Spin Kaplayıcı V1 (neredeyse Analog): 9 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Tüm ekipmanlar dayanacak şekilde yapılmamıştır, güneş enerjisi teknolojisi için ince film malzemeleri okuyan bir öğrenci/araştırmacıyım. Bir zamanlar güvendiğim ekipman parçalarından birine spin kaplayıcı denir. Bu, bir sıvı çözeltiden veya öncülden bir malzemeden ince filmler yapmak için kullanılan bir araçtır. Bu ince filmler, güneş paneli hücresi veya LED'ler gibi cihazlara katmanlanabilir.

Üniversitemde, birkaç bin dolara eşdeğer olan daha uygun fiyatlı ticari ürünlerle ilgili birçok sorun yaşadık. Bu ticari spin kaplayıcılar, numuneleri tutmak için bir vakum aynasından yararlanır ve karşılaştıkları problemler arasında, hız kontrolünün dayandığı geri bildirimi etkileyen diğerlerinin yanı sıra, sıkışmış motorlar, tıkanmış vakum aynaları, dumanlı kapasitörler bulunur. Her araştırma grubunun kendileriyle yaşadığı sorunların farkında değilim ama genellikle en az birinin onarıldığını veya herhangi bir zamanda onarılmayı beklediğini biliyorum.

Paylaştığım tasarım basit, numuneleri tutmak için başlangıçta vakumlu ayna yerine çift taraflı bant kullanıldı, bu daha sonra kullanımı daha kolay bir tasarımla güncellendi (bkz. Adım 6). Hafif kullanımda bir yılı aşkın süredir kullanılmaktadır. Rölenin yıpranması dışında herhangi bir sorun olmadı (kurulunca yeni bir röle değildi).

Proje çoğunlukla, 1 "leer" (500 mA) akım derecesine sahip bir motor, beton, inşaat kerestesi ve bazı kurtarılmış elektronik bileşenler gibi bulunan parçalardan yapılmıştır.

Gereçler

Bu projeyi deneyen herkesin değişiklik yapmasını bekliyorum, bu yüzden bu, proje için gerekenlerin ayrıntılı olmayan bir listesi.

Çekirdek:

4000 rpm'den az olmayan DC motor

Seçilen motor için yapılan ayna (daha sonra tartışılacaktır)

Bölme:

Yuvarlak plastik küvet (yoğurt küveti kullandım)

Küvetin altını kaplamak için kalın plastik veya alternatif

Kağıt havlu

Kaset

Montaj:

38x228 mm çam ağacından kesilmiş (genellikle çatıda kirişler için kullanılır)

30 mm uzunluğunda menteşe

Kauçuk veya sert köpük (motor montajı)

Tornavidaya uygun kafalı M6 cıvata

M6 somun

6 mm rondela

Baz ve süspansiyon:

Ağır taban (boyutuna göre kesilmiş beton blok kullandım)

M6 Dişli çubuk

Dişli çubuk için 9x M6 somun

3x Uzun yaylar 8 mm çap

12x 6 mm rondelalar

Temel kontroller:

Proje kutusu (Dondurma küveti kullandım, bu dondurma yemek için iyi bir bahane)

12V güç kaynağı (motorun ayrı bir kaynakta olması için 2 tane kullandım)

Motor için 1x doğrultucu diyotlar

2 aşamalı zamanlayıcı:

2x n-kanal MOSFET (IRF540 gibi)

2x 47 uF kapaklı alüminyum 35V

2x B500k pot ikili slayt

200K direnç

10K direnç

Röleler için 2 adet doğrultucu diyot

Buton anlık iletişim

Röle SPST (zamanlayıcı başlat/durdur)

Röle DPDT (zamanlayıcı hızı 1/hız 2 geçişi)

PWM devresi:

1x NE555 zamanlayıcı

1x 1k direnç

2x 10nC kapasitörler

1x n-kanal MOSFET (IRF540 gibi)

MOSFET için 1 adet soğutucu

Soğutucu için 1x yalıtımlı silikon yıkayıcı

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

2x 10k tencere (görev döngüsü)

Röleler için 1 adet doğrultucu diyot

Motor hız testi:

İdeal:

optik takometre.

