатели напряжения и высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с размещенной в продуваемом воздуховоде группой коронирующих электродов, блок управления концентрацией ионов состоит из последовательно соединенных мультивибратора с регулируемой частотой следования импульсов и формирователя импульсов по фронту и спаду выходных импульсов мультивибратора, построенного на логическом элементе «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», первый вход которого подключен к выходу мультивибратора, а второй вход - к общей точке последовательной RC-цепи, состоящей из потенциометра и соединенного с общей шиной конденсатора, три переключателя напряжения, первый из которых выполнен по схеме комплементарного эмиттерного повторителя на транзисторах Дарлингтона, а второй и третий - по схеме переключателей с тремя состояниями на выходе, причем второй переключатель переводится в третье состояние «единичным» сигналом, а третий - «нулевым», при этом первый и второй переключатели образуют мост, в диагональ которого включен вольтодобавочный конденсатор, а второй и третий переключатели образуют мост, в диагональ которого включена первичная обмотка высоковольтного трансформатора, при этом он снабжен второй группой коронирующих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, вторым высоковольтным трансформатором, выходная обмотка которого подключена ко второй группе коронирующих электродов, четвертым переключателем напряжения, аналогичным третьему переключателю напряжения, при этом первичная обмотка второго трансформатора включена между выходами четвертого и второго переключателей, причем оба трансформатора имеют синфазное включение обмоток, а формирователь импульсов дополнительно снабжен двумя диодами, вторым потенциометром и распределителем импульсов, собранным на двух логических элементах «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», нагруженных на первые входы двух логических элементов «2И», вторые входы которых объединены со входом управления третьим состоянием второго переключателя и с выходом первого элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», ко второму входу которого подключен второй потенциометр, а оба потенциометра, имеющие реостатное включение, через встречно включенные диоды подсоединены к выходу мультивибратора, куда подключены также первые входы второго и третьего элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», между вторыми входами которых установлен инвертор, соединенный своим входом еще и с выходом низкочастотного генератора прямоугольных импульсов, имеющего скважность импульсов, равную двум, при этом выход одного логического элемента «2И» соединен со входом управления третьим состоянием третьего переключателя, а выход второго элемента «2И» - с аналогичным входом четвертого переключателя, а сигнальные входы всех четырех переключателей подключены к одному или к разным выходам мультивибратора.

Схема электрическая принципиальная биполярного генератора ионов представлена на фиг.1, а на фиг.2 приведены графики импульсов в отдельных точках схемы по фиг.1.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - мультивибратор;

2, 3, 21, 27, 29, 30, 56, 62 - инверторы;

4, 10, 31 - времязадающие конденсаторы;

5, 32 - развязывающие резисторы;

6, 33 - токоограничивающие резисторы;

7, 11, 13, 34 - потенциометры;

8 - формирователь импульсов;

9, 25, 26 - элементы «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»;

12, 14, 35, 36-диоды;

15 - второй переключатель напряжения;

16, 38, 52, 58 - п-р-п-транзисторы Дарлингтона;

17, 39, 53, 59 - р-п-р-транзисторы Дарлингтона;

18 - шина питания;

19, 54, 60 - элементы «2ИЛИ-НЕ»;

20, 55, 61 - элементы «2И-НЕ»;

22 - распределитель импульсов;

23, 24 - элементы «2И»;

28 - низкочастотный генератор прямоугольных импульсов;

37 - первый переключатель напряжения;

40 - вольтодобавочный конденсатор;

41 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора 42 со вторичной обмоткой 43;

44 - воздуховод;

45, 50 - первая и вторая группы коронирующих электродов;

46 - ускоряющие электроды;

47 - первичная обмотка высоковольтного трансформатора 48 со вторичной обмоткой 49;

51 - третий переключатель напряжения;

57 - четвертый переключатель напряжения;

Стрелками «А» и «В» показано направление потоков ионизированного воздуха;

Стрелками «С» показано направление входящего в генератор ионов неионизированного воздуха;

Точками обозначено условное начало обмоток трансформаторов 42 и 48;

И 1 - импульсы на выходе мультивибратора 1;

И 8 - импульсы на выходе формирователя импульсов 8;

И 28 - импульсы на выходе генератора 28;

И 24 - импульсы на выходе элемента 24;

И 23 - импульсы на выходе элемента 23;

И 40 - форма напряжения на конденсаторе 40;

И 47 - импульсы на первичной 47 обмотке трансформатора 48;

И 18 - уровень напряжения питания на шине 18;

И 41 - импульсы на первичной 41 обмотке трансформатора 42;

Мультивибратор 1 собран по стандартной схеме (см., например: Р.Мелен, Г.Гарланд. Интегральные микросхемы с КМОП-структурами. М., «Энергия», 1979 г., стр.105-107, рис.6-1) на двух последовательно соединенных инверторах 2 и 3, где выход инвертора 3 через времязадающий конденсатор 4 и развязывающий резистор 5 соединен с входом инвертора 2. Общая точка инверторов 2 и 3 через токоограничительный резистор 6 и последовательно соединенный с ним потенциометр 7, имеющий реостатное включение, соединена с общей точкой конденсатора 4 и резистора 5. Подбором величин емкости конденсатора 4 и максимального сопротивления потенциометра 7 задается нижняя частота импульсов мультивибратора 1, а величина емкости конденсатора 4 и сопротивление резистора 6 при закороченном потенциометре 7 определяет верхнюю частоту следования импульсов мультивибратора 1.

Выход мультивибратора 1 (в данном случае им является выход инвертора 3, хотя с таким же успехом в качестве выхода может быть взят выход инвертора 2; к чему это приведет - будет сказано несколько позже) подключен к входу формирователя импульсов 8, собранного на логическом элементе 9 «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», выход которого является выходом формирователя импульсов 8, а первый вход - входом формирователя, второй вход элемента 9 подключен к соединенному с общей шиной времязадающему конденсатору 10 и через параллельно включенные зарядную и разрядную цепи, состоящие из последовательно соединенных соответственно, потенциометра 11 с диодом 12 и потенциометра 13 с диодом 14 - к входу формирователя..

Выход формирователя импульсов 8 соединен с входом управления третьим состоянием второго переключателя 15, состоящего из последовательно соединенной пары комплементарных транзисторов Дарлингтона 16 и 17, коллекторы которых подключены, соответственно, к шине питания 18 и общей шине, а эмиттеры объединены и являются выходом переключателя 15. Базы транзисторов 16 и 17 соединены с выходами логических элементов, соответственно, «2ИЛИ-НЕ» 19 и «2И-НЕ» 20, у которых между первыми входами установлен инвертор 21, дополнительно соединенный своим входом с выходом формирователя импульсов 8, а вторые входы элементов 19 и 20 объединены в сигнальный вход и подключены к выходу мультивибратора 1.

Выход формирователя импульсов 8 соединен также с сигнальным входом распределителя импульсов 22. В качестве сигнального входа используются объединенные первые входы логических элементов «2И» 23 и 24, вторые входы которых подключены к выходам элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», соответственно, 25 и 26, первые входы которых объединены и соединены с выходом мультивибратора 1, а вторые входы - один - напрямую, а второй - через инвертор 27, подключены к выходу низкочастотного генератора прямоугольных импульсов 28.

Генератор импульсов 28 построен на двух последовательно соединенных инверторах 29 и 30, при этом выход инвертора 30, используемый в качестве выхода генератора импульсов 28, через времязадающий конденсатор 31 и последовательно соединенный с ним развязывающий резистор 32 соединен с входом инвертора 29, выход которого через токоограничивающий резистор 33 соединен со средней точкой потенциометра 34, крайние выводы которого через встречно включенные диоды 35 и 36 подключены к общей точке конденсатора 31 и резистора 32 (принцип построения этого генератора основан на схемах, описанных в авторском свидетельстве СССР №1132340 от 28.02.1983 г., Н03К 3/02, автор - В.П.Реута). В этом генераторе потенциометр 34 служит для симметрирования выходных импульсов, чтобы получить скважность импульсов, равную двум, а в общем - это генератор импульсов с регулируемой скважностью.

