„Spin Coater V1“(beveik analoginis): 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Ne visa įranga skirta ilgaamžiškumui, aš esu studentas/tyrinėtojas, studijuojantis plonų plėvelių medžiagas saulės technologijoms. Vieną kartą nuo įrangos, nuo kurios aš priklausau, vadinama gręžimo danga. Tai įrankis, naudojamas plonoms medžiagos plėvelėms gaminti iš skysto tirpalo ar pirmtako. Šios plonos plėvelės gali būti sluoksniuotos į tokius prietaisus kaip saulės kolektorius ar šviesos diodai.

Mano universitete turėjome daug problemų dėl pigesnių komercinių produktų, kuriuos galima įsigyti už kelis tūkstančius dolerių. Šie komerciniai gręžimo aparatai naudoja vakuuminį griebtuvą, kad laikytų mėginius, o problemos, su kuriomis jie susidūrė, buvo suimti varikliai, užsikimšę vakuuminiai griebtuvai, rūkymo kondensatoriai, be kita ko, paveikę grįžtamąjį ryšį, kuriuo rėmėsi greičio valdymas. Nežinau problemų, su kuriomis susidūrė kiekviena tyrimų grupė, tačiau žinau, kad paprastai bent vienas buvo suremontuotas arba laukiamas, kol bus ištaisytas.

Dizainas, kuriuo dalinuosi, yra paprastas, iš pradžių mėginiams laikyti buvo naudojama dvipusė juosta, o ne vakuuminis griebtuvas, vėliau ji buvo atnaujinta į lengviau naudojamą dizainą (žr. 6 veiksmą). Jis buvo eksploatuojamas daugiau nei metus, kai naudojamas mažai. Nebuvo jokių problemų, išskyrus nusidėvėjusią relę (tai nebuvo nauja relė, kai ji buvo sumontuota).

Projektas daugiausia pagamintas iš rastų dalių, tokių kaip variklis, kurio srovės stipris yra 1 "leeris" (500 mA), betonas, statybinė mediena ir kai kurie išgelbėti elektroniniai komponentai.

Prekės

Tikiuosi, kad kiekvienas, bandantis šį projektą, atliks pakeitimus, todėl tai nėra išsamus sąrašas, ko reikia projektui.

Pagrindas:

Nuolatinės srovės variklis, galintis ne mažiau kaip 4000 aps / min

Chuck pagamintas pasirinktam varikliui (aptariamas vėliau)

Rūmai:

Apvali plastikinė vonia (aš naudojau jogurto vonelę)

Storas plastikas arba alternatyva vonelės dugnui iškloti

Popierinis rankšluostis

Juosta

Kalnas:

38x228 mm pušies išpjova (paprastai naudojama gegnėms stogo dangoje)

30 mm ilgio vyriai

Guma arba kietos putos (montuojamas ant variklio)

M6 varžtas su atsuktuvu tinkama galvute

M6 veržlė

6 mm skalbyklė

Pagrindas ir pakaba:

Sunkus pagrindas (aš naudoju betono bloką, supjaustytą pagal dydį)

M6 Srieginė juosta

9x M6 veržlės srieginiam strypui

3x ilgos spyruoklės 8 mm skersmens

12x 6 mm poveržlės

Valdymo pagrindai:

Projekto dėžutė (aš naudojau ledų kubilą, tai yra geras pasiteisinimas valgyti ledus)

12 V maitinimo šaltinis (aš naudoju 2, kad variklis galėtų būti atskirame šaltinyje)

1x variklio lygintuvo diodai

2 pakopų laikmatis:

2x n kanalų MOSFET (pvz., IRF540)

2x 47 uF dangtelis aliuminis 35V

2x „B500k“puodelis su dviguba skaidrė

200K rezistorius

10K rezistorius

2x lygintuvo diodai relėms

Momentinis kontaktinis mygtukas

Relė SPST (laikmačio paleidimas/sustabdymas)

Relė DPDT (laikmačio greitis 1/2 greitis)

PWM grandinė:

1x NE555 laikmatis

1x 1k rezistorius

2x 10nC kondensatoriai

1x n kanalų MOSFET (pvz., IRF540)

1x radiatorius MOSFET

1x izoliacinė silicio poveržlė radiatoriui

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

2x 10 000 puodų (darbo ciklas)

1x relės lygintuviniai diodai

Variklio greičio bandymas:

Idealus:

optinis tachometras.

