Coat Spin V1 (כמעט אנלוגי): 9 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

לא כל הציוד מיועד להחזיק מעמד, אני סטודנט/חוקר הלומד חומרי סרטים דקים לטכנולוגיה סולארית. פעם אחת מכלי הציוד שאני תלוי בהם נקראת מצפה ספין. זהו כלי המשמש לייצור סרטים דקים של חומר מתמיסה נוזלית או מבשר. ניתן לחלק את הסרטים הדקים האלה למכשירים כמו תא פאנלים סולאריים או נוריות LED.

באוניברסיטה שלי היו לנו בעיות רבות עם המוצרים המסחריים הזולים יותר הזמינים במחיר של כמה אלפי דולרים. מכסי ספין מסחריים אלה עושים שימוש בצ'אק ואקום בכדי להחזיק דגימות והבעיות שנתקלו בהן כוללות מנועים שנתפסו, צ'אקי ואקום סתומים, קבלים עישון בין היתר שהשפיעו על המשוב שעליו הסתמכה בקרת המהירות. אני לא מודע לבעיות של כל קבוצת מחקר איתם, אבל אני יודע שבדרך כלל היה אחד לפחות שתוקן או מחכה לתיקון בכל זמן נתון.

העיצוב שאני משתף הוא פשוט, הוא השתמש בהתחלה בקלטת דו צדדית במקום צ'אק ואקום כדי להחזיק דגימות, זה עודכן מאוחר יותר לעיצוב קל יותר לשימוש (ראה שלב 6). הוא פועל למעלה משנה בשימוש קל. לא היו בעיות מלבד שחיקת ממסר (זה לא היה ממסר חדש בהתקנה).

הפרויקט עשוי ברובו מחלקים שנמצאו כמו מנוע עם דירוג הנוכחי של 1 "למידה" (500 mA), בטון, עץ בנייה וכמה רכיבים אלקטרוניים שהוצאו.

אספקה

אני מצפה מכל מי שמנסה את הפרויקט הזה לבצע וריאציות אז זו רשימה לא ממצה של מה שצריך לפרויקט.

הליבה:

מנוע DC המסוגל לא פחות מ- 4000 סל ד

צ'אק עשה עבור המנוע הנבחר (נדון בהמשך)

תָא:

אמבט פלסטיק עגול (השתמשתי באמבט יוגורט)

פלסטיק עבה או אלטרנטיבה לציפוי תחתית האמבטיה

מגבת נייר

קלטת

הר:

חתך של אורן 38x228 מ מ (משמש בדרך כלל לקורות בגגות)

ציר באורך 30 מ מ

גומי או קצף קשיח (הרכבה על מנוע)

בורג M6 עם מברג מתאים לראש

אגוז M6

מכונת כביסה 6 מ מ

בסיס ומתלים:

בסיס כבד (השתמשתי בלוק בטון בחיתוך לפי מידה)

מוט הברגה M6

9x M6 אגוזים לסור הברגה

3x קפיצים ארוכים בקוטר 8 מ מ

12 x 6 מ מ מכונות כביסה

שליטה בסיסית:

קופסת פרויקט (השתמשתי באמבט גלידה, זה תירוץ טוב לאכול גלידה)

ספק כוח 12V (השתמשתי ב -2 כדי שהמנוע יכול להיות על מקור נפרד)

1x דיודות מיישר עבור המנוע

טיימר דו -שלבי:

2x n-channel MOSFET (כגון IRF540)

2x 47 כובע uF אלומיניום 35V

2x B500k סיר כפול שקף

נגד 200K

נגד 10K

2x דיודות מיישר לממסרים

איש קשר רגעי באמצעות לחצן

ממסר SPST (התחלה/עצירה של טיימר)

ממסר DPDT (מעבר מהירות טיימר 1/מהירות 2)

מעגל PWM:

טיימר NE555 1x

נגד 1x 1k

2 קבלים 10nC

1x N-channel MOSFET (כגון IRF540)

1x גוף קירור ל- MOSFET

1x מכונת כביסה סיליקון מבודדת לגוף הקירור

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

2x 10k סירים (מחזור עבודה)

1x דיודות מיישר לממסרים

בדיקת מהירות המנוע:

אִידֵאָלִי:

מד מהירות אופטי.