Первый переключатель напряжения 37 собран на комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 38 и 39 по схеме эмиттерного повторителя, подключенного коллекторами между шиной питания 18 и общей шиной. Вход этого переключателя соединен с выходом мультивибратора 1, а к выходу подключен вольтодобавочный конденсатор 40, второй вывод которого соединен с выходом второго 15 переключателя (комплементарный эмиттерный повторитель в качестве переключателя цифровых сигналов широко применяется - см., например: Клод Галле. Полезные советы по разработке и отладке электронных схем. М., «ДМК», 2003 г., стр.106-107, рис.2.67).

К выходу второго 15 переключателя дополнительно подключено начало первичной 41 обмотки трансформатора 42, вторичная обмотка 43 которого включена между первой группой размещенных в продуваемом корпусе 44 коронирующих электродов 45 и соединенных с общей шиной ускоряющих электродов 46. К выходу второго 15 переключателя подключена началом также первичная 47 обмотка трансформатора 48, вторичная обмотка 49 которого соединена со второй группой коронирующих электродов 50 и ускоряющих электродов 46. Коронирующие электроды 45 и 50 выполняют чаще всего в виде игл или заостренных штырей, а ускоряющие электроды 46 - в виде соединенных друг с другом и общей шиной колец, каждое из которых устанавливается соосно с одной из игл коронирующих электродов. Могут быть и другие конструкции тех и других электродов - существует даже серия патентов, защищающих различные экзотические конструкции этих электродов.

Второй вывод первичной 41 обмотки трансформатора 42 соединен с выходом третьего переключателя 51, собранного на последовательно соединенной комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 52 и 53, коллекторы которых подключены между шиной питания 18 и общей шиной, а эмиттеры объединены и являются выходом переключателя. Базы транзисторов 52 и 53 соединены с выходами логических элементов, соответственно, «2ИЛИ-НЕ» 54 и «2И-НЕ» 55, первые входы которых объединены в сигнальный вход и подключены к выходу мультивибратора 1, а вход управления третьим состоянием соединен со вторым входом элемента 55 непосредственно, а элемента 54 - через инвертор 56. Дополнительно вход управления третьим состоянием переключателя 51 подключен к выходу элемента «2И» 23 распределителя импульсов 22.

Второй вывод первичной 47 обмотки трансформатора 48 подключен к выходу четвертого 57 переключателя напряжения, собранного по аналогии с переключателем 51 на комплементарной паре транзисторов Дарлингтона 58 и 59, логических элементах «2ИЛИ-НЕ» 60 и «2И-НЕ» 61 и инверторе 62. Отличие состоит в месте подключения входа управления третьим состоянием переключателя 57, которым является выход элемента «2И» 24 блока 22.

Совокупность мультивибратора 1 и формирователя импульсов 8 является регулятором концентрации атмосферных ионов, в котором потенциометром 7 можно одновременно изменять концентрацию ионов обоих знаков, потенциометром 11 - концентрацию ионов отрицательной полярности, а потенциометром 13 - концентрацию ионов положительной полярности. Что касается потенциометров 11 и 13, то это утверждение справедливо для конкретной схемы, показанной на фиг.1. Здесь следует отметить, что могут быть другие варианты схемы биполярного генератора ионов. На фиг.1 показаны переключатели напряжения 15, 51 и 57, выполненные по схеме инверторов с тремя состояниями на выходе (третье состояние - это когда оба транзистора в переключателе заперты, а выход переключателя изолирован от шины питания 18 и общей шины большим сопротивлением запертых транзисторов). Но внутренне схемное решение этих переключателей может быть и иным, а если сигнальный вход любого из этих переключателей соединить со вторым выходом мультивибратора 1 (с выходом инвертора 2), то в качестве переключателя должен быть применен переключатель без инверсии сигнала. Могут быть и просто иные варианты схемного решения [см. заявки на полезную модель «Электронного переключателя с тремя состояниями на выходе» №2005109639/22 (011356) от 04.04.2005 г. и №2005109640/22 (011357) от 04.04.2005 г. тех же авторов, что и данной заявки, в которых описано в общей сложности десять схем переключателей, среди которых пять схем инвертируют входной сигнал, пять схем повторяют его; по другой градации различий - пять схем переводится в третье состояние «единичным» сигналом, а пять схем - «нулевым». Любые из этих схем могут быть использованы в генераторе ионов, так как все они одинаковой сложности и качества, поэтому в формуле изобретения не конкретизируется внутренняя структура этих переключателей].

Работает биполярный генератор ионов следующим образом.

После включения питания и завершения переходных процессов все узлы генератора ионов работают, выдавая свои сигналы в соответствие с графиками фиг.2, где эти сигналы показаны как вырезка во времени. На графиках за положительное напряжение И 40 принято такое напряжение, когда конденсатор 40 имеет «плюс» на левой по фиг.1 обкладке относительно правой обкладки, а за положительное напряжение И 41 и И 47 на первичных обмотках, соответственно, 41 трансформатора 42 и 47 трансформатора 48 принято такое напряжение, когда к этим обмоткам приложено напряжение «плюсом» к началам обмоток, обозначенных точками, относительно концов этих обмоток.

Еще одно замечание. У логических элементов «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» 9, 25, 26 используется особенность выдавать «нулевой» сигнал на выходе всякий раз, когда сигналы на их входах одинаковые, то есть либо «нули», либо «единицы». Если сигналы различны, выходной сигнал у этих элементов будет «единичным».

Итак, мультивибратор 1 создает последовательность прямоугольных импульсов И 1 , которые поступают одновременно на вход формирователя импульсов 8 и на сигнальные входы всех четырех переключателей напряжения 15, 37, 51, 57, а также на входы элементов 25, 26 распределителя импульсов 22.

В формирователе импульсов 8 импульс И 1 поступает на первый вход элемента 9 и диоды 12, 14. Поскольку в это время конденсатор 10 разряжен до «нуля», на выходе элемента 9, а значит, и формирователя 8, сформируется импульс И 8 по переднему фронту импульса И 1 , длительность которого будет определяться временем заряда конденсатора 10 через диод 12 и потенциометр 11, которым задают длительность этого импульса И 8 , до уровня напряжения срабатывания элемента 9. Этот уровень от элемента к элементу может иметь разное значение от 0,4 И 18 до 0,7 И 18 . По достижении этого уровня напряжением на конденсаторе 10 первый импульс И 8 окончится, а конденсатор 10 будет продолжать заряжаться почти до уровня И 1 . После окончания импульса И 1 первый вход элемента 9 окажется под «нулевым» потенциалом, а ко второму входу приложено «единичное» напряжение заряженного конденсатора 10, поэтому на выходе элемента 9 появится второй импульс И 8 , формируемый по заднему фронту импульса И 1 . Длительность этого импульса И 8 будет определяться временем разряда конденсатора 10 через потенциометр 13, с помощью которого устанавливают длительность этого импульса И 8 , и диод 14 до уровня срабатывания элемента 9, после чего импульс И 8 окончится, а конденсатор 10 будет разряжаться далее до «нуля». С появлением следующего импульса И 1 процесс образования импульсов H 8 повторится. Процесс образования импульсов И 1 , И 8 , а также импульсов И 28 на выходе генератора импульсов 28 будет идти непрерывно до выключения питания И 18 . Эти три названных последовательности импульсов управляют работой всех остальных узлов генератора ионов.