Alternatyva:

Juosta

Plona viela, kaip kietas daiktas (pvz., Viela, dantų krapštukas, sąvaržėlė)

Kompiuteris su įdiegta „Audacity“https://www.audacityteam.org/

1 žingsnis: Ar turite tinkamą variklį?

Dauguma gręžimo dažų turi veikti nuo 500 iki 6000 aps./min. Mano darbui reikia 2000 ir 4000 aps./min., Nes tai didžiausias importo greitis, todėl galėčiau apsieiti su nuolatiniu nuolatinės srovės varikliu, kuris gulėjo maždaug 1100–4500 aps./min., Mano variklis gali veikti lėčiau, nors lėtesnis greitis yra mažiau patikimas dėl variklio varža.

Jei turite 12 V variklį, raskite tinkamą variklį ir maitinimo šaltinį. Atitikite variklio reikalaujamą įtampą, o maitinimo šaltinio srovė idealiu atveju turėtų būti 20% didesnė, nei reikalauja variklis. Jei turite 24 V variklį, jums reikės pakopinio keitiklio arba atskiro maitinimo šaltinio, kad elektronika aprūpintų 12 V įtampa.

Toliau norime išbandyti mažiausią ir didžiausią jūsų variklio greitį. Jei turite maitinimo šaltinį su pasirenkama/reguliuojama įtampa, naudokite tai, jei ne, toliau statykite valdymo grandinėje pavaizduotą PWM grandinę (arba visą valdymo grandinę).

2 žingsnis: greičio testas

Optinis tachometras yra puikus įrankis, skirtas patikrinti variklio greitį, jei galite jį patekti į rankas, čia pristatau alternatyvų metodą.

A dalis

1. Paruoškite kompiuterį įrašyti garsą naudodami „Audacity“, kuris yra nemokamas garso redaktorius.

2. Apvyniokite juostą aplink savo variklio veleną (gerai tiks elektrinė arba maskavimo juosta).

3. Nustatykite variklį mažiausiu greičiu, kurį jis gali valdyti.

4. Pradėkite įrašinėti garsą.

5. Kaip parodyta šio skyriaus vaizdo įraše, keletą sekundžių lengvai prilieskite metalinį smeigtuką, vinį ar sąvaržėlę.

6. Sustabdykite įrašymą.

7. Pakartokite maksimaliam greičiui.

8. Peržiūrėkite garsą ir apskaičiuokite RPM.

Kai liečiame juostą metaliniu kaiščiu, norime, kad ji vos liestųsi. Kuo arčiau priartinsite kaištį prie variklio veleno, tuo labiau juostelė turi sulenkti, kad ją praeitų, ir tuo labiau sulėtėjame arba paimame variklio pagreitį. Jei kontaktas tarp juostos ir metalinio kaiščio yra per šviesus, įraše gali būti nepakankamai garsu, kad galėtume pranešti, kada užmezgamas kontaktas. Apskaičiuoti RPM iš garso įrašo „Audacity“(žr. Paveikslėlį viršuje)

B dalis

1. Priartinkite garsą tol, kol pamatysite skirtingas smailės vietas, kuriose kontaktas liečiasi.

2. Kairiuoju pelės klavišu spustelėkite piktogramą ir palaikykite, judindami pelę taip, kad pasirinkta sritis apimtų mažiausiai 5 viršūnes.

3. Suskaičiuokite smailių skaičių.

4. Naudokite lango apačioje esantį laiko ruožą „Skilties pradžia ir pabaiga“, kad sužinotumėte, kiek laiko prireikė tų smailių/apsisukimų.

5. (smailių skaičius)/(laikas sekundėmis) = apsisukimai per sekundę

6. RPM = (apsisukimai per sekundę)*60

Prieš statant to variklio gaubtą, svarbu įsitikinti, kad jūsų variklis gali dirbti reikiamu greičiu. Pabaigoje pakartosime greičio bandymą, kad galėtume kalibruoti vėliau, atlikdami A dalies 7 veiksmą ir pakeisdami 3 veiksmą bet kokiu greičiu, kurį bandome.

