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超聲波加濕器電路分析和造型設(shè)計(jì)(一)
超聲波加濕器電路分析和造型設(shè)計(jì)
摘要：本文設(shè)計(jì)了一款超聲波加濕器。在本設(shè)計(jì)中對(duì)超聲波加濕器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析后使用Pro/E軟件對(duì)其底座，蓋子，加水管進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，并在使用AutoCAD軟件繪制電路圖的基礎(chǔ)上分析了超聲波加濕器的工作原理。
關(guān)鍵詞： 超聲波加濕器 電路 Pro/E AutoCAD
超聲波技術(shù)是世界上一種比較成熟的技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域。超聲波加濕器采用超聲波高頻震蕩，將水霧化為1-5微米的超微粒子，通過(guò)風(fēng)動(dòng)裝置，將水霧化后噴至工作場(chǎng)所、居住房間改善環(huán)境濕度，凈化環(huán)境空氣，或?qū)㈧F化藥水直接噴至病灶部位，以提高治療效果。已廣泛應(yīng)用在辦公室、車(chē)間、臥室、醫(yī)療部門(mén)等地方。使空氣濕潤(rùn)并伴生豐富的負(fù)氧離子，能清新空氣，增進(jìn)健康，一改冬季暖氣的燥熱，營(yíng)造舒適的生活環(huán)境。據(jù)專(zhuān)家介紹，超聲波加濕器的優(yōu)點(diǎn)是，加濕強(qiáng)度大，加濕均勻，加濕效率高；節(jié)能、省電，耗電僅為電熱加濕器的1／10至1／15；使用壽命長(zhǎng)，濕度自動(dòng)平衡，無(wú)水自動(dòng)保護(hù)；兼具醫(yī)療霧化、冷敷浴面、清洗首飾等功能。缺點(diǎn)是對(duì)水質(zhì)有一定的要求。雖然它們型號(hào)各異、功率大小不同但基本工作原理相同。
一、超聲波加濕器的結(jié)構(gòu)分析
超聲波霧化加濕器主要由外殼、電源電路、超聲波發(fā)生電路、水槽、水位開(kāi)關(guān)及風(fēng)機(jī)等組成。這里我們主要對(duì)其外殼進(jìn)行Pro/E造型設(shè)計(jì)，超聲波加濕器的外殼主要由底座、蓋子、加水管等幾部分組成。
圖1-1超聲波加濕器的整體模型
二、超聲波加濕器的模型分析及創(chuàng)建過(guò)程
（一）、超聲波加濕器的底座
在Pro/ENGINRRE Wildfire 主界面中，“File→New…”命令，或者直接按下快
捷鍵Ctrl+N，也可以直接單擊工具欄中的按鈕,屏幕顯示如圖2-1所示的對(duì)話框。在“類(lèi)型”欄中，選擇“零件”模式，在“子類(lèi)型”欄中選擇“實(shí)體”，“名稱”默認(rèn)。去掉“使用默認(rèn)模板”前的，單擊“確定”按鈕，在打開(kāi)的對(duì)話框中選擇“mmns_part-solid”，再單擊“確定”按鈕，進(jìn)入Pro/ENGINRRE Wildfire主界面。
圖2-1 “新建”對(duì)話框 圖2-4“草繪平面定位”對(duì)話框
1、在如圖2-3所示的“基本特征”工具欄中單擊圖標(biāo)按鈕，打開(kāi)如圖2-4所示的“拉伸特征”管理工具欄。
圖2-2“基本特征”工具欄 圖 2-3 “拉伸特征”管理工具欄
2、單擊“拉伸特征”管理工具欄中的圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出拉伸界面，并在界面的右上角顯示“草繪平面定位”對(duì)話框，以TOP平面，RIGHT為參考面，并以它的右面為定位方向來(lái)確定草繪平面的方向，如圖2-4所示。
3、在草繪平面上繪制如圖2-5所示的剖面，再單擊繼續(xù)當(dāng)前部分。
圖 2-5 大致草繪半剖面
圖2-6 拉伸圖片
4、以底面拉伸300mm，如圖所示2-6。
5、單擊“草繪”管理工具欄的圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出“草繪”對(duì)話框，以拉伸體側(cè)面為平面，RIGHT為參考面，并以它的右面為定位方向來(lái)確定草繪平面的方向，如圖2-7所示，在單擊 如圖2-7
圖2-7
6、單擊“矩形工具”命令，此時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)以“FRONT”為基準(zhǔn)片，在當(dāng)前的活動(dòng)基準(zhǔn)面上繪制一小矩形作為電源開(kāi)關(guān)，單擊“確定并退出”命令，系統(tǒng)生成此草繪圖；單擊“拉伸”命令，此時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)把上步繪制的矩形作為拉伸對(duì)象；拉伸長(zhǎng)度為50mm，拉伸后的圖形如圖所示2-8