Куда поступают импульсы И 1 сказано выше. Импульсы И 8 поступают на вход управления третьим состоянием второго переключателя 15, в котором, независимо от наличия или отсутствия импульсов И 1 на сигнальном входе, переводят в «нулевое» состояние на выходе элемент «2ИЛИ-НЕ» 19, который запирает транзистор 14, а пройдя через инвертор 21, элемент «2И-НЕ» 20 переводят в «единичное» состояние на выходе, в результате чего запирается транзистор 17. Таким образом, приход любого импульса И 8 на вход переключателя 15 переводит его в третье состояние. При отсутствии этих импульсов переключатель 15 инвертирует импульсы И 1 , поступающие на его сигнальный вход, то есть при «единичном» импульсе И 1 открывает транзистор 17, соединяя выход переключателя 15 с общей шиной, а при «нулевом сигнале» И 1 открывается транзистор 16, а транзистор 17 закрывается, то есть выход переключателя соединяется с шиной питания 18. Сразу же отметим, что переключатели 51 и 57 работают аналогично описанному при обратной полярности импульсов И 8 , то есть «нулевые» импульсы H 8 переводят эти переключатели в третье состояние, а при «единичных» импульсах И 8 состояние выходов этих переключателей определяется видом импульса И 1 . Первый переключатель 37 на своем выходе повторяет импульсы И 1 по форме, усиливая их по мощности, и переключает левую по схеме фиг.1 обкладку конденсатора 40 то к шине питания 18 (при «единичном» сигнале И 1), то к общей шине (при «нулевом сигнале» И 1).

И, наконец, о работе распределителя импульсов 22, на входы которого поступают все три вида импульсов - И 1 , И 8 , И 28 . Задачей узла 22 является управление очередностью включения переключателей 51 и 57. Так если импульс И 28 равен «единице», то распределитель импульсов 22 через свой элемент «2И» 24 пропускает импульсы И 8 , сформированные по переднему фронту импульсов И 1 , на вход управления третьим состоянием переключателя 57, а импульсы И 8 , сформулированные по заднему фронту импульсов И 1 , на аналогичный вход переключателя 51 через элемент «2И» 23. При «нулевом» сигнале И 1 через элемент 24 проходят по тому же адресу импульсы И 8 , сформированные по заднему фронту импульсов И 1 , а через элемент 23 - по переднему фронту импульсов И 1 .

Как видно из графиков фиг.2, всего имеется восемь комбинаций импульсов И 1 , И 8 и И 28 , от которых зависит порядок включения коронирующих электродов 45 и 50 генератора ионов и полярность ионов, создаваемых с помощью этих электродов. Эти восемь комбинаций импульсов состоят из двух групп. К первой группе отнесем четыре комбинации импульсов И 1 и И 8 при И 28 =«1», которые многократно повторяются, пока И 28 не станет равным «0». В этом состоянии сигнала И 28 те же комбинации импульсов И 1 и И 8 опять многократно повторяются до появления вновь «единичного» импульса И 28 .

Итак, импульс И 28 имеет «единичное» значение (см. графики фиг.2 и схему фиг.1).

1) И 1 =«1», И 8 =«1». При этой комбинации в первом 37 переключателе транзистор 38 открыт, а транзистор 39 закрыт.«Единичный» импульс И 24 поступает на вход управления третьим состоянием четвертого 57 переключателя, в котором за счет наличия импульса И 1 на сигнальном входе открывается транзистор 59, а транзистор 58 остается закрытым. Одновременно с этим, импульсом И 8 переводится в третье состояние второй 15 переключатель, который в предыдущем цикле зарядил конденсатор 40 до отрицательного напряжения (см. график И 40). Третий переключатель 51 в это время находится в третьем состоянии из-за «нулевого» сигнала И 23 , поданного на его вход управления третьим состоянием. В результате всего этого конец обмотки 47 трансформатора 48 через открытый транзистор 59 переключателя 57 окажется соединенным с общей шиной, а к началу этой обмотки благодаря открытому транзистору 38 в переключателе 37, приложится суммарное напряжение питания с шины 18 и напряжение заряженного конденсатора 40. За счет этого на обмотке 47 сформируется импульс И 47 положительной полярности с заваленной вершиной из-за частичного разряда конденсатора 40 в течение времени существования И 8 . Этот импульс трансформируется трансформатором 48 во вторичную высоковольтную обмотку 49, с которой он отрицательной полярности относительно общей шины и ускоряющих электродов 46 поступит на коронирующие электроды 50. Между электродами 46 и 50 возникает отрицательный коронный разряд, который приведет к образованию облачка ионов отрицательной полярности, которое будет уноситься потоком воздуха в направлении стрелок «А». По окончании импульса И 8 прекратится коронный разряд между электродами 46 и 50, перейдет в третье состояние четвертый переключатель 57, а второй переключатель 15 перейдет в активный режим.

2) И 1 =«1», И 8 =«0». При этой комбинации импульсов во втором 15 переключателе откроется транзистор 17 при запертом транзисторе 16, и через открытые транзисторы 17 и 38 (в первом переключателе 37) от шины 18 потечет ток перезаряда конденсатора 40 от минус почти И 18 до плюс И 18 . Одновременно с этим будет разряжаться от запасенной энергии первичная 47 обмотка трансформатора 48 через защитный диод транзистора 58 на шину питания И 18 . Этот ток разряда течет от шины питания И 18 через открытый транзистор 38, конденсатор 40, обмотку 47 и защитный диод транзистора 58 вновь на шину питания И 18 , т.е. к обмотке 47 как бы приложено напряжение заряженного конденсатора 40. Как только напряжение на конденсаторе 40 достигает нуля, этот ток прекратится. За счет этого процесса импульс И 47 имеет завал заднего фронта, как и у импульсов И 41 , о которых будет идти речь ниже. А конденсатор 40 перезарядится до плюс И 18 и будет ждать окончания импульса И 1 .

3) И 1 =«0», И 8 =«1». В этом цикле, когда импульс И 1 принимает «нулевое» значение и формируется по его заднему фронту второй импульс И 8 , происходит следующее. В первом 37 переключателе закрывается транзистор 38 и открывается транзистор 39, соединяя этим левую по фиг.1 обкладку конденсатора 40 с общей шиной. Второй 15 переключатель переводится импульсом И 8 в третье состояние, а импульс И 8 в виде импульса И 23 появляется на выходе элемента «2И» 23 и на входе управления третьим состоянием третьего 51 переключателя, на сигнальный вход которого уже поступил «нулевой» сигнал И 1 . В результате в переключателе 51 откроется транзистор 52 при запертом транзисторе 53, и обмотка 41 трансформатора 42 окажется подсоединенной к шине питания И 18 своим концом, в то время как к ее началу «минусом» приложено напряжение заряженного конденсатора 40. То есть обмотка 41 окажется под двойным напряжением питания И 18 , и на ней сформируется импульс отрицательной полярности И 41 , который трансформатором 42 за счет высоковольтной обмотки 43 будет преобразован в положительный высоковольтный импульс, поступающий на коронирующие электроды 45 относительно ускоряющих электродов 46. Между этими электродами возникает положительный коронный разряд, который создаст «облачко» положительных ионов, уносимых потоком воздуха в направлении стрелок «В». Поскольку длительность импульса И 1 , как установлено практикой, меньше одной миллисекунды, а скорость потока воздуха по стрелке «С» меньше одного метра в секунду, то сформированное ранее «отрицательное» облачко ионов успеет отлететь от коронирующих электродов 50 на ничтожно малое расстояние в 1-2 миллиметра. Поэтому ионы обоих знаков весьма быстро будут перемешаны потоком воздуха, и все физико-химические процессы в ионизированном воздухе будут весьма близки к процессам при использовании β-активного ионизатора, о котором говорилось в начале заявки. Процесс формирования вершины и заднего фронта импульса И 47 происходит так же, как и у импульса И 47 , только теперь в процессе разряда запасенной обмоткой 41 энергии будет участвовать защитный диод транзистора 53.

4) И 1 =«0», И 8 =«0». По окончании импульса И 8 переключатель 51 переведется в третье состояние, а в переключателе 15 откроется транзистор 16 при запертом транзисторе 17. В результате от шины 18 через транзисторы 16 и 39 (в первом переключателе 37) потечет ток перезаряда конденсатора 40, который за этот цикл зарядится до минус И 18 и будет в этом состоянии ждать прихода очередного импульса И 1 .