3 žingsnis: mėginio griebtuvas

Svarbiausia šios konstrukcijos dalis yra mėginio griebtuvas. Aliuminio griebtuvui mano draugas (Gerry) jį pasuko ant tekinimo staklės, tada buvo paspaustas sriegis, kad tilptų į mano konkretų variklį (mano atveju - imperinis sriegis). Varikliui, kurio veleno sriegis yra įsukamas, griebtuvas yra tiesiog įsukamas jį sukūrus (nuoroda). Man tai lengviau, nors yra didesnė tikimybė, kad laikiklis bus sumontuotas. Jei naudojate variklį su lygiu velenu, jums nebus jokių problemų su „žaidimu“siūle. Iššūkis yra tas, kad velenas turės būti priklijuotas arba dar geriau turėti varžtą, kad jį priveržtumėte ant veleno.

Jei turite prieigą prie metalo apdirbimo tekinimo staklių ir kas nors turi įgūdžių ją naudoti, geriausia pasukti griebtuvą. Jei jūsų variklis turi sriegį, bakstelėkite sriegį žemyn griebtuvo centre. Varikliui su lygiu velenu turėsite naudoti kažką panašaus į varžtą, kad prispaustumėte prie veleno šono ir laikytumėte jį vietoje.

Alternatyva, parodyta aukščiau esančiose nuotraukose, yra imti skylės pjūklą ir nupjauti diską naudojant grąžtą. Po to bakstelėkite, kad bakstelėtumėte siūlą į centrą. Jei turite minkštą medžiagą, ją galite pašalinti peiliu, o kietesnei medžiagai tinka dildė. Tada skylės viršų galima užpildyti epoksidine danga arba epoksidiniu būdu iškirpti iš metalo lakšto paviršių.

SAUGUMAS: ant griebtuvo nerekomenduojama naudoti klijų/epoksidinių medžiagų, nes jei klijai nepavyksta … kur dingsta griebtuvas. Naudojimo metu griebtuvas suksis dideliu greičiu, todėl griebtuvas iš plonos metalo plokštės pavers jį pjovimo disku. Rekomenduoju naudoti ne mažiau kaip 5 mm storio medžiagą.

4 žingsnis: sukurkite variklio laikiklį - pagrindą ir spyruokles

Variklio laikiklis turėtų būti naudojamas dviem tikslais, išlaikyti variklį vietoje ir slopinti vibracijas. Jūsų pagamintas laikiklis bus būdingas jūsų varikliui. Aprašysiu, ką padariau, kad susidarytumėte idėją, kaip pasidaryti patiems. Kai kurie varikliai turi ventiliaciją šone, todėl žinokite, kur tai yra, ir neleiskite aušinti.

Suraskite sunkų pagrindą, pakankamai didelį projektui. Radau tinkamo storio betono pjūvį ir supjaustiau jį pagal dydį, naudodami deimantinį kampinio šlifuoklio ašmenį. Betono klotuvai arba stora metalinė plokštė turėtų veikti taip pat gerai. Jei galite, pabandykite rasti tai, ko nereikia pjaustyti.

Akmenys betone apsunkina gręžimą ir kartais reiškia, kad skylės nukryps į šoną. Taigi, prieš pažymėdamas variklio korpuso skyles, aš išgręžiau skyles sriegio juostoje (jei turite patogesnę medžiagą, tvarka nebus svarbi).

1. Gręžkite sriegio sriegio skyles mūro grąžtu, kurio skersmuo yra sriegis.

2. Naudokite daug didesnį mūro grąžtą, kad nugrimztumėte srieginės juostos, poveržlės ir veržlės galą, esantį po pagrindu.

3. Pažymėkite skyles ant variklio korpuso medžio sriegio sriegio arba ant popieriaus lapo, kad vėliau galėtumėte naudoti kaip šabloną.

4. Nupjaukite sriegio juostą iki ilgio, nukirpkite nupjautą kraštą ir patikrinkite, ar sriegis vis dar geras. Prieš pjovimą uždėkite veržlę ant juostos. Kai tai pašalinama, pataisykite sriegį, jei po to jis nebus per daug pažeistas.