חֲלוּפָה:

קלטת

חוט דק כמו חפץ קשה (למשל חוט, קיסם, מהדק)

מחשב עם "Audacity" מותקן

שלב 1: האם יש לך מנוע מתאים?

רוב מצעי הספין צריכים לעבוד בטווח מהירות של 500 עד 6000 סל"ד. העבודה שלי צריכה 2000 ו -4000 סל"ד כמהירויות הייבוא הגבוהות ביותר, כדי שאוכל להסתפק במנוע DC שהיה לי מונח שעבד בטווח של 1100 עד 4500 סל"ד, המנוע שלי יכול לפעול לאט יותר למרות שהמהירות האיטית יותר פחות אמינה בגלל ההתנגדות במנוע.

מצאו מנוע ואספקת חשמל מתאימים אם יש לכם מנוע 12 וולט. התאם את המתח הנדרש על ידי המנוע שלך וזרם אספקת החשמל באופן אידיאלי צריך להיות 20% יותר מהנדרש על ידי המנוע. אם יש לך מנוע 24 וולט תצטרך ממיר הורדה או ספק כוח נפרד כדי לספק 12 וולט לאלקטרוניקה.

בשלב הבא נרצה לבדוק את המהירויות המינימליות והמקסימליות שהמנוע שלך יכול להכיל. אם יש לך ספק כוח עם מתח ניתן לבחירה/מתכווננים השתמש בזה, אם לא בנה את מעגל ה- PWM המוצג במעגל הבקרה הלאה (או מעגל הבקרה המלא).

שלב 2: בדיקת מהירות

טכומטר אופטי הוא כלי נהדר לבדיקת מהירות המנוע אם אתה יכול לשים יד על אחד, כאן אני מציג שיטה חלופית.

חלק א

1. הכינו מחשב להקלטת אודיו עם "Audacity" שהוא עורך אודיו בחינם.

2. כרוך סרט מסביב לפיר המנוע שלך (סרט דבק או מסכה יעבוד היטב).

3. הגדר את המנוע למהירות הנמוכה ביותר שהוא יכול לנהל.

4. התחל להקליט אודיו.

5. לפי הסרטון לקטע זה, הביאו סיכה מתכת, מסמר או מהדק נייר במגע קל עם הקלטת למשך מספר שניות.

6. עצור את ההקלטה.

7. חזור על המהירות המרבית.

8. צפה בשמע וחשוב את סל ד.

כאשר אנו יוצרים קשר עם הקלטת בעזרת סיכת המתכת, אנו רוצים שהיא בקושי תיגע. ככל שתקרב את הסיכה לפיר המנוע כך הקלטת צריכה להתכופף כדי לעבור אותה וככל שאנו מאטים יותר או תופסים מומנטום מהמנוע. אם המגע בין הקלטת לבין סיכת המתכת הוא קל מדי, יתכן שלא נקבל מספיק עוצמה בהקלטה כדי לספר לנו מתי נוצר קשר. לחישוב סל ד מהאודיו ב- Audacity (ראה תמונה למעלה)

חלק ב

1. הגדל את האודיו עד שתראה פסגות מובהקות של המקום שבו הסיכה יוצרת קשר.

2. לחץ לחיצה שמאלית על שיא והחזק, הזז את העכבר כך שהאזור שנבחר יכסה לפחות 5 פסגות.

3. ספרו את מספר הפסגות.

4. השתמש בתצוגת השעה "התחלה וסוף קטע" בתחתית החלון כדי לקבל את הזמן שלקח לשיאים/סיבובים להתרחש.

5. (מספר הפסגות)/(זמן בשניות) = סיבובים לשנייה

6. סל ד = (סיבובים לשנייה)*60

חשוב לוודא שהמנוע שלך יכול לעבוד במהירויות הדרושות לך לפני בניית המארז עבור אותו מנוע. נחזור על בדיקת המהירות בסוף לכיול, לאחר מכן נשמט את שלב 7 של חלק א והחלף את שלב 3 בכל מהירות שאנו בודקים.

