Ультразвуковые стиральные машины - что это?

Общие сведения

Многим известно применение ультразвука при очистке различных поверхностей. Например, в промышленности для этого используются так называемые ультразвуковые ванны. Для бытового применения в отечественных торговых сетях появились ультразвуковые стиральные машины (УЗСМ). По словам производителей, эти УЗСМ не только могут стирать белье, но и дезинфицировать его.

Попробуем разобраться, так ли это.

Как отмечают производители, процесс стирки УЗСМ происходит под воздействием кавитации.

 

Примечание. Кавитация (от латинского cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупариода разрежения (акустическая кавитация).

Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, формируя при этом ударную волну.

Негативное воздействие подобного явления хорошо знакомо, например, транспортникам и гидроэнергетикам — кавитация разрушает гребные винты судов и гидротурбин.

 

 

Начнем с того, что ультразвук без образования кавитационных пузырьков работает в жидкости, как ОЧЕНЬ плохая «мешалка» (на самом деле эксперименты показали, что ультразвук «стирает» белье очень плохо даже в условиях развитой кавитации). Дело в том, что действие кавитации (применительно к УЗСМ кавитация выполняет «стирающее», вымывающее или перемешивающее действие) наиболее активно проявляется только в дистиллированной воде.

Даже небольшие добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), а к ним относится и стиральный порошок, значительно снижают интенсивность этого действия. Учитывая то, что мощность ультразвукового излучения УЗСМ очень мала (единицы Ватт), действие кавитации на процесс «стирки» так незначительно, что им вообще можно пренебречь.

Хочется отметить, что волновое сопротивление белья в воде сравнимо с самой водой (как таковая граница волнового раздела «белье-вода» отсутствует), следовательно, белье будет колебаться с той же амплитудой, что и вода.

Коэффициент затухания ультразвуковых волн в белье составляет 30...60 дБ/м. Таким образом. какое-то ощутимое воздействие излучения УЗСМ на белье может происходить только на очень небольшом расстоянии (несколько сантиметров).

Но и это не самое главное — сам процесс стирки основан на вымывании грязи из белья. Для этого частица грязи должна хотя бы выйти за пределы ткани. Поскольку белье и прилегающий к нему слой воды под воздействием ультразвука колеблются синфазно (вследствие отсутствия границы раздела двух сред), то относительного перемещения белья и грязи не происходит. следовательно, нет и вымывания грязи.

Поэтому белье стирается ТОЛЬКО за счет пассивного перемешивания в жидкости раствора ПАВ.

В заключение отметим, что если при обычной стирке (замачивании) пользоваться качественным стиральным порошком, эффект будет тот же, что и применение УЗСМ в этом же растворе.

Как говорится, комментарии излишни.

А теперь рассмотрим, что же внутри этого «чуда техники» — УЗСМ.

Описание принципиальной схемы

В торговых сетях нашей страны можно найти несколько типов УЗСМ со схожими характеристиками. Остановимся на одной из них.

Принципиальная схема одного из вариантов УЗСМ приведена на рис. 1.

 

Принципиальная схема  УЗСМ

Рис. 1

 

Из схемы видно, что основа машины — однокаскадный автогенератор, частота генерации которого определяется в основном параметрами пьезоэлемента (ультразвукового излучателя).

Генератор питается нестабилизированным напряжением 14В. Примечательно, что на выходе сетевого выпрямителя устройства отсутствует фильтрующий электролитический конденсатор, следовательно, автогенератор питается пульсирующим напряжением.

Нужно отметить, что в последнее время в отдельных типах УЗСМ на выходе выпрямителя устанавливается фильтрующий электролитический конденсатор небольшой емкости.

Перечислим основные элементы, входящие в состав этого устройства:

  • L1,L2 — согласующие дроссели;
  • С1 R2 — цепь обратной связи автогенератора;
  • VD5, VD6, RЗ — элементы цепи индикации работоспособности генератора;
  • R1 — резистор смещения;
  • VT1 — транзистор автогенератора;
  • BF1 — пьезоэлемент (излучатель).

Эта схема достаточно проста, поэтому не нуждается в подробном описании.

Отметим лишь, что подобный генератор критичен к низкому питающему напряжению. Если оно становится меньше 11...12 В, что соответствует сетевому напряжению менее 190 В, генератор просто не будет запускаться.

Форма сигнала на излучателе показана на рис. 2.

Форма сигнала на излучателе УСЗМ

Рис. 2 Форма сигнала на излучателе УСЗМ

Из него видно, что сигнал представляет собой пачки, заполнение которых — импульсы частотой около 100 кГц. Частота следования пачек — 100Гц.

Амплитудное значение сигнала на выходе генератора достигает 100 В (при условии, если излучатель погружен в воду). Если излучатель находится в воздухе, напряжение может быть выше.

Как проверить работоспособность УЗСМ по внешним проявлениям

По заявлениям производителей, работоспособность УЗСМ можно проконтролировать по свечению контрольного индикатора. Однако этого бывает недостаточно — например, были зарегистрированы случаи, когда уровень сигнала на пьезоэлементе был значительно ниже нормы (50...70 В), при этом индикатор светился (естественно, с меньшей интенсивностью).