5. Įstatykite strypus per betoną, po to poveržlę ir veržlę iš kiekvienos pusės.

6a. Jei jums pavyko rasti pakankamai ilgas ir standias spyruokles, kad atlaikytų variklį ir korpusą, galite jas uždėti po stora poveržle. Reikalinga stora poveržlė, nes plona poveržlė gali įstrigti siūle. Galite pagaminti savo poveržles, išgręžę skylę per tinkamą metalo gabalą ir baigę skylę dilde.

6b. Jei nenorite naudoti spyruoklių, veržlę ir poveržlę galima naudoti vietoj to, trūkumas yra tai, kad tai nesumažins variklio vibracijos.

5 žingsnis: sukurkite variklio laikiklį - variklio korpusą

Variklio korpusas buvo pagamintas kaip spaustukas, pušies gabaliukai buvo sulenkti kartu su ertme centre ir veržle bei varžtu, kad būtų tvirtai pritvirtinti. Mano būstui naudojama mediena buvo nukirsta nuo 38x228 mm skersmens gegnės.

1. Išsiaiškinkite, kokio dydžio medienos reikia jūsų varikliui, ir pažymėkite jį, kaip parodyta aukščiau esančioje nuotraukoje (a).

2. Pažymėkite skylę, ne mažesnę už jūsų variklio skersmenį, mums reikia šiek tiek vietos guminei juostai, kuri bus tarp variklio ir korpuso. Surinkimas yra atlaidus dėl skylės dydžio dėl tvirtinimo prie gnybtų (vyriai ir varžtai).

3. Gręžkite bandomąją skylę, tada išgręžkite skylę pjūklu. Mano naudojamas skylių pjūklas pjauna tik apie 22 mm gylio, todėl aš gręžiau pusę kelio iš kiekvienos pusės.

4. Pažymėkite ir gręžkite skyles srieginiam strypui, kuris palaikys variklio korpusą. Kad jie galėtų laisvai judėti, jie turėtų būti bent 1 mm storesni nei srieginė juosta.

5. Įsukite vyrį, kaip nurodyta (b) aukščiau esančioje nuotraukoje, tada nuimkite. Taip daromos skylės.

6. Iškirpkite formą, kaip parodyta aukščiau esančioje nuotraukoje (b), aš naudoju atgalinį pjūklą.

7. Forma leidžia varžtą turėti priešais vyrį. Gręžkite varžto skylę, kaip parodyta aukščiau esančioje nuotraukoje (c). Skylė turi būti maždaug 2 mm didesnė už varžtą, kad būtų galima lengvai atidaryti ir uždaryti mazgą.

8. Iškirpkite gabalo ilgį taip, kaip pavaizduota aukščiau esančioje nuotraukoje (d), tada vėl įsukite vyrį.

9. Apvyniokite variklį gumine juostele ir įdėkite į korpusą, įdėklą ir priveržkite veržlę, varžtą ir poveržlę, kad korpusas būtų uždarytas, kad šis būtų tvirtas, bet ne per daug. Jei jūsų variklio šone yra ventiliacija, įsitikinkite, kad neužblokuosite jo oro srauto.

10. Uždėkite variklio korpusą ant pagrindo. Įsitikinkite, kad spyruoklės yra vietoje, o viršuje - poveržlė. Uždėkite poveržlę ir veržlę ant 3 srieginių sijų, kad laikytumėte variklį. Siekiant geriau sumažinti vibraciją, tarp variklio korpuso ir poveržlės galima įdėti papildomą guminę trinkelę.

11. Priveržkite 3 veržles, naudodami gulsčiuką.

6 žingsnis: sukurkite variklio laikiklį - kamerą

Norėdami pagaminti kamerą, naudoju skaidrią jogurto vonelę ir storą plastiko lakštą.

1. Peiliu išpjaukite indo pagrindo formą, per kurią galite patraukti griebtuvą (griebtuvui, kuris nebus išimtas valymui). Perpjoviau įstrižainę per konteinerio pagrindą, palikdamas daugiau erdvės manevruoti, kad konteineris tilptų virš griebtuvo, nepadidindamas skylės centre.