שלב 3: דוגמת צ'אק

החלק החשוב ביותר במבנה זה הוא צ'אק הדגימה. עבור צ'אק האלומיניום, חבר שלי (גרי) הדליק אותו על מחרטה, ואז נקש על חוט כך שיתאים למנוע הספציפי שלי (חוט אימפריאלי במקרה שלי). עבור מנוע עם חוט בורג על הציר, הרכבה של הצ'אק היא פשוט לדפוק אותו ברגע שהוא עשוי (קישור). אני מוצא את זה קל יותר למרות שיש סיכוי גבוה יותר להיות אחד מהמצ'וק שהרכב מותקן. אם אתה משתמש במנוע עם פיר חלק לא יהיו לך בעיות עם "משחק" בחוט. האתגר כאן הוא שצריך יהיה להדביק את הפיר או שיהיה אפילו טוב יותר עם בורג גרוט כדי להדק אותו על הפיר.

אם יש לך גישה למחרטה ממתכת ומישהו שיוכל להשתמש בה אז הכי טוב שלה לסובב את הצ'אק. אם למנוע שלך יש חוט, הקש על חוט במרכז הצ'אק. עבור מנוע עם פיר חלק תצטרך להשתמש במשהו כמו בורג גריפה כדי ללחוץ על ציר הפיר ולהחזיק אותו במקומו.

אלטרנטיבה המוצגת בתמונות למעלה היא לקחת מסור חור ולחתוך דיסק בעזרת מקדחה. בעקבות זה השתמש ברז כדי להקיש חוט למרכז. אם יש לך חומר רך אתה יכול להסיר את החומר בעזרת סכין, לחומר קשה יותר יהיה קובץ מתאים. לאחר מכן ניתן למלא את החלק העליון של החור באפוקסי או שניתן לחתוך חיתוך מיריעת מתכת על פני השטח.

בטיחות: לא מומלץ להשתמש בדבק/אפוקסי על הצ'אק מכיוון שאם הדבק נכשל … לאן הצ'אק הולך. הצ'אק מסתובב במהירות גבוהה במהלך השימוש, מה שהופך את הצ'אק מצלחת מתכת דקה כדי להפוך אותו לדיסק חיתוך. אני ממליץ להשתמש בחומר בעובי של לא פחות מ -5 מ מ.

שלב 4: בנה את הר המנוע - בסיס ומעיינות

תושבת המנוע צריכה לשרת 2 מטרות, לשמור על המנוע במקום ולבלום רעידות. התושבת שתעשה תהיה ספציפית למנוע שלך. אתאר את מה שעשיתי כדי לתת לך מושג כיצד להכין בעצמך. לחלק מהמנועים יש אוורור בצד, לכן שימו לב היכן זה נמצא ושמרו על ניקיון לקירור.

בסיס ומעיינות מצא בסיס כבד מספיק גדול לפרויקט. מצאתי קטע בטון בעובי מתאים וחתכתי אותו לפי גודל בעזרת להב מטחנת זווית יהלום. ריצוף בטון או פלטת מתכת עבה אמורים לעבוד לא פחות טוב. אם אתה יכול, נסה למצוא משהו שלא צריך לחתוך.

האבנים בבטון מקשות על הקידוח ולפעמים פירושו שחורים ייסחפו לצד. אז קידחתי חורים בבסיס עבור הבר הברגה לפני שסימנתי את החורים על בית המנוע (אם יש לך חומר נוח יותר הסדר לא ישנה).

1. לקדוח את החורים לסור המושחל בעזרת מקדח בנייה בקוטר המוט המושחל.

2. השתמש במקדח בנייה גדול בהרבה כדי לשקוע את קצה מוט הברגים, הכביסה והאגוז שיהיו מתחת לבסיס.

3. סמן את החורים בבלוק העץ של המנוע עבור מוט הברגה או על פיסת נייר לשימוש מאוחר יותר כתבנית.