Проверить работоспособность УЗСМ можно достаточно просто и без использования измерительных приборов — нужно опустить излучатель УЗСМ в воду (машинка должна быть включена) и поместить его максимально близко к поверхности воды. При исправной УЗСМ на поверхности воды (над излучателем) можно наблюдать достаточно заметный (высотой 1...2 мм) «горб».

Есть еще интересный способ проверки работы УЗСМ — для этого необходимо поместить излучатель в газированную воду. Обильное выделение пузырьков газа на поверхности излучателя свидетельствует о работоспособности машинки.

Возможные неисправности УЗСМ и способы их устранения

УЗСМ не работает (индикатор не светится)

Причин подобного дефекта может быть несколько. Наиболее частой является обрыв в цепи излучателя. Это бывает вызвано тем, что по тем или иным причинам, на одной из сторон кристалла излучателя отслаивается серебряное напыление. Естественно, при отсутствии контакта с пьезоэлементом автогенератор перестает работать, транзистор VT1 открывается, сильно перегревается и часто выходит из строя (бывает даже, что разрушается его корпус). Как говорится, причина одна, а последствия совсем другие.

Многие ремонтники в подобной ситуации начинают искать замену транзистору и пьезоэлементу. Что касается последнего, найти ему достойную замену достаточно трудно. Проблема усугубляется тем, что достать его из корпуса достаточно проблематично — пьезоэлемент в подобных случаях обычно разламывается, так как он чрезвычайно хрупок, да к тому же залит герметиком.

Внешний вид излучателя показан на рис. 3.

Рис. 3 Излучатель УСЗМ

 

Если нет возможности найти аналогичный излучатель, при подборе альтернативной замены следует учесть следующие моменты:

  • резонансная частота пьезоэлемента должна быть около 100 кГц;
  • размеры пьезоэлемента должны быть соизмеримы с оригинальным (например, в рассматриваемой модели УЗСМ диаметр диска пьезоэлемента составляет около 25 мм, а толщина — 1 мм). Особое внимание здесь следует обратить на то, чтобы толщина пьезоэлемента не была более 1,5 мм, в противном случае автогенератор УЗСМ не будет запускаться.

После установки аналога пьезоэлемента (автором использовались элементы, выполненные из титаната бария отечественного производства), автогенератор может не заработать. В этом случае можно восстановить генерацию подбором номинала резистора R1, а также элементов цепи обратной связи R2 С1.

Если запустить автогенератор все равно не удается, нужно искать более точный аналог пьезоэлемента.

Что же касается замены транзистора VT1, то наиболее удачным аналогом является 2N5551 в корпусе ТО-92 (температура его корпуса после установки в УЗСМ не должна превышать 50 °С).

Приведем основные параметры этого транзистора: Vсео = 160 В, Bсbо = 180 В, Iс = 600 мА, Р= 625 мВт, h21Е = 250, Fт = 300 МГц.

Тип оригинального транзистора выяснить не удалось, так как во всех рассматриваемых экземплярах УЗСМ на его корпусе была удалена маркировка.

В процессе подбора аналогов прошли испытания более 50 типов транзисторов как отечественного, так и зарубежного производства. В большинстве случаев при работе УЗСМ транзисторы сильно нагревались (более 70 °С). Вероятно это было вызвано низкими значениями таких параметров, как Fт (менее 50 МГц), Iс (менее 300 мА) или Р (менее 400 мВт).

Еще одним проявлением неправильной работы УЗСМ при установке некоторых типов транзисторов являлось низкое напряжение, которое выделялось автогенератором на выводах пьезоэлемента (50...70 В). Это напряжение удавалось увеличить, изменив номинал резистора R1 (до 200 кОм) — но это приводило к чрезмерному разогреву корпуса транзистора. Причина — малое значение h21Е(50...100) транзистора.

Если автогенератор вовсе не запускался (как, например, при установке транзистора КТ940А), то это было также вызвано низким значением статического коэффициента передачи тока h21Е (менее 50).

Также следует отметить одну распространенную причину отказа УЗСМ, вызванную проникновением воды внутрь корпуса ультразвукового излучателя. Для устранения подобного дефекта необходимо вскрыть корпус излучателя (разъединить его на две половинки) и тщательно высушить всю внутреннюю поверхность. Затем по всему периметру внутренней стороны крышки корпуса (где установлен пьезоэлемент) удаляют на 2...3 мм герметик. После этого в образовавшуюся канавку заливают новый герметик (подойдет силиконовый автогерметик, используемый для ремонта системы охлаждения).

В заключение, склеивают половинки корпуса «суперклеем».

Индикатор УЗСМ светится с малой интенсивностью. Уровень сигнала на выводах пьезоэлемента менее 50В (частота генерации более 300 кГц), транзистор VT1 сильно нагревается

Причина подобного дефекта вызвана отказом пьезоэлемента — его необходимо заменить.