Alternatif:

Kaset

Sert cisim gibi ince tel (örneğin tel, kürdan, ataç)

"Audacity" yüklü bilgisayar

Adım 1: Uygun Bir Motorunuz Var mı?

Çoğu döndürmeli kaplayıcının 500 ila 6000 rpm hız aralığında çalışması gerekir. İşim en fazla ithalat hızı olarak 2000 ve 4000 rpm'ye ihtiyaç duyuyor, bu yüzden etrafta yattığım ve 1100 ila 4500 rpm aralığında çalışan bir DC motorla yapabilirdim, motorum daha yavaş çalışabilir, ancak daha yavaş hızlar nedeniyle daha az güvenilirdir. motordaki direnç.

12 V motorunuz varsa uygun bir motor ve güç kaynağı bulun. Motorunuzun gerektirdiği voltajı ve güç kaynağının akımını eşleştirin, ideal olarak motorun gerektirdiğinden %20 daha fazla olmalıdır. 24 V motorunuz varsa, elektronik için 12 V sağlamak için bir düşürücü dönüştürücüye veya ayrı bir güç kaynağına ihtiyacınız olacaktır.

Ardından, motorunuzun karşılayabileceği minimum ve maksimum hızları test etmek isteyeceğiz. Seçilebilir/ayarlanabilir voltajlı bir güç kaynağınız varsa, bunu kullanın, yoksa kontrol devresinde gösterilen PWM devresini daha ileride (veya tam kontrol devresini) kurun.

2. Adım: Hız Testi

Bir optik takometre, bir motorun hızını test etmek için harika bir araçtır, eğer elinize geçerse, burada alternatif bir yöntem sunuyorum.

Bölüm A

1. Ücretsiz bir ses düzenleyici olan "Audacity" ile ses kaydı yapmak için bir bilgisayar hazırlayın.

2. Motorunuzun miline bant sarın (elektrik veya maskeleme bandı işe yarayacaktır).

3. Motoru yönetebileceği en düşük hıza ayarlayın.

4. Ses kaydetmeye başlayın.

5. Bu bölümdeki videoya göre, metal bir iğne, çivi veya ataşı birkaç saniye bantla hafifçe temas ettirin.

6. Kaydı durdurun.

7. Maksimum hız için tekrarlayın.

8. Sesi görüntüleyin ve RPM'yi hesaplayın.

Bandı metal pim ile temas ettirdiğimizde, zar zor değmesini istiyoruz. Pimi motorun miline ne kadar yakınlaştırırsanız, bant onu geçmek için o kadar çok bükülür ve motordan o kadar çok yavaşlar veya momentum alırız. Bant ve metal pim arasındaki temas çok hafifse, kayıtta temasın ne zaman yapıldığını bize söyleyecek kadar ses alamayabiliriz. Audacity'deki sesten RPM'yi hesaplamak için (üstteki resme bakın)

Bölüm B

1. Pimin temas ettiği yerin belirgin zirvelerini görene kadar sesi yakınlaştırın.

2. Bir tepe noktasına sol tıklayın ve seçili alan en az 5 tepeyi kaplayacak şekilde fareyi hareket ettirerek basılı tutun.

3. Piklerin sayısını sayın.

4. Bu tepe noktalarının/dönüşlerin meydana gelmesi için geçen süreyi görmek için pencerenin altındaki "Bölümün Başlangıcı ve Bitişi" zaman görüntüsünü kullanın.