圖2-8
7、點(diǎn)擊草繪，使用上次使用的草繪平面，點(diǎn)擊草繪工具欄中的文本工具
8、編輯LED指示燈及開(kāi)關(guān)的檔數(shù)，所示2-9
9、編輯完后點(diǎn)擊完成按鈕，退出草繪，此時(shí)的圖如圖2-10所示
圖2-9
圖2-10
10、然后給按鈕倒圓角，底座設(shè)計(jì)完成，完成后的圖如下圖2-11所示：
圖2-11
（二）、超聲波加濕器的中蓋
超聲波加濕器的中蓋設(shè)計(jì)根據(jù)底座的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)，中蓋中最主要的部位是加水口和霧氣出氣口，霧氣出氣口設(shè)計(jì)成百葉窗式。
在此設(shè)計(jì)中用到的命令主要有草繪，拉伸，鏡像，繪制完后的圖如下圖2-12和圖2-13所示。
圖2-12
圖2-13
（三）、超聲波加濕器的上蓋設(shè)計(jì)
超聲波加濕器的上蓋設(shè)計(jì)根據(jù)中蓋和底座的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)，上蓋中最主要的部位也是加水口和霧氣出氣口，霧氣出氣口也設(shè)計(jì)成百葉窗式。
在此設(shè)計(jì)中用到的命令主要有草繪，拉伸，鏡像，繪制完后的圖如下圖2-14和圖2-15所示
圖2-14
圖2-15
（四）、超聲波加濕器的進(jìn)水管和塞子設(shè)計(jì)
超聲波加濕器的進(jìn)水管和塞子設(shè)計(jì)主要依據(jù)中蓋和上蓋的進(jìn)水口尺寸以及上蓋的高度來(lái)設(shè)計(jì)，進(jìn)水管有一小錐度，利于加水。在完成模型的過(guò)程中主要用到的命令有旋轉(zhuǎn)和拉伸，繪制完成后的圖如圖圖2-16和圖2-17所示：
圖2-16
圖2-17
（五）超聲波加濕器的組裝圖和爆炸圖
超聲波加濕器的組裝圖和爆炸圖如圖所示
圖2-18
圖2-19
三、超聲波加濕器的電路分析
（一）、 超聲波加濕器的主要電路元件和原理
超聲波加濕器的主要電路元件是電聲換能器（壓電陶瓷片）， 壓電陶瓷主要由鋯鈦酸鉛(PZT)所組成, 在氧化鋯(ZrO2)、氧化鉛 (PbO)及氧化鈦(TiO2)等的粉末原料中，按一定比例適當(dāng)添加微量的添加物后，由多道加工程序完成陶瓷粉料制作，再利用油壓機(jī)使之壓縮成各種規(guī)格形狀，成型后在1350 ℃ 左右溫度下進(jìn)行燒結(jié)，所得的成品，再以電鍍的方法或者不銹鋼貼片法完成電極極化工作后，就是壓電陶瓷晶片成品。
超聲波霧化原理： 利用壓電陶瓷所固有超聲波振蕩特點(diǎn)，通過(guò)一定的振蕩電路手段與壓電陶瓷固有振蕩頻率產(chǎn)生共振，就能直接將與壓電陶瓷接觸的液體霧化成1--3μm的微小顆粒。其原理是，電路超聲波振蕩，傳輸?shù)綁弘娞沾烧褡颖砻�，壓電陶瓷振子�?huì)產(chǎn)生軸向機(jī)械共振變化，這種機(jī)械共振變化再傳輸?shù)脚c其接觸的液體，使液體表面產(chǎn)生隆起，并在隆起的周?chē)l(fā)生空化作用，由這種空化作用產(chǎn)生的沖擊波將以振子的振動(dòng)頻率不斷反復(fù)，使液體表面產(chǎn)生有限振幅的表面張力波。這種張力波的波頭飛散，使液體霧化，同時(shí)產(chǎn)生大量的負(fù)離子。
霧化單元與霧化量： 由于其單獨(dú)成型的壓電陶瓷振蕩頻率是固有的，因此，只能產(chǎn)生一個(gè)震蕩沖擊波。如果需要增加霧化量，只可采用多組并聯(lián)同時(shí)工作的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。以現(xiàn)有技術(shù)考慮壓電陶瓷壽命，每一單元振子功率為0.25W，霧化量為0.3L。由于液體溶液表面張力不同，各種液體的霧化量也不完全相同，相對(duì)液體表面張力越大，霧化量越小，反之則越大。液體內(nèi)所含雜質(zhì)不同，對(duì)設(shè)備的使用壽命、霧化效果、保養(yǎng)周期都有一定的影響，以水為例，當(dāng)水中鈣、鎂、矽酸含量高時(shí)，各種加濕方法在一定程度上都會(huì)受到影響，影響加濕效率，甚至?xí)斐稍O(shè)備損壞，再超聲波加濕中，水中鈣、鎂、矽酸含量高時(shí)，會(huì)造成霧化器本身結(jié)垢、加濕環(huán)境受到污染等等負(fù)面影響。
超聲波加濕器的特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)；顆粒小，能耗低，可輸送。缺點(diǎn)：對(duì)水質(zhì)要求較高