4. חותכים את מוט ההברגה לאורך, מסדרים את הקצה החתוך ובודקים שהחוט עדיין טוב. הנחת אגוז על המוט לפני החיתוך. כאשר זה מוסר לתקן זה יכול לתקן/ליישר את החוט, אם הוא לא ניזוק מדי לאחר מכן.

5. הניחו את הסורגים דרך הבטון ואחריהם מכונת כביסה ואום מכל צד.

6 א. אם הצלחת למצוא קפיצים ארוכים ונוקשה מספיק כדי לתמוך במנוע ובבית אתה יכול למקם אותם ואחריהם מכונת כביסה עבה. יש צורך במכונת כביסה עבה מכיוון שמכונת כביסה דקה עלולה להיתפס בחוט. אתה יכול להכין מכונות כביסה משלך על ידי קידוח חור דרך פיסת מתכת מתאימה וסיום החור בקובץ.

6 ב. אם אתה מעדיף לא להשתמש במעיינות ניתן להשתמש באגוז ובמכונת כביסה במקום זה, החיסרון הוא שזה לא ישמש לדיכוי רעידות המנוע.

שלב 5: בנה את הר המנוע - דיור מנוע

בית המנוע היה עשוי כמו מהדק, פיסות אורן היו צירים יחד עם חלל במרכז ואום וברג כדי להדק אותו מוצק. העץ המשמש לדיור שלי היה חתך מקורה עם חתך רוחב של 38X228 מ מ.

1. בדוק את גודל העץ שאתה צריך עבור המנוע שלך וסמן אותו מהחתיכה כמו (א) בתמונה למעלה.

2. סמן חור שאינו קטן מקוטר המנוע שלך, אנו זקוקים למעט מקום לרצועת הגומי שתהיה בין המנוע לבית. ההרכבה סלחנית לגודל החור בגלל המהדק כמו הרכבה (ציר ובורג).

3. לקדוח חור טייס ולאחר מכן לקדוח את החור באמצעות מסור חור. מסור החור שהשתמשתי בו רק חתכים בעומק של כ -22 מ מ, כך שקדחתי בחצי הדרך מכל צד.

4. סמנו וקדחו את החורים עבור מוט הברגה אשר יתמוך בבית המנוע. אלה צריכים להיות עבים בעובי 1 מ מ לפחות מהסול המושחל כדי לאפשר תנועה חופשית.

5. הברג את הציר לפי (ב) בתמונה למעלה, והסר אותו. זה כדי ליצור את החורים.

6. חותכים את הצורה כמו (ב) בתמונה למעלה, השתמשתי במסור אחורי.

7. הצורה מאפשרת לנו לקבל את הבריח מול הציר. לקדוח את החור עבור הבורג כפי שמוצג ב (ג) בתמונה למעלה. החור צריך להיות גדול בכ- 2 מ מ מהבורג בכדי לאפשר פתיחה וסגירה קלה של המכלול.

8. חותכים את החלק לאורך באורך כמו ב- (ד) בתמונה למעלה ואז הברג את הציר פנימה.

9. עטפו את המנוע ברצועת גומי והניחו בבית, את הכנס והדקו אגוז, בורג ומכונת כביסה בכדי להחזיק את הבית סגור, הפכו את זה ליציב אך לא חזק מדי. אם המנוע שלך כולל אוורור בצד, הקפד לא לחסום את זרימת האוויר שלו.

10. הניחו את בית המנוע על הבסיס. וודא שהקפיצים נמצאים במקום עם מכונת כביסה מעל. הנח מכונת כביסה ואום על 3 מוטות ההברגה כדי להחזיק את המנוע. ניתן להניח כרית גומי נוספת בין בית המנוע למכונת הכביסה על מנת להפחית טוב יותר את הרטט.

11. הדק את 3 האגוזים בעזרת מפלס להנחיה.

שלב 6: בנה את הר המנוע - תא

להכנת החדר השתמשתי באמבט יוגורט שקוף ובדף פלסטיק עבה.

1. בעזרת סכין לחתוך צורה בבסיס המיכל שאפשר להעביר את הצ'אק (עבור צ'אק שלא יוסר לניקוי). חתכתי אלכסוני על בסיס המכל ומאפשר יותר מקום לתמרן את המיכל כך שיתאים לצ'אק מבלי להגדיל את החור במרכז.