5. (tepe sayısı)/(saniye cinsinden süre) = saniyedeki devir sayısı

6. RPM = (saniyedeki devir sayısı)*60

Bu motor için muhafazayı oluşturmadan önce motorunuzun ihtiyacınız olan hızlarda çalışabileceğinden emin olmanız önemlidir. Hız testini, daha sonra A bölümünün 7. adımını atlayarak ve 3. adımı test ettiğimiz hız ile değiştirerek kalibrasyon için sonunda tekrarlayacağız.

Adım 3: Örnek Ayna

Bu yapının en önemli kısmı numune aynasıdır. Alüminyum ayna için, bir arkadaşım (Gerry) onu bir torna tezgahında çevirdi, ardından özel motoruma sığması için bir diş çekildi (benim durumumda emperyal iplik). Şaft üzerinde vida dişi olan bir motor için, aynayı monte etmek, yapıldıktan sonra (bağlantı) vidalamaktan ibarettir. Aynanın monte edildiği bir presesyon olma olasılığı daha yüksek olmasına rağmen bunu daha kolay buluyorum. Düz şaftlı bir motor kullanırsanız, dişte "oynama" ile ilgili herhangi bir sorun yaşamayacaksınız. Buradaki zorluk, şaftın ya yapıştırılması ya da şafta sıkmak için bir başsız vidaya sahip olması gerekmesidir.

Bir metal torna tezgahına erişiminiz varsa ve onu kullanma becerisine sahip biri varsa, aynayı çevirmek en iyisidir. Motorunuzda bir diş varsa, aynanın ortasından aşağıya doğru bir dişe dokunun. Düz şaftlı bir motor için, şaftın kenarına bastırmak ve yerinde tutmak için başsız vida gibi bir şey kullanmanız gerekir.

Yukarıdaki resimlerde gösterilen bir alternatif, bir delik testeresi alıp bir matkap presi kullanarak bir disk kesmektir. Bunu takiben, bir ipliği merkeze sokmak için bir dokunuş kullanın. Yumuşak bir malzemeniz varsa, çapakları bir bıçak kullanarak çıkarabilirsiniz, daha sert bir malzeme için bir eğe uygun olacaktır. Deliğin üstü daha sonra epoksi ile doldurulabilir veya bir metal levhadan kesilerek yüzeye epoksi uygulanabilir.

GÜVENLİK: Aynada yapıştırıcı/epoksi kullanılması tavsiye edilmez, çünkü yapıştırıcı başarısız olursa… ayna nereye gider. Ayna kullanım sırasında yüksek hızda dönecek ve aynanın ince bir metal levhadan yapılması onu potansiyel olarak bir kesme diskine dönüştürecektir. En az 5 mm kalınlığında bir malzeme kullanmanızı tavsiye ederim.

Adım 4: Motor Bağlantısını Oluşturun - Taban ve Yaylar

Motor montajı 2 amaca hizmet etmeli, motoru yerinde tutmalı ve titreşimleri sönümlemelidir. Yapacağınız montaj motorunuza özel olacaktır. Size kendinizinkini nasıl yapacağınıza dair bir fikir vermek için ne yaptığımı anlatacağım. Bazı motorların yan taraflarında havalandırma vardır, bu nedenle bunun nerede olduğunun farkında olun ve soğutma için açık tutun.

Taban ve yaylarProje için yeterince büyük, ağır bir taban bulun. Uygun kalınlıkta bir beton parçası buldum ve elmas açılı taşlama bıçağı kullanarak boyuta göre kestim. Beton döşeme taşları veya kalın bir metal plaka da aynı şekilde çalışmalıdır. Yapabiliyorsanız, kesilmesi gerekmeyen bir şey bulmaya çalışın.

Betondaki taşlar delmeyi zorlaştırır ve bazen deliklerin yana kaymasına neden olur. Bu yüzden motor gövdesindeki delikleri işaretlemeden önce dişli çubuğun tabanında delikler açtım (daha uygun bir malzemeniz varsa, sipariş önemli değil).

1. Dişli çubuğun çapını bir duvar matkap ucu ile dişli çubuk için delin.

2. Tabanın altında kalacak olan dişli çubuğun, pulun ve somunun ucunu havşalamak için çok daha büyük bir duvar matkap ucu kullanın.