、超聲波加濕器電路圖的設(shè)計(jì)
圖3-1 加濕器的電路圖設(shè)計(jì)
超聲波霧化加濕器采用220V交流電源，F(xiàn)U1為電源保險(xiǎn)，s1為帶有霧量調(diào)節(jié)電位器RP1的電源開(kāi)關(guān)，水位開(kāi)關(guān)S1為干簧管磁控開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)對(duì)壓電換能器起保護(hù)功能，當(dāng)水槽中無(wú)水時(shí)，水位開(kāi)關(guān)干簧管接點(diǎn)斷開(kāi)，即使合上電源開(kāi)關(guān)S1，超聲波發(fā)生電路也不工作，無(wú)輸出電壓從而保護(hù)了壓電換能器。向水槽中注入水至額定水位時(shí)，水位開(kāi)關(guān)磁鋼浮子浮起，干簧管接點(diǎn)接通超聲波發(fā)生電路，具備了起振條件。此時(shí)合上電源開(kāi)關(guān)S1，220V交流市電經(jīng)保險(xiǎn)管FU1、定時(shí)器PT至變壓器T初級(jí)，次級(jí)輸出約48V左右的交流電壓，經(jīng)UR整流，c1濾波，作為超聲波發(fā)生電路的工作電源，使其起振產(chǎn)生超聲波。超聲波發(fā)生電路由三極管VT1、電感線圈L1、L2、L3、電容C2、C3、C4、C5、霧量調(diào)節(jié)電位器PRP1、RP2、電阻R2、R4等組成。超聲波發(fā)生電路起振產(chǎn)生超聲波由三極管VT1輸出至壓電換能器實(shí)現(xiàn)水的霧化。同時(shí)220v市電加至風(fēng)機(jī)處，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將霧化后潮氣由風(fēng)道口送出，達(dá)到改善調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的目的。RP1、RP2為霧化量大小調(diào)節(jié)電位器，RP1安裝在面板上供使用者使用調(diào)節(jié)。RP2安裝在機(jī)內(nèi)，在出廠前已由廠家調(diào)整好，一般不應(yīng)隨意調(diào)整。當(dāng)水槽內(nèi)水位下降，水位開(kāi)關(guān)S1磁鋼浮子隨水位下降至一定位置時(shí)，干簧管內(nèi)接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷超聲波發(fā)生電路電源，霧化器無(wú)霧輸出。
（三）超聲波加濕器故障分析
故障現(xiàn)象1：通電后，電源指示燈不亮。
此故障多為保險(xiǎn)絲BXI或BX2熔斷。
先檢查BX1是否正常，若BX1熔斷，需檢查風(fēng)機(jī)M、變壓器T是否短路。若BX!正常，測(cè)變壓器次級(jí)有無(wú)48v交流電壓，若無(wú)，測(cè)變壓器T初、次級(jí)線圈電阻判斷其好壞，初級(jí)線圈正常阻值在100歐左右，次級(jí)線圈正常阻值為2歐左右。若攻級(jí)有48V交流電壓且BX2熔斷，需重點(diǎn)檢查三扳管v是否擊穿。檢測(cè)三極管時(shí)，斷開(kāi)電源后并取下水槽中磁環(huán)浮子，用萬(wàn)用表Rx100檔在電路板上測(cè)bc、be結(jié)正反向電阻，若測(cè)bc、be結(jié)正反向電阻接近且很小，表明三扳管已壞，若三極管v正常，需檢查D5、c5是否擊穿。此前請(qǐng)勿換上新保險(xiǎn)管盲目通電，否則不經(jīng)檢查就換新保險(xiǎn)管會(huì)造成再妖熔斷。
故障現(xiàn)象2：電源指示燈亮，無(wú)霧。
電源指示燈亮，說(shuō)明電源部分工作正常，超聲渡振蕩電路沒(méi)工作。
先檢查三極管v的bc結(jié)、be結(jié)是否開(kāi)路，若正常，應(yīng)檢測(cè)霧量調(diào)節(jié)電位器W1、W2及水位控制開(kāi)關(guān)K2是否正常，檢測(cè)時(shí)，斷開(kāi)電源，將磁環(huán)浮子置于干簧管導(dǎo)通位置，測(cè)干簧管能否導(dǎo)通，若不導(dǎo)通，表明干簧管已壞，需更換。
若霧量調(diào)節(jié)電位器Wl、W2及水位控制開(kāi)關(guān)K2正常，接通電源后仍無(wú)霧，可將BX2取出，水槽中充上水，將萬(wàn)用表置于電流lA檔，串人保險(xiǎn)管座中，打開(kāi)K1、WI調(diào)至最大浸1電流，正常值應(yīng)在500mA左右。若無(wú)電流，應(yīng)查W1接觸是否良好，L1、L2是否開(kāi)路。若有電流而無(wú)霧，應(yīng)查c1、C3、C4是否損壞，若未損壞，應(yīng)檢查換能片xD。換能片xD內(nèi)外環(huán)之間正常阻值應(yīng)為零，若測(cè)內(nèi)外環(huán)阻值選500千歐以上，則需用專(zhuān)用清洗劑清洗或更換。