2. תקן את המיכל במקומו בעזרת מעט סרט על החלק החיצוני של המיכל. אני מעדיף זאת על פני הרכבה קבועה לניקוי קל יותר.

3. הניחו מעט מגבת נייר בתחתית המיכל כדי לספוג נוזלים במהלך ציפוי הספין, ולאחר מכן כסו את התא בתוך רדיד אלומיניום. השתמש במקצת קלטת היכן שצריך כדי למנוע זאת מלגעת בפיר או בצ'אק. יש לשנות את "ההלבשה" הזו מעת לעת. נייר הכסף תופס את רוב הנוזלים ומגבת הנייר סופגת את רוב מה שעובר את הנייר.

בונוס: לאחר שהשתמשתי בשיטת הקלטת הדו צדדית לצירוף דוגמאות, לקחתי רמז מאוסילה (יש להם ציוד מעבדה איכותי) וחתכתי כרטיס אשראי ישן כדי לייצר דגם נטול ואקום/סרט דביק.

שלב 7: בניית מעגל הבקרה

במבט על תמונות למעלה תראה תרשימי מעגלים מסודרים ויישום לוח לחם. השתמשתי באספקי כוח נפרדים של 12V 500mA עבור המנוע ומעגל הבקרה מכיוון שהמנוע מדורג עבור 500mA, ככלל אצבע עדיף שיהיה לו 20% קיבולת נוספת על ספק הכוח שלך. אם יש לך ספק כוח שיכול לספק מספיק זרם לשניהם, מצוין.

במקום לעשות צעד אחר צעד, בואו נסתכל על מה שכל חלק עושה.

מעגל בקרת הזמן מפעיל ומכבה את ציפוי הספין, ושולט באילו משני השלבים/מצבים שמעגל ה- PWM נמצא ומתי לעבור.

זה נעשה על ידי הפעלת 2 ממסרים על אף טרנזיסטורים של MOSFET. ממסר SPST שולט ומכבה, וממסר DPDT שולט באילו משני הסירים קובעים את מחזור העבודה של מעגל ה- PWM.

מעגל ה- PWM הוא פשוט טיימר NE555 בפעולה מדהימה. מחזור הפעולה הנשלט על ידי סירים, כאשר היחס בין ההתנגדות שנקבעה לערך הסיר הוא מחזור העבודה (ראה "בלוק בורר המהירות" בסכימה).

לחייב:

MOSFETS משמשים מכיוון שהם מאפשרים מעבר של כוח ציור זרם זניח דרך מסוף השער שלהם. זה מאפשר לנו לאחסן מטען בקבלים כדי להפעיל את ה- MOSFETS אשר בתורם מניעים את הממסרים. כפתור לחיצת מגע לרגע משמש לטעינת הקבלים. דיודות משמשות בין המגע הרגעי לבין הקבלים כדי למנוע זרימת זרם מקבל אחד לשני.

פְּרִיקָה:

העיקרון לשליטה בזמן של 2 השלבים הוא פריקת קבלים באמצעות התנגדות. התנגדות זו נקבעת על ידי סירים, ככל שההתנגדות גבוהה יותר כך הפריקה איטית יותר. זה אידיאלי בעקבות τ = RC, כאשר τ הוא תקופה או זמן, R הוא התנגדות ו- C הוא קיבול.

במעגל הזמן בו משתמשים ישנם 2 x 500K סירים כפולים, פירוש הדבר שלכל סיר יש 2 סטים של מסופים. אנו מנצלים זאת על ידי חיווט הסיר השני בסדרה עם עצמו ובסדרה עם אחת ממערכות הטרמינל הראשון של הסירים. בדרך זו כאשר אנו מגדירים התנגדות על הסיר הראשון הוא יוסיף את ההתנגדות המקבילה לשני. הסיר הראשון מוגבל ל- 500K בעוד שהדרך השנייה מחויימת, תהיה לו התנגדות של עד 1000K בתוספת ערך הסיר הראשון. כדי לכלול התנגדות מינימלית הוספתי עוד נגד ערך קבוע לכל שורה לפי תרשים המעגל.