Описанные четыре цикла работы элементов схемы далее будут повторяться до тех пор, пока сигнал И 28 на выходе генератора 28 не примет «нулевое» значение. После этого начнутся следующие четыре цикла работы элементов схемы, которые будут повторяться до тех пор, пока И 28 не примет «единичное» значение. По графикам фиг.2 видно, что эти циклы отличаются от описанного выше тем, что элемент «2И» 24 будет передавать на свой выход импульсы И 8 , сформированные не по переднему, а по заднему фронту импульса И 1 . А элемент «2И» 23 - наоборот, будет пропускать импульсы И 8 , сформированные по переднему фронту импульсов И 1 , а не по заднему фронту. В результате этого сменится полярность и длительность импульсов, формируемых трансформаторами 42 и 48. Теперь между коронирующими электродами 50 и ускоряющими электродами 46 будет происходить положительный коронный разряд и образовываться в воздухе положительные ионы, а между электродами 45 и 46 - наоборот. Этот процесс смены полярности коронного разряда на коронирующих электродах 45 и 50 относительно ускоряющих электродов 46 будет происходить через равные промежутки времени, задаваемые генератором 28. Он необходим для создания одинаковых условий работы этих электродов, что увеличивает их надежность за счет уменьшения износа электродов, создающих отрицательную корону, и уменьшения загрязнения электродов, создающих положительную корону.

За счет равномерного образования положительных и отрицательных ионов и их перемешивания сразу же после их возникновения время жизни ионов уменьшается - ионы рекомбинируют и меньшее их количество «стареет», превращаясь в средние и тяжелые ионы. Это и является главной целью данного изобретения, позволяющей приблизить искусственно ионизированный воздух по своему качеству к естественно ионизированному воздуху.

Примечания для экспертов:

1 - Формирователь импульсов 8 описан в патенте на полезную модель RU 48126 U1 10.09.2005.

2 - Формирователь импульсов 8 в совокупности с распределителем импульсов 22 описан в патенте на изобретение RU 2286008 С1 20.10.2006.

3 - Электронные переключатели напряжения с тремя состояниями на выходе 15, 51, 57 и другие варианты их исполнения описаны в патентах на полезные модели RU 48674 U1 27.10.2005 и RU 48675 U1 27.10.2005.

4 - Предполагается, что транзисторы Дарлингтона 52, 53, 58, 59 имеют встроенные защитные диоды (см., например: справочник ЗАРУБЕЖНЫЕ МИКРОСХЕМЫ, ТРАНЗИСТОРЫ, ДИОДЫ, 0...9, стр.539. Наука и Техника, Санкт-Петербург, 2004 г.).

Биполярный генератор ионов, содержащий низкочастотный генератор прямоугольных импульсов, блок управления концентрацией ионов, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, переключатели напряжения и высоковольтный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с размещенной в продуваемом воздуховоде группой коронирующих электродов, отличающийся тем, что блок управления концентрацией ионов состоит из последовательно соединенных мультивибратора с регулируемой частотой следования импульсов и формирователя импульсов по фронту и спаду выходных импульсов мультивибратора, построенного на логическом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу мультивибратора, а второй вход - к общей точке последовательной RC-цепи, состоящей из потенциометра и соединенного с общей шиной конденсатора, три переключателя напряжения, первый из которых выполнен по схеме комплементарного эмиттерного повторителя на транзисторах Дарлингтона, а второй и третий - по схеме переключателей с тремя состояниями на выходе, причем второй переключатель переводится в третье состояние "единичным" сигналом, а третий - "нулевым", при этом первый и второй переключатели образуют мост, в диагональ которого включен вольтодобавочный конденсатор, а второй и третий переключатели образуют мост, в диагональ которого включена первичная обмотка высоковольтного трансформатора, при этом он снабжен второй группой коронирующих электродов, аналогичной первой группе таких электродов и расположенной рядом с ней, вторым высоковольтным трансформатором, выходная обмотка которого подключена ко второй группе коронирующих электродов, четвертым переключателем напряжения, аналогичным третьему переключателю напряжения, при этом первичная обмотка второго трансформатора включена между выходами четвертого и второго переключателей, причем оба трансформатора имеют синфазное включение обмоток, а формирователь импульсов дополнительно снабжен двумя диодами, вторым потенциометром и распределителем импульсов, собранным на двух логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, нагруженных на первые входы двух логических элементов 2И, вторые входы которых объединены со входом управления третьим состоянием второго переключателя и с выходом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ко второму входу которого подключен второй потенциометр, а оба потенциометра, имеющие реостатное включение, через встречно включенные диоды подсоединены к выходу мультивибратора, куда подключены также первые входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, между вторыми входами которых установлен инвертор, соединенный своим входом еще и с выходом низкочастотного генератора прямоугольных импульсов, имеющего скважность импульсов, равную двум, при этом выход одного логического элемента 2И соединен со входом управления третьим состоянием третьего переключателя, а выход второго элемента 2И - с аналогичным входом четвертого переключателя, а сигнальные входы всех четырех переключателей подключены к одному или к разным выходам мультивибратора.

Изобретение относится к устройствам создания систем микроклимата в жилых и производственных помещениях промышленного, медицинского, и сельскохозяйственного назначения, а также в любых других, где есть необходимость в ионизации воздуха, с использованием систем вентиляции и создания микроклимата

Изобретение относится к способам и устройствам питания электроустановок для генерации озона из воздуха при помощи электрического разряда и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой и химической промышленности для дезинфекции, антисептирования, очистки и дезодорации воздуха в животноводческих помещениях и при хранении сельскохозяйственной продукции

Изобретение относится к технике обработки воздуха и может быть использовано в быту, в офисных, в учебных помещениях с телевизионной, вычислительной и прочей оргтехникой для обогащения воздуха ионами обоих знаков, нейтрализации всевозможных электростатических полей на различных поверхностях, предметах и одежде людей, а также для очистки воздуха от пыли, бактерий, дрожжевых и грибковых спор

Воздух является одним из жизненно важных компонентов человека. Человек можете прожить несколько дней без воды, немного дольше без еды, человек лишенный воздуха, может жить всего пару минут. Качество окружающего воздуха во многих городах становится все хуже и хуже, что многие местные радиостанции по новостям информируют загрязненность воздуха вместе прогнозом погоды. Загрязнение воздуха в настоящее время является распространенным явлением. Последствия при загрязнении воздуха: повышение уровня CO2, парниковый эффект, истощение озонового слоя, и кислотные дожди.

Исследования

В то время, когда еще не было никаких разговоров по поводу загрязнения воздуха, некоторые ученые и экспериментаторы заметили, что ионизация может улучшить даже чистый воздух. Чистый воздух (в основном, состоит из 78% азота и 21% кислорода), как правило, полон положительных и отрицательных ионов примерно в отношении 5/4 . Исследователи обнаружили, что, когда это соотношение меняется в одну или другую сторону, то оно оказывает влияние на биологические системы.

Эта идея была развита Фредом Сойка, который в 1970-х годах, написал книгу под названием «Ион эффект". Гражданин Сойка изучал природные явления, отрицательно и положительно ионизированного воздуха. Его выводы показали, что отрицательно ионизированный воздух имеет существенные преимущества для здоровья.
Несколько пунктов из его книги: отрицательные ионы помогают поднять настроение, повысить физическую работоспособность и лучшее восприятие обучения, стерилизовать воздух от вредных бактерий. Обилие положительных ионов с другой стороны может быть ответственно за ряд низкого качества медицинских проблем, таких как усталость, головная боль и тревога.

Есть и недоброжелатели этой точки зрения. Поэтому, прежде чем я начал проектировать генератор отрицательных ионов, я провел небольшое исследование, чтобы выяснить, было бы это целесообразным. Я исследовал около 100 всемирно научных докладов о влиянии отрицательных ионов с 1973 по настоящее время (1992 год). Могу сообщить, что из моего обзора около 80% отметили благотворное влияние отрицательных ионов. Более 19%, уверяли, что нет никакого эффекта. Было много веских доказательств поддерживающих положительный эффект отрицательных ионов, и я понял, что ионный генератор - стоящий проект.

Ионный генератор

Конструкция генератора отрицательных ионов довольно проста (см. рис. 1). Схема представляет собой генератор высокого напряжения. Она содержит стандартный таймер 555, который используется для генерации прямоугольных импульсов. Импульсы подаются на базу транзистора NPN TIP120. Транзистор TIP120 обеспечивает достаточный ток на базе транзистора 2N3055, чтобы открыть его. Каждый раз, когда это происходит, автотрансформатор T2 выдает высокое напряжение. Выход трансформатора подключен к высоковольтному диоду на 10 кВ. Обратите внимание на полярность диода.