若電路元件正常但不能工作需測(cè)三極管的放大倍數(shù)。三極管的放大倍數(shù)應(yīng)大于50，若三極管極間電阻正常而放大倍數(shù)接近為零，造成不工作的故障。由于加濕器工作頻率高，功率大，元件選擇要嚴(yán)格．V用BIL406或MJE13005，Pc>60W，BVceu>200V，B>50電容宜選用CBB型高頻電容。L1叮用直徑0.69漆包線在直徑6mm圓棒上繞25脫胎成．L2用直徑0.51漆包線在直徑10×10的磁芯上繞25匝制成。
故障現(xiàn)象3：霧量小，調(diào)節(jié)RP1電位器無(wú)效。
故障原因：①超聲波發(fā)生電路元器件性能劣化，振蕩電路振幅不足；②壓電換能器結(jié)垢。③RP1電位器損壞
故障檢修：①電路正常時(shí)整機(jī)工作電流約為500~A，若小于500~A且調(diào)節(jié)RP1、RP2無(wú)效時(shí)，重點(diǎn)檢查三極管vTl；②用隨機(jī)配送的專(zhuān)用清洗液清洗換能片，無(wú)效更換，在清洗時(shí)注意不要損壞換能器表面；③更換損壞的電位器。
故障現(xiàn)象4：水槽中有霧產(chǎn)生，但無(wú)霧噴出。
故障原因：①風(fēng)機(jī)損壞；②風(fēng)道被異物堵塞；③水位過(guò)高堵塞風(fēng)道。
故障檢修：①檢查更換損壞的風(fēng)機(jī)；②清除風(fēng)道的異物；③將水槽內(nèi)水位調(diào)至正常水位。先檢查電壓是否加在風(fēng)機(jī)上，電機(jī)線圈有無(wú)斷路若均正常．是因電機(jī)軸緊或安裝不當(dāng)造成阻轉(zhuǎn)：修理時(shí)可輕輕敲打電機(jī)端蓋，用手?jǐn)Q動(dòng)電機(jī)軸時(shí)，應(yīng)感覺(jué)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，否則應(yīng)重新安裝電機(jī)或更換。需注意的是：修理時(shí)．要特別保護(hù)換能片XD．嚴(yán)禁在無(wú)水情況下，通電使其空振、燒壞換能片XD。嚴(yán)禁將換能片XD表面碰傷、劃傷，換能片外觀的損傷直接影響機(jī)器的生霧效果。
四、總結(jié)
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多東西，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)自己有很多沒(méi)有掌握的地方，我將在今后的工作學(xué)習(xí)中更加努力。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使我鞏固了我的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，鍛煉了我運(yùn)用理論知識(shí)在實(shí)際設(shè)計(jì)中運(yùn)用，也鍛煉了我分析問(wèn)題、解決問(wèn)題
總的來(lái)說(shuō)這次設(shè)計(jì)花了很多時(shí)的能力，為即將走向的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。間，花費(fèi)了很時(shí)間去上網(wǎng)查詢資料，這也培養(yǎng)我的探索、創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力、組織管理能力、分析和解決問(wèn)題的能力、獨(dú)立工作的能力。使我能夠較好地綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我更加體會(huì)到了基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的重要性，并要通過(guò)積極實(shí)踐努力提高。
感謝各位老師和同學(xué)在很多方面都給以我很大的幫助和啟發(fā)。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了自己各方面的能力，為培養(yǎng)自己成為一個(gè)全面發(fā)展的、適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)技術(shù)人才打下了基礎(chǔ)。
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