שלב 8: כיול ובדיקה

לאחר שסיימתי את ציפוי הספין המשכתי לבדוק אותו. בתמונת הדגימות למעלה יש מדגם (היברידי-פרובסקיט) שנעשה על מעיל ספין יקר בצד שמאל ועל ציפוי הספין המתואר במדריך זה מימין. אלה מצעי הספין הוגדרו לאותה מהירות.

ניתן לכייל את ציפוי הספין כנגד מתח או נגד המיקום של סירים המהירות שלך. בתחילה כיליתי באמצעות מתח ואחריו סימון המהירויות/העמדות בהן אני משתמשת לרוב על הסירים.

בעת כיול עם מתח אני לא בטוח אם מולטימטרים שונים יקראו את אות ה- PWM כמו אותו מתח, בגלל זה אני תמיד משתמש באותו מולטימטר שמכויל איתי אם אני צריך להגדיר את ציפוי הספין למהירות שאין לו קשר צִיוּן. המתח נקרא ביציאה המוזנת למנוע. המולטימטר לא היה מחובר בזמן נמדדות המהירות כדי להימנע מהאפשרות שהרב -מד יוריד את הזרם המסופק למנוע.

1. בחלק אודות בדיקת מהירות מפורט תהליך לבדיקת מהירות. חזור על תהליך זה במיקומים שונים על סירי בקרת המהירות, נסה לכלול את המהירויות שבהן אתה מתכוון להשתמש במכסה הספין ומהירות המינימום והמקסימום. בערך 5 מדידות אמורות להספיק. עבור כל מהירות רשמו את המיקום ו/או המתח.

2. הכנס את מהירות הכיול והמתחים ל- Microsoft Excel, ולאחר מכן שרטט גרף

3. הוסף קו מגמה לנתונים שלך. השתמש בהתאמה הפשוטה ביותר שתסביר את מגמת הנתונים, באופן אידיאלי פולינום ליניארי או מסדר שני.

3 א. כדי לעשות זאת ב- Excel, בחר את התרשים המתוכנן שלך, עבור ללשונית הפריסה ברצועת האפשרויות

3 ב. לחץ על סמל "קו המגמה".

3 ג. בחר "אפשרויות קו מגמה נוספות"

תלת מימד. בחר את האפשרות שלך וסמן "הצג משוואת תרשים" ו"הצג ערך ריבוע בריבוע בתרשים"

אני מקווה שיש לך התאמה טובה, עכשיו אתה יכול להשתמש במשוואה כדי לחשב את סל ד מהמתח המסופק למנוע.

מכיוון שהקורא הוא כנראה מדען …

טכניקת פיפטה: בסרטון השתמשתי במיקרו פיפטה בזווית, זה עזר לי להרחיק את היד מהסרטון. באופן אידיאלי, הפיפטה צריכה להיות אנכית וקרובה לדגימה/מצע מבלי לגעת בה כפי שניתן לחזור עליה באופן מהימן.

איכות הסרט: ניתן למנוע חלק מהתכונות בסרטים הדקים המופקדים בתמונה על ידי סינון פתרונות המבשר לפני השימוש (כגון שימוש במסנן PTFE 33 אום). צבע הסרט הבהיר יותר הנשקף ממכסה הספין ה"מהודר "עשוי להיות תוצאה של קצב העליה והאווירה. ציפוי הספין "המהודר" יוצר לפעול רק עם זרימה גבוהה של גז אינרטי מכיוון שכך הסרטים היו מצופים ספין בחנקן על ציפוי הספין "המהודר" ואוויר במעטף הספין DIY.

שלב 9: הכרות

חלק קצר זה לתת הקשר של המקום בו אני לומד והקבוצות התומכות במחקר שלי המתמקד סביב פוטו-וולטאיות היברידיות- perovskite.

• אוניברסיטת Witwatersrand, דרום אפריקה
• קרן המחקר הלאומית (NRF), דרום אפריקה
• GCRF-START. בְּרִיטַנִיָה
• גרי (שעיבד את צ'אק ספין האלומיניום)