2. Pritvirtinkite talpyklą į išorę esančia juostele. Aš norėčiau, kad tai būtų nuolatinis montavimas, kad būtų lengviau valyti.

3. Įdėkite popierinį rankšluostį į talpyklos dugną, kad sugertų skystį gręžimo metu, po to kamerą uždenkite aliuminio folija. Jei reikia, naudokite šiek tiek juostos, kad ji neliestų veleno ar griebtuvo. Šis „padažas“turėtų būti periodiškai keičiamas. Folija sulaiko didžiąją dalį skysčio, o popierinis rankšluostis sugeria didžiąją dalį to, kas patenka pro foliją.

Premija: panaudojęs dvipusės juostos metodą pavyzdžiams pritvirtinti, paėmiau Ossila užuominą (jie turi tam tikrą kokybišką laboratorinę įrangą) ir supjaustau seną kredito kortelę, kad mano mėginiai būtų pritvirtinti be vakuumo/be juostos.

7 žingsnis: sukurkite valdymo grandinę

Žvelgdami į aukščiau esančias nuotraukas, pamatysite tvarkingas grandinių schemas ir duonos lentos įgyvendinimą. Varikliui ir valdymo grandinei naudojau atskirus 12 V 500 mA maitinimo šaltinius, nes variklio nominali 500 mA įtampa, paprastai geriau, kad jūsų maitinimo šaltinis būtų 20% papildomas. Jei turite maitinimo šaltinį, galintį tiekti pakankamai srovės abiem, puiku.

Vietoj to, kaip tai padaryti žingsnis po žingsnio, pažvelkime į tai, ką daro kiekvienas skyrius.

Laiko valdymo grandinė įjungia ir išjungia gręžimo dengiklį ir kontroliuoja, kurioje iš dviejų pakopų/būsenų yra PWM grandinė ir kada perjungti.

Tai daroma maitinant 2 relės per MOSFET tranzistorius. SPST relės valdikliai įjungiami ir išjungiami, o DPDT relė valdo, kuris iš dviejų puodų nustato PWM grandinės darbo ciklą.

PWM grandinė yra tiesiog NE555 laikmatis, veikiantis stabiliai. Darbo ciklas valdomas puodais, kur nustatyto pasipriešinimo ir puodo vertės santykis yra darbo ciklas (schemoje žr. „Greičio parinkimo blokas“).

Mokestis:

MOSFETS yra naudojami, nes leidžia perjungti vartų gnybtą apimanti srovė. Tai leidžia mums įkrauti krūvį kondensatoriuose, kurie maitina MOSFETS, kurie savo ruožtu varo relės. Kondensatoriams įkrauti naudojamas momentinis kontaktinis mygtukas. Diodai naudojami tarp momentinio kontakto ir kondensatorių, kad būtų išvengta srovės tekėjimo iš vieno kondensatoriaus į kitą.

Išleidimas:

Dviejų pakopų laiko valdymo principas yra kondensatorių iškrovimas per varžą. Šį atsparumą nustato puodai, kuo didesnis pasipriešinimas, tuo lėčiau išleidžiama. Idealiu atveju tai yra τ = RC, kur τ yra laikotarpis arba laikas, R yra atsparumas ir C yra talpa.

Naudojamoje laiko grandinėje yra 2 x 500K dvigubų puodų, tai reiškia, kad kiekvienam puodui yra 2 gnybtų rinkiniai. Mes tuo pasinaudojame, prijungdami antrąjį puodą nuosekliai su savimi ir nuosekliai su vienu iš pirmųjų puodų gnybtų rinkinių. Tokiu būdu, kai nustatysime pasipriešinimą pirmajam puodui, jis pridės ekvivalentinį pasipriešinimą antrajam puodui. Pirmasis puodas yra ribotas iki 500K, o antrasis yra prijungtas prie laido, jo atsparumas bus iki 1000K plius pirmojo puodo vertė. Norėdami įtraukti minimalų pasipriešinimą, aš taip pat pridėjau fiksuotos vertės rezistorių prie kiekvienos linijos pagal schemą.