Прототип автора был построен по методу точка – точка (то есть соединения за счет выводов деталей). Это хороший метод, который можно использовать в ионном генераторе при условии соблюдения некоторых мер предосторожности: Убедитесь, что переходы между C3, C4, D1 должно быть не менее сантиметра друг от друга.

Точки сброса или ионизирующие штырьки должно быть "острыми" для повышения ионизации воздуха. Можно использовать например швейную иглу. Альтернативные ионизирующие штырьки можно сделать из небольшого куска многожильного провода. Сдирать изоляцию по 1 -2 см с одного конца провода и разделить жилки, чтобы они были более или менее равномерно распределены (получится что-то типа кисточки). Когда провод подключен к высокому отрицательному напряжению, каждая жилка будет вести себя как ионизирующий штырек.

Покрытие на вентиляционном отверстии должно быть пластиковым. Используя металлический экран будет сильно сокращен эффект генератора, потому что отрицательные ионы, которые вступают в контакт с металлическим экраном будут нейтрализованы.

Список радиоэлементов

Полезная модель относится к технике обработки воздуха и может быть использована в быту, в жилых помещениях, в рабочих помещениях, имеющих компьютерную и телевизионную технику, и т.п. Задачей является повышение термостабильности генератора ионов при изменениях внешней температуры и улучшения регулировочных характеристик. Для этого в биполярный генератор ионов, имеющий продуваемые коронирующие электроды, соединенные с высоковольтной обмоткой трансформатора, низковольтную первичную обмотку и блок питания, введены два генератора импульсов с регулируемой скважностью, два электронных переключателя и узел управления полярностью высоковольтных импульсов, например, логический элемент «исключающее или», установленный между выходами генераторов импульсов и входами управления электронных переключателей, к одному из которых он подключен через инвертор, выходы электронных переключателей подключены (один - непосредственно, а другой - через вольтодобавочный конденсатор - к первичной обмотке трансформатора), а силовые входы включены между выходом блока питания и общей шиной. 1о. п.ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к технике обработки воздуха и может быть использовано, в быту, в жилых помещениях, в рабочих помещениях, имеющих компьютерную и телевизионную технику и т.п.

Известны биполярные генераторы ионов (смотри, например, авторское свидетельство СССР №550077 на Генератор ионов, М. Кл. H 05 F 1/00 - не опубликовано). Недостатком известного генератора ионов является наличие в нем в качестве источника ионизации радиоактивного элемента, что делает недопустимым его применение в быту.

Наиболее близким по технической сущности является «Устройство для ионизации воздуха» по авторскому свидетельству СССР №919452 М.Кл. 3 F 24 F 3/16 (не опубликовано), содержащее расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходной обмотке высоковольтного трансформатора с низковольтной первичной обмоткой, и блок питания.

В этом устройстве для создания высоковольтных импульсов используются два включаемых поочередно блоккинг - генератора, а регулирование концентрации ионов того или иного знака производится путем изменения времени включенного состояния того или иного блоккинг -генератора и времени выключенного состояния обоих блоккинг - генераторов.

К существенным недостаткам прототипа следует отнести сильную зависимость частоты блоккинг - генераторов от внешней температуры (смотри, например, B.C.Моин, Н.Н.Лаптев. Стабилизированные транзисторные преобразователи. «Энергия», Москва 1972 г., стр. 403), а это значит и зависимость концентрации образуемых ионов от температуры. Вторым недостатком является сложность регулирования режима работы такого устройства из-за прерывистой работы блоккинг - генераторов, приводящей к неравномерной ионизации воздуха, и усложняющей измерения концентрации ионов в воздухе при регулировании режима работы генератора ионов.

Задачей является повышение стабильности работы генератора ионов при изменениях внешней температуры и улучшение регулировочных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что биполярный генератор ионов, содержащий расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходной обмотке высоковольтного трансформатора с низковольтной первичной обмоткой и блок питания, снабжен двумя электронными переключателями, двумя генераторами импульсов с регулируемой скважностью и узлом управления полярностью высоковольтных импульсов, например, в виде логического элемента «исключающее или», входы которого подключены к выходам генераторов импульсов, а выход - ко входам управления электронных переключателей, причем, ко входу управления одного

переключателя он подключен непосредственно, а ко входу другого - через инвертор, выходы электронных переключателей подключены к первичной обмотке высоковольтного трансформатора, причем один из выходов подключен к указанной обмотке через вольтодобавочный конденсатор, а силовые входы переключателей включены между выходом блока питания и общей шиной.

На чертеже представлен один из возможных вариантов схемной реализации предлагаемого биполярного генератора ионов, где в корпусе 1 размещены коронирующие электроды 2 и 3, вентилятор 4, подключенный к блоку питания 5, а коронирующие электроды 2 и 3 подключены к выходной обмотке 6 высоковольтного трансформатора 7, первичная низковольтная обмотка 8 которого одним концом через вольтодобавочный конденсатор 9 подключена к выходу первого электронного переключателя, собранного на комплементарной паре транзисторов 10 и 11. Второй конец первичной обмотки 8 подключен непосредственно к выходу второго электронного переключателя, собранного на комплементарной паре транзисторов 12 и 13. Первые силовые входы переключателей-коллектора транзисторов 10 и 12 -объединены и подключены к выходу блока питания 5, а вторые силовые входы переключателей - коллектора транзисторов 11 и 13 - подключены к общей шине. Вход управления первого переключателя - объединенные базы транзисторов 10 и 11 - подключен к выходу инвертора 14, вход которого соединен с выходом логического элемента «исключающее или» 15, выполняющего роль узла управления полярностью высоковольтных импульсов напряжения, подаваемых на коронирующие электроды 2 и 3 со вторичной 6 обмотки трансформатора 7. Выход элемента 15 дополнительно подключен ко входу управления второго электронного переключателя, то есть к объединенным базам транзисторов 12 и 13. Первый вход элемента 15 подключен к выходу первого генератора импульсов 16, собранного на двух последовательно включенных инверторах 17 и 18 со сложной времязадающей цепью, состоит из ограничительного резистора 19, потенциометра-регулятора длительности импульсов - 20, потенциометра - регулятора частоты следования импульсов-21, развязывающих диодов 22, 23 и времязадающего конденсатора 24. Эта цепь указанным на чертеже образом, включена между общей точкой инверторов 17 и 18 и выходом инвертора 18, являющегося выходом генератора импульсов 16. Общая точка соединения диодов 22, 23 и конденсатора 24 через развязывающий резистор 25 подключена ко входу инвертора 17. Резистор 19 включен между общей точкой инверторов 17, 18 и средней точкой потенциометра 20, один вывод которого соединен с потенциометром 21, включенным реостатом и через диод 22 подключенным к конденсатору 24. Второй вывод потенциометра 20 через встречновключенный с диодом 22 диод 23 соединен с той же точкой конденсатора 24, куда подключен дополнительно один вывод резистора 25.

Второй вход элемента 15 соединен с выходом второго генератора импульсов 26, собранного на последовательно включенных инверторах 27, 28, общая точка которых через ограничительный резистор 29 соединена со средней точкой потенциометра - регулятора коэффициента униполярности ионов - 30, два крайних вывода которого через встречновключенные диоды 31, 32 подключены к общей точке соединения конденсатора 33 и резистора 34,

вторые концы которых подключены, соответственно, к выходу инвертора 28 и ко входу инвертора 27. Следует сказать, что принцип построения электрических схем генераторов импульсов 16 и 26 подробно описан в авторском свидетельстве СССР №1132340, НОЗК 3/02, опубликованном 30.12.84 г. в Бюл. №48 (автор В.П.Реута), поэтому в дальнейшем тонкости работы этих генераторов описываться не будут, тем более, что генераторы импульсов 16 и 26 могут иметь и совершенно иное схемное решение. Стрелками «А» показано направление потока воздуха, создаваемого вентилятором 4.