Подробнее список неисправностей УЗСМ приводить не имеет смысла, так как они легко локализуются, например, при отказах сетевого трансформатора, выпрямителя и др.

 

Мы рекомендуем еще посмотреть:

Радиолампы европейского производства

Диоды:

D77 DY30 1X2B VY1 CB2 CY32 EZ150
EY80 RV200-600 APV4100 UY89 EB34 EZ40 PV430
AB2 PY500 EZ3 RV120-250 DY86 PV4100 PY31
UY92 DY80 AZ3 UY21 EB4 UY31 UY11
EZ4 EY51 2Z2 UB41 PV4200 AZ12 1R4
EA50 PY81 CY1 AZ50 EZ22 AB1 1K3
EZ81 EZ1 AZ32 EY87 UY41 EAA11 V20
1X2A UY4 AX50 AZ21 PY80 PV480 AZ33
1J3 1V GZ34 GU5 DA90 AZ1 UY82
1V2 RV120-350 AZ31 DY87 PV4300 PY88 EB41
R17 PV4201 3DG4 GR4 PY83 EZ11 AZ11
AZ41 V30 PV495 PV475 GU1 UY2 RV120-500
EAA91 CY31 EY88 UY3 KB2 EY84 VY2
EAB1 PV75-1000 V2018 AZ4 UAA91 U78 EY81
CY2 EY86 GZ32 GY501 EY83 R18 EZ41
EZ90 EY91 PY82 PV400 VY2N DY51 UY85
EZ12 EAA901S PV4 9006 1G3 EA111 EZ80
EB11 V2118 EZ35 EY82 EZ2 UY42 EB91
PV200-600 UY1N

Триоды:

PD500 1G4 9002 EC31 DAC21 ECC81 E283CC
ECC186 ECC86 PCC189 KC3 DC90 DAC32 DM70
EC84 PCC88 1LH4 DC25 KC1 EC92 9AU7
PC88 E86C ECC87 AC701 UC92 ECC40 DC93
UCC85 EC80 PCC84 DM71 DC80 AC2 3DZ4
EC88 EC86 PC95 1LE3 CC2 PC900 3HA5
EC97 ECC91 ECC88 PCC85 EC93 DC96 ECC34
ECC35 1H5 E288CC ECC83 ECC807 ECC32 ECC85
DC11 PC86 ECC84 ECC33 EC806S PC97 EC95
PC92 ECC813 3GK5 EC81 8FQ7 KC4 EC903
ECC808 ECC189 EC91 3FH5 DCC90 E188CC PC96
3ER5 ECC82 PC93 3HM5

Тетроды и пентоды:

DAF91 DAF11 EBC90 1U5 CBL31 3JC6 EBC33
EF13 1LB4 EBC41 1Q5 DF97 EBC11 DF92
CH1 DF33 9001 1L4 9BW6 DL35 E90F
1W4 1LG5 E83F DF96 EBC81 1SB6 CF50
DF22 DL96 E180F CBL1 3EA5 DL91 CBC1
EF36 EAF42 DL41 DL94 EF15 EF9 CBL6
9003 1S4 CF3 ABC1 DAF96 E810F 3DK6
AF7 EF6 3V4 EBL31 3S4 3Q4 DL11
EBC3 EF14 DF21 3Q5 E280F EF12 9D6
1S5 CF7 DL93 EAF41 DL92 AF3 EBL21
EF22 DF703 AL5 DF91 EBC91 CL4 1LC5
DL95 EF12S EBL71 1LA4 3DT6 DAF40 1LD5
3EJ7 3JD6 DF11 3E6 1N5 AL4 1LN5
AF2 3E5 1SA6 1P5 8EM5 DAF41 AL1
EF5 EF11 AL2 EBL1 3LF4 3EH7 E80F
EL34 1T4 DL21 1T5 CL6 9D7

Другие лампы:

9CL8 1R5 EFM1 ECL84 ECH71 EM4 1L6
ED500 EBF2 EK32 ECL82 ECH11 EK90 ECLL800
ECH84A AK1 9BR7 8KA8 CK1 DCH11 ECH35
EBF80 EH90 DK40 ECH41 DK96 EBF32 EAM86
ACH1 ECH84 CCH1 EL11 ECL86 CK3 1LA6
8EB8 EBF83 ABL1 C-EM2 EBF89 AM2 8LC8
1LC6 ECF801 1U6 8ET7 DM21 DK21 EBF11
ECH3 ECF82 DK91 EBF15 EAC91 ECL11 ECH4
EL88 ECF200 ECH21 ECF201 ECF86 ECL113 6CM8
8GN8 EAF801 ECH83 8JV8 EH2 EK2 ECF80
ECH81 DK92 EM1 EFM11 ECH42 EK3 EF11
AH1 EFL200 ECL80 ECF83 AM1 ECH200 ECL85
ECF1 EM5 EABC80




Все самое необходимое для ремонта Электроники © ElectronicsDesign.RU, 2010. Все права защищены.