8 žingsnis: kalibravimas ir bandymas

Baigęs gręžimo dangą, aš pradėjau jį išbandyti. Aukščiau esančiame pavyzdžių paveikslėlyje yra pavyzdys (hibridinis perovskitas), pagamintas ant brangios gręžimo mašinos kairėje pusėje, ir sukimosi dengėjas, aprašytas šioje instrukcijoje, dešinėje. Šie gręžimo dažai buvo nustatyti tuo pačiu greičiu.

Gręžimo dengėjas gali būti kalibruojamas pagal įtampą arba pagal jūsų greičio puodų padėtį. Iš pradžių kalibravau naudodamas įtampą, po to ant puodų pažymėjau greičio/padėties, kurias dažniausiai naudoju.

Kalibruodamas su įtampa nesu tikras, ar skirtingi multimetrai skaitys PWM signalą kaip tą pačią įtampą, todėl visada naudoju tą patį multimetrą, su kuriuo kalibravau, jei reikia nustatyti gręžimo greitį, kuris nėra susijęs žymėjimas. Įtampa buvo nuskaityta išėjimo į variklį. Multimetras nebuvo prijungtas, kol buvo matuojamas greitis, kad būtų išvengta galimybės, jog multimetras sumažins varikliui tiekiamą srovę.

1. Skyriuje apie greičio tikrinimą buvo aprašytas greitis. Pakartokite šį procesą įvairiose greičio reguliavimo puodų vietose, pabandykite įtraukti greitį, kuriuo ketinate naudoti gręžtuvą, ir mažiausią bei didžiausią greitį. Turėtų pakakti apie 5 matavimus. Įrašykite kiekvieno greičio padėtį ir (arba) įtampą.

2. Įdėkite kalibravimo greitį ir įtampą į „Microsoft Excel“, tada sudarykite diagramą

3. Prie duomenų pridėkite tendencijos liniją. Naudokite paprasčiausią pritaikymą, kuris paaiškins duomenų tendenciją, idealiu atveju linijinį arba antrosios eilės daugianarį.

3a. Norėdami tai padaryti naudodami „Excel“, pasirinkite nubrėžtą grafiką, eikite į išdėstymo skirtuką parinkčių juostoje

3b. Spustelėkite piktogramą „Trendline“.

3c. Pasirinkite „daugiau tendencijų linijų parinkčių“

3d. Pasirinkite savo parinktį ir pažymėkite „Rodyti lygtį diagramoje“ir „Rodyti diagramos R kvadrato reikšmę“

Tikimės, kad jums tinka, dabar galite naudoti lygtį, kad apskaičiuotumėte apsisukimų dažnį nuo variklio tiekiamos įtampos.

Kadangi skaitytojas tikriausiai yra mokslininkas …

Pipetės technika: vaizdo įraše aš panaudojau mikropipetę kampu, tai padėjo man išvengti rankos vaizdo įraše. Idealiu atveju pipetė turėtų būti vertikali ir kuo arčiau mėginio/pagrindo, neliesdama jos, kaip galite patikimai pakartoti.

Plėvelės kokybė: kai kurių paveikslėlyje esančių plonų plėvelių funkcijų galima išvengti prieš naudojimą filtruojant pirmtakų tirpalus (pvz., Naudojant 33 µm PTFE filtrą). Šviesesnė plėvelės spalva, matoma iš „išgalvoto“gręžimo sluoksnio, gali būti dėl padidėjusio greičio ir atmosferos. „Išgalvotas“gręžimo dengėjas buvo pagamintas taip, kad veiktų tik esant dideliam inertinių dujų srautui, nes tokios plėvelės buvo suktos azotu ant „išgalvoto“sukamojo dangčio, o oras - pasidaryk pats.

9 žingsnis: Padėkos

Šiame trumpame skyriuje pateikiamas kontekstas, kuriame studijuoju, ir grupės, kurios palaiko mano tyrimus, susijusius su hibridinio perovskito fotovoltine medžiaga.

• Witwatersrand universitetas, Pietų Afrika
• Nacionalinis tyrimų fondas (NRF), Pietų Afrika
• GCRF-START. JK
• Gerry (apdirbęs aliuminio sukamojo griebtuvo griebtuvą)