Работает биполярный генератор ионов следующим образом. После включения напряжения питания через внутреннюю полость корпуса 1 и коронирующие электроды 2 и 3 вентилятором 4, подключенным к блоку питания 5, продувается воздух в направлении стрелок «А». На коронирующий электрод 2, состоящий, например, из набора иглообразных стержней, со вторичной обмотки 6 трансформатора 7 непрерывно поступают пачки высоковольтных коротких импульсов то положительной, то отрицательной полярности относительно электрода 3, выполненного, например, в виде жестко соединенных друг с другом колец, соосных со стержнями электрода 2. Размеры колец электрода 3, количество пар стержень - кольцо и их взаимное продольное расположение определяются максимально необходимой производительностью генератора ионов и мощностью трансформатора 7. Если на электрод 2, относительно электрода 3, поступают положительные импульсы, то в воздушное пространство потоком воздуха от вентилятора 4 будут выдуваться положительные ионы. При поступлении на электрод 2, относительно электрода 3, отрицательных импульсов в воздушное пространство будут поступать отрицательные ионы.

Длительность высоковольтных коротких импульсов определяет время существования коронного разряда и, соответственно, концентрацию в единице объема воздуха ионов положительной и отрицательной полярности за время существования коротких импульсов. Формирование выходных высоковольтных импульсов, поступающих на коронирующие электроды 2 и 3, производится путем коммутации концов цепочки из последовательно соединенных первичной 8 обмотки трансформатора 7 и вольтодобавочного конденсатора 9 переключателями на транзисторах 10, 11, 12, 13 между выходом блока питания 5 и общей шиной.

Первый электронный переключатель на транзисторах 10, 11 идентичен второму электронному переключателю на транзисторах 12, 13. Оба они представляют собой комплементарные эмиттерные повторители и управляются в противофазе друг другу за счет наличия на входе управления первого переключателя инвертора 14.

Управляющие коммутационные импульсы поступают в противофазе на входы управления электронных переключателей с выхода элемента 15 «исключающее или», выполняющего роль узла управления полярностью высоковольтных импульсов напряжения, поступающие на коронирующие электроды 2 и 3. Для этого используется свойство элемента «исключающее или» повторять на своем выходе полярность и форму импульсов, поступающих на один из его входов, если на втором его входе нулевой сигнал. Если же на этом входе сигнал становится единичным, то элемент работает как

инвертор по первому входу. Роль генератора импульсов, задающего длительность и частоту повторения коротких импульсов, выполняет первый генератор импульсов 16, собранный на двух последовательно соединенных инверторах 17, 18, в которых длительность коротких положительных импульсов на выходе инвертора 18 устанавливается потенциометром 20, а частота повторения этих импульсов - потенциометром 21. Если обозначить:

τ 1 - длительность коротких импульсов на выходе инвертора 18;

τ 2 - длительность пауз между короткими импульсами,

здесь: С 24 - емкость конденсатора 24 (Фарад);

R 19 - сопротивление резистора 19 (Ом);

R 20a - сопротивление левой по схеме части потенциометра 20 (Ом);

R 20b - сопротивление правой части потенциометра 20 (Ом);

R 21 - сопротивление потенциометра 21 (Ом);

R 22 - сопротивление в прямом направление диода 22 (Ом);

R 23 - сопротивление в прямом направление диода 23 (Ом).

Тогда частота следования импульсов

Частоту f 1 при настройке генератора ионов устанавливают оптимальной для выбранного типа трансформатора 7. Например, если в качестве трансформатора 7 применен строчный трансформатор от любого телевизора, то для него оптимальная частота f 1 =15625 Гц плюс - минус допуск, не ухудшающий режим работы трансформатора.

Изменением длительности импульса τ 1 изменяют концентрацию ионов обоих знаков в единице объема воздуха.

Роль генератора импульсов, задающего полярность импульсов на выходе элемента 15, выполняет второй генератор импульсов 26, собранный на последовательно соединенных инверторах 27, 28. Его схема и расчет параметров аналогичны вышеописанному, если положить в первом случае R 21 =0.

В генераторе импульсов 26 потенциометром 30 изменяется скважность импульсов при постоянной частоте следования этих импульсов f 2 . Подбором емкости конденсатора 33 и величины сопротивления потенциометра 30 заранее устанавливают f 2

Если при регулировке установить движок потенциометра 30 в среднее положение, то генератор ионов будет излучать одинаковое количество ионов обоих знаков. Изменением положения движка потенциометра 30 управляют коэффициентом униполярности ионов

n + - концентрация положительных ионов в см 3 воздуха;

n - - концентрация отрицательных ионов в см 3 воздуха.

При настройке генератора ионов по счетчику ионов вначале устанавливают необходимый коэффициент униполярности ионов, так как при его изменении меняется концентрация ионов обоих знаков - концентрация одних растет, а других - падает. Затем по счетчику ионов регулируют

потенциометром 20 длительность импульсов на выходе генератора импульсов 16, изменяя, тем самым, концентрацию ионов обоих знаков до нужной величины. В первом приближении коэффициент униполярности ионов при этой регулировке не меняется.

Допустим, что в какой-то момент времени на выходе генераторов импульсов 16 и 26 нулевые сигналы, то есть паузы между импульсами. В этом случае на выходе элемента 15 будет нулевой сигнал, который через инвертор 14 откроет транзистор 10 и закроет транзистор 11, а также закроет транзистор 12 и откроет транзистор 13. В результате нижний по схеме конец первичной обмотки 8 трансформатора 7 окажется соединенным с общей шиной, а конденсатор 9 будет подсоединен к выходу блока питания 5. Через конденсатор 9 и первичную обмотку 8 потечет ток заряда конденсатора, который создаст на выходной обмотке 6 трансформатора 7 экспоненциальный импульс, допустим, отрицательной полярности. Но его амплитуда будет меньше порога коронирования электродов 2 и 3 (это задается величиной напряжения питания, получаемого на выходе блока питания 5).

За время паузы между импульсами конденсатор 9 зарядится до амплитудного значения подаваемого на него напряжения питания. Появление короткого положительного импульса на выходе генератора импульсов 16 вызовет появление такого же по длительности импульса на выходе элемента 15. Этот импульс на время своего существования закроет транзистор 13 и откроет транзистор 12, а через инвертор 14 закроет транзистор 10 и откроет транзистор 11. В результате, к первичной обмотке 8 трансформатора 7 окажется приложенным двойное напряжение питания, обеспечиваемое блоком питания 5 - одно - непосредственно с блока питания 5 приложится к нижнему по схеме выводу обмотки 8, а второе - за счет заряженного конденсатора 9, который окажется подключенным между верхним по схеме выводом обмотки 8 и общей шиной. Через обмотку 8 потечет ток обратного направления, который создаст на выходной обмотке 6 трансформатора 7 положительный импульс напряжения, амплитуда которого будет выше порога коронирования электродов 2 и 3, и в воздухе появятся положительные ионы, которые вентилятором 4 будут выдуваться в окружающее пространство. По окончании импульса на выходе генератора импульсов 16 произойдет переключение первого и второго переключателей на транзисторах 10, 11 и 12, 13 в предыдущее состояние. Начнется новый заряд, вернее - дозаряд конденсатора 9, который за время действия импульса разряжается только частично. Это обеспечивается величиной емкости конденсатора 9 и максимальной длительностью импульса, за время действия которого конденсатор 9 разрядится до уровня, при котором напряжение на обмотке 6 останется выше порога коронирования. Далее этот процесс будет повторяться до тех пор, пока на выходе генератора импульсов 26 не появится положительное напряжение. После этого полярность импульсов и пауз на выходе элемента 15 изменится, то есть во время пауз на выходе элемента 15 будет единичное напряжение, а во время наличия импульсов - нулевое. Это приведет к смене полярности высоковольтных импульсов, подаваемых с обмотки 6 трансформатора 7 на коронирующие электроды 2 и 3. Произойдет это потому, что во время пауз между импульсами заряд конденсатора 9 будет происходить не через транзистор 10 и обмотку 8, а через транзистор 12 и обмотку 8 на общую шину,

то есть на конденсаторе напряжение заряда будет иметь другой знак, а при разряде напряжение питания из блока питания 5 через транзистор 10 сложится с напряжением на конденсаторе 9 и приложится к обмотке 8, нижний конец которой через открытый транзистор 13 будет подключен к общей шине. В результате коронирования электродов 2 и 3 в пространство теперь будут выдуваться вентилятором 4 отрицательные ионы. Это будет продолжаться аналогично вышеописанному до тех пор, пока импульс на выходе генератора импульсов 26 не окончится. Снова начнется образование положительных ионов. И так будет происходить непрерывное излучение то положительных, то отрицательных ионов некоторыми заданными порциями, которые будут сменять друг друга много раз в течение секунды. За пределами корпуса 1 генератора ионов за счет завихрений воздуха, создаваемых вентилятором 4, и за счет конвективных потоков воздуха, будет происходить практически равномерное перемешивание ионов обоих знаков, что снимает проблемы при измерении их количества в единице объема воздуха. А температурная стабильность работы генератора ионов определяется, в основном, только температурной стабильностью примененных в нем времязадающих элементов. И, что немаловажно, предлагаемый генератор ионов позволяет применять для работы любые строчные телевизионные трансформаторы, и не требует изготовления спецтрансформаторов, как это делается при использовании прототипа.

Формула полезной модели

Биполярный генератор ионов, содержащий расположенные в продуваемом корпусе коронирующие электроды, подключенные к выходной обмотке высоковольтного трансформатора с низковольтной первичной обмоткой, и блок питания, отличающийся тем, что он снабжен двумя электронными переключателями, двумя генераторами импульсов с регулируемой скважностью и узлом управления полярностью высоковольтных импульсов, например, в виде логического элемента “Исключающее ИЛИ”, входы которого подключены к выходам генераторов импульсов, а выход - ко входам управления электронных переключателей, причем ко входу управления одного из них он подключен непосредственно, а ко входу другого - через инвертор, выходы электронных переключателей подключены к первичной обмотке высоковольтного трансформатора, причем один из выходов подключен к указанной обмотке через вольтодобавочный конденсатор, а силовые входы переключателей включены между выходом блока питания и общей шиной.

В общем случае генератор аэроионов состоит из источника питания, высоковольтного блока и излучателя. На рис. 1 приведена схема генератора отрицательных аэроионов аналогичного тому, который предложил известный ученый А.Л. Чижевский в 1931 году. Высоковольтный блок генератора представляет собой схему преобразования и умножения напряжения источника питания до напряжения 50 кВ. Источник питания включает в себя трансформатор Тр1, мостовой выпрямитель, а также конденсатор С1 с выходным напряжением 12 В. Сердечник трансформатора Тр1 источника собран из пластин типа ШЗО (толщина набора 20 мм). Первичная обмотка трансформатора содержит 1500 витков провода ПЭВ-0,4, вторичная обмотка - 90 витков провода ПЭВ-0,9. Вместо этого источника питания подойдет любой другой с допустимым током нагрузки не менее 1,5 А.

Обмотки трансформатора Тр2 высоковольтного блока намотаны на сердечник от строчного трансформатора телевизора (типа ТВС-110). Обмотка I состоит из 14 витков провода ПЭВ-0,8 (отвод от середины); обмотка II - из 6 витков ПЭВ-0,8 (отвод от середины); обмотка III - из 8000 витков ПЭЛ-ШО-0,8 (или из 10000 витков ПЭЛШО-0,1). В обмотке III через каждые 800 витков на провода укладывается изоляционная прокладка из фторопласта толщиной 0,1 мм (от конденсаторов типаФТ). Допускается использовать конденсаторную бумагу толщиной 0,2... 0,3 мм, намотанную в 2...3 слоя. Такими же прокладками необходимо отделить друг от друга обмотки I и II, а также II и III.
Детали. Указанные в схеме транзисторы VT1 и VT2 (КТ837А) можно заменить транзисторами П217 с любой буквой, ГТ806 Б...Д, КТ837 с любой другой буквой. Вместо выпрямительных столбов VD5...VD10 подойдут КЦ105Д, КД201Д, Д1007. Высоковольтные конденсаторы -любые, рассчитанные на напряжение не менее 10 кВ.
Элементы генератора размещаются на монтажной плате из гетинакса или текстолита толщиной 2 мм, монтаж радиоэлементов - навесной. Корпус блока генератора выполнен из алюминия толщиной 1...2 мм, из этого же материала изготовлены радиаторы П-образной формы для транзисторов. Собранный блок размещают вблизи места подвеса излучателя так, чтобы 50-киловат-тный вывод был как можно короче. Для вывода берут высоковольтный провод автомобильной системы зажигания или телевизионный кабель РК-75 со снятой проволочной оплеткой.
Излучатель - экран, представляющий из себя медное кольцо, к которому припаяна сетка из медного же провода диаметром 0,3...0,5 мм (диаметр проволоки кольца 2 мм). Изоляция с проводов, конечно, убирается. Сетка имеет квадратные ячейки, выпуклая часть экрана, направлена вниз (рис. 2). В углы ячеек впаяны остро отточенные отрезки медной проволоки диаметром 0,25...0,5 мм и длиной 45...50 мм. К кольцу прикреплены подвесы - 3 медных провода диаметром 1 ...2мм, развернутые под углом 120° и спаянные над центром излучателя. Подвешивается излучатель к потолку при помощи кольца, изготовленного из диэлектрического материала. Провод от высоковольтного блока подсоединяют к проводам подвески либо к кольцу. Для контроля работоспособности «люстры Чижевского» на провод сетки излучателя подвешивают ленточку из папиросной бумаги размером 10x80 мм, сложенную вдвое. При нормальной работе нижние концы ленточки расходятся на 30° и более.

Сеанс лечения отрицательными аэрои-онами проводят в хорошо проветренной и чистой комнате при температуре 18...25 °С и нормальной влажности. Первая процедура длится 10 минут, затем, увеличивая время процедуры на 2...3 минуты ежедневно, продолжительность процедуры доводят до 30 минут. Процедуры проводят ежедневно, курс лечения 20...25 процедур. К повторному курсу возвращаются, как правило, через 6...8 недель. Для профилактики заболеваний «люстра Чижевского» включается через день на 5... 10минут.
Лечение с использованием «люстры Чижевского» рекомендуется при бронхиальной астме легкой и средней тяжести; при синуситах, рините, фарингите, ларингите, бронхите, ожогах, ранах, трофических язвах, неврозах; также при повышенной утомляемости, бессоннице, головной боли.
Противопоказания: тяжелые формы бронхиальной астмы, эмфизема легких, хроническая ишемическая болезнь сердца с явлениями декомпенсации, выраженный церебральный атеросклероз, активный туберкулез легких, резкое общее истощение организма.
Данная конструкция генератора аэроионов имеет следующие недостатки: высокая трудоемкость при изготовлении, а также необходимость периодического его отключения. Гораздо более привлекательной для самостоятельного изготовления представляется конструкция генератора, где в качестве ионизирующих электродов используется никелиновая или нихромовая проволока диаметром 0,1...0,3 мм. Применение проволоки в качестве электродов позволяет получить более равномерное, чем у игольчатых электродов, распределение аэроионов в помещении. Очень важным достоинством проволочных электродов является то, что при их работе не выделяются озон и окислы азота. При этом генераторы с такими электродами могут работать длительное время, не вызывая передозировки.
Схема генератора аэроионов, вырабатывающего постоянное отрицательное напряжение 20 кВ для питания проволочных электродов, представлена на рис. 3. В данной конструкции частота питающего напряжения 50 Гц повышается до 1000 Гц преобразователем надинисторе VS1. Шунтирование динистора диодом VD1 применено с целью уменьшения тока подмагничивания магнитопровода, что приводит к увеличению напряжения на выходе трансформатора. Таким образом, сетевое напряжение повышается при помощи трансформатора и умножителя напряжения, а затем через ограничительный резистор R4 подается на проволочные электроды.

Детали. В схеме использованы резисторы типа МЛТ; конденсатор С1 марки МБМ, рассчитанный на напряжение не менее 500 В (допускается его замена на конденсаторы типа МБГ; МБГО; К42-11; К42У-2). КонденсаторыС2...С5 - полисти-рольные типа ПОВ, но напряжением 10 кВ (допускается их замена на конденсаторы типа КБГ, К73-12). Вместо диода VD1 не возбраняется поставить какой-либо другой диод с импульсным обратным напряжением не менее 800 В, например, КД209Б или МД217. Высоковольтный трансформатор использован готовый, типа ТВС-90ПЗ. При отсутствии ТВС высоковольтный трансформатор наматывают на трубке из электрокартона с внешним диаметром 8 мм и длиной 150 мм, внутри которой располагают стержень из ферромагнитного материала (по размеру трубки). Первичная обмотка трансформатора содержит 60 витков провода ПЭВ-0,3, намотана она прямо на каркас. Затем обмотка изолируется (обматывается) 2...3 слоями конденсаторнойбумаги или слоем фторопластовой ленты. Вторичная обмотка содержит 5 тысяч витков провода ПЭЛШО-0,12, намотанных виток к витку (длина намотки 70 мм). Каждый слой провода вторичной обмотки отделяется от последующего одним витком фторопластовой ленты или двумя витками конденсаторной бумаги. Готовый трансформатор пропитывается парафином (допускается бакелитовый лак, а также клей БФ-2 или БФ-4). Умножитель на напряжение 18...22 кВ лучше подобрать готовый.
В качестве материала для проволочного электрода подойдет проволока из нихрома, никелина, константана или другого сплава с высоким удельным сопротивлением. Провода электрода располагают по периметру помещения. Разрешается натяжение одинарного электрода по диагонали или посередине потолка, но в этом случае эффективность генератора уменьшается примерно на треть.
При подвеске проволочного электрода в комнате следует соблюдать определенные требования. Так, расстояние провода от стен должно быть более 300 мм; от потолка - более 500 мм; между проводами - более 2500 мм. Высота проводов от пола - 2500 м. При нарушении этих требований уменьшается число генерируемых аэроионов и ухудшается равномерность их распределения в помещении.
Крепление проводов в углах осуществляется при помощи отрезка лески с металлической шайбой на конце (рис. 4). Таким образом, провода, прикрученные к одной шайбе, не могут не замкнуться, то есть образуют единый контур. Свободный конец каждой лески крепится к стене. Для стандартных жилых комнат обычно хватает четырех растяжек. На проволочном электроде нежелательно образование узелков; легкое провисание на эффективность генератора не влияет.

Монтаж высоковольтного выпрямителя производится на плате из текстолита или гетинакса толщиной 2 мм; корпус выпрямителя вырезается из листового металла толщиной 1...1,5 мм. Выпрямитель
подвешивается на стену на такой же высоте, что и провод. Ограничительный резистор и проволочный электрод соединяются отрезком высоковольтного провода длиной 150...250 мм (высоковольтный и электродный провода соединяют, наматывая на них несколько витков медного провода ПЭВ-0,2 с удаленной изоляцией).
Концентрация отрицательных ионов в зоне дыхания у данного генератора достигает 800 000 ионов/см3. Для контроля за работой генератора на электродном проводе крепят ленточку из папиросной бумаги (как и в случае «люстры Чижевского»).
Еще проще в изготовлении генератор отрицательных аэроионов, схема которого показана на рис. 5. Сборка его аналогична генератору, приведенному на рис. 3, с той лишь разницей, что число витков во вторичной обмотке трансформатора при самостоятельном его изготовлении составляет 2000 витков. Концентрация ионов данного генератора 300 000 ионов/см3.

Электрически заряжает молекулы воздуха и работает на высоком напряжении. Отрицательные ионы, или анионы – это частицы с одним или более дополнительными электронами, передающие частицам полный отрицательный заряд. Катионы – это положительно заряженные ионы, у которых отсутствует один или более электронов, что создает полный положительный заряд. Большинство коммерческих очистителей воздуха вырабатывают отрицательные ионы. Еще один тип ионизатора воздуха – это ионизатор ESD, или сбалансированный генератор ионов, который нейтрализует статический заряд.

Советский ученый и изобретатель Александр Чижевский создал так называемую люстру Чижевского в 1918-м г. Она была первым современным ионизатором.

Видео об ионизаторе воздуха

Ионные воздухоочистители

На изображении ионизатор и очиститель воздуха со снятыми пластинами сборки пыли.

Ионизаторы воздуха применяют в очистителях воздуха. Пылинки притягиваются к электродам под действием, подобно статическому электричеству. Эти ионы являются де-ионизированными при поиске заземленных проводников, которыми выступают стены и потолок. Чтобы повысить эффективность этого процесса, некоторые коммерческие приборы оснащают такими поверхностями внутри устройства. Частота нозокомиальных инфекций в Британских больницах подтолкнула Национальную службу здравоохранения (NHS) к исследованию эффективности анионов для очищения воздуха. Пандемия тяжелого острого респираторного синдрома повысила спрос на ионизаторы для домашнего пользования на Дальнем Востоке и Японии. Там многие товары были оснащены генераторами отрицательных ионов, например зубные щетки, холодильники, кондиционеры воздуха, очистители воздуха и стиральные машины . Для таких приборов нет специфических стандартов. Производитель ноутбуков ASUS установил встроенный ионизатор воздуха в модель N51Vf.

Ионы и озон

Не следует путать ионизаторы с генераторами озона, даже если оба устройства работают аналогично. В ионизаторах обычно применяют электростатические пластины для выработки положительно или отрицательно заряженных ионов газа, например, N 2 - или O 2 - , и частицы слипаются под действием, подобному статическому электричеству. В генераторах озона дополнительный ион кислорода притягивается к молекуле O 2 . Эти генераторы работают на основе лампы коронного разряда или ультрафиолетового излучения. Даже самые лучшие ионизаторы вырабатывают небольшое количество озона.

При высокой концентрации озон может быть токсичным для бактерий, распространяющихся по воздуху, и может разрушить или уничтожить эти иногда инфекционные организмы. Однако допустимая концентрация является достаточно токсичной для человека и животных, поэтому Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США настоятельно требует не использовать озонотерапию в качестве медицинского лечения. Оно предприняло действия против тех, кто не выполняет это требование. Озон является высокотоксичным и чрезмерно активным газом. Средняя суточная доза свыше 0,1 м.д. (0,2 мг/м3) не рекомендуется, и она может повредить легкие и даже клетки обонятельных луковиц.

На фото представлен эффект стерилизации воздуха с отрицательно заряженными ионами в камере, наполненной бактериями Salmonella enteritidis. Образец слева не обработан, образец справа обработан.

Судебное разбирательство Consumer Reports

Некоммерческий журнал о тестировании товаров в США Consumer Reports опубликовал в октябре 2003-го г., что ионизаторы воздуха не соответствуют достаточно высоким стандартам по сравнению с обычными HEPA-фильтрами. Исключением оказался совмещенный прибор, который работал на воздуходуве, с помощью которого воздух перемещается в процессе его ионизации. В ответ на эту публикацию The Sharper Image, производитель ионизаторов воздуха помимо других товаров подал в суд на Общество потребителей (издателей Consumer Reports ) за диффамацию товара. Журнал дал «отрицательную оценку» Ionic Breeze и другим популярным приборам за их низкий коэффициент подачи чистого воздуха (CADR). CADR измеряет количество очищенного воздуха, циркулирующего в течение короткого периода времени и первоначально был предназначен для измерения коэффициента средних очистителей воздуха. The Sharper Image заявил, что этот тест был неудачным способом оценки Ionic Breeze, поскольку он не берет в расчет другие особенности, например 24-часовое длительное очищение , простоту в обращении и режим тихой работы. Федеральный районный суд США Северного округа в Калифорнии впоследствии отклонил жалобу The Sharper Image и закрыл дело по причине, что The Sharper Image не удалось доказать ложность всех заявлений, сделанных Consumer Reports . По окончательному решению суда в мае 2005-го The Sharper Image должен был заплатить 525 000 USD Обществу потребителей за судебные расходы.