3. Dişli çubuk için motor gövdesi bloğundaki delikleri veya daha sonra şablon olarak kullanmak üzere bir kağıt parçası üzerine işaretleyin.

4. Dişli çubuğu boyuna kesin, kesilen kenarı eğeleyin ve ipliğin hala iyi olduğunu kontrol edin. Kesmeden önce çubuğa bir somun yerleştirmek. Bu kaldırıldığında, daha sonra çok hasar görmemişse, ipliği düzeltebilir/hizalayabilir.

5. Çubukları betonun içine yerleştirin, ardından her iki tarafta bir pul ve somun.

6a. Motoru ve gövdeyi destekleyecek kadar uzun ve sert yaylar bulmayı başardıysanız, bunları kalın bir pul ile yerleştirebilirsiniz. İnce bir pul ipliğe takılabileceğinden kalın bir pul gereklidir. Uygun bir metal parçasından bir delik açarak ve deliği bir eğe ile tamamlayarak kendi pullarınızı yapabilirsiniz.

6b. Yay kullanmamayı tercih ederseniz, bunun yerine bir somun ve rondela kullanılabilir, bunun dezavantajı, motorun titreşimlerini azaltmaya hizmet etmeyecek olmasıdır.

Adım 5: Motor Montajını Yapın - Motor Muhafazası

Motor gövdesi bir kelepçe gibi yapılmıştı, çam parçaları merkezde bir boşluk ve sağlam bir şekilde sabitlemek için bir somun ve cıvata ile birlikte menteşeliydi. Konutum için kullanılan ahşap, 38x228 mm kesitli bir kirişten kesilmişti.

1. Motorunuz için ihtiyacınız olan ahşabın boyutunu belirleyin ve parçayı yukarıdaki fotoğrafın (a)'daki gibi işaretleyin.

2. Motorunuzun çapından daha küçük olmayan bir delik işaretleyin, motor ile gövde arasında olacak kauçuk şerit için biraz boşluğa ihtiyacımız var. Montaj, kelepçe benzeri montaj (menteşe ve cıvata) nedeniyle deliğin boyutunu affeder.

3. Bir pilot delik açın ve ardından bir delik testeresi kullanarak deliği açın. Kullandığım delik testeresi sadece yaklaşık 22 mm derinliğinde keser, bu yüzden her iki taraftan da yarıya kadar deldim.

4. Motor gövdesini destekleyecek dişli çubuk için delikleri işaretleyin ve delin. Serbest harekete izin vermek için bunlar dişli çubuktan en az 1 mm daha kalın olmalıdır.

5. Menteşeyi yukarıdaki fotoğraftaki (b)'ye göre vidalayın ve ardından çıkarın. Bu delikleri yapmak içindir.

6. Şekli yukarıdaki fotoğrafın (b) deki gibi kesin, ben testere kullandım.

7. Şekil, menteşenin karşısında bir cıvataya sahip olmamızı sağlar. Yukarıdaki fotoğrafın (c)'de gösterildiği gibi cıvata deliğini delin. Delik, tertibatın kolay açılıp kapanmasını sağlamak için cıvatadan yaklaşık 2 mm daha büyük olmalıdır.

8. Parçayı yukarıdaki fotoğrafın (d)'deki gibi uzunlamasına kesin ve menteşeyi tekrar vidalayın.

9. Motoru lastik bir şeritle sarın ve mahfazaya yerleştirin, mahfazayı kapalı tutmak için bir somun, cıvata ve rondela yerleştirin ve sıkın, bunu sıkılaştırın ancak aşırı sıkı değil. Motorunuzun yan tarafında havalandırma varsa, hava akışını engellemediğinizden emin olun.

10. Motor gövdesini tabana yerleştirin. Yayların üstte bir rondela ile yerinde olduğundan emin olun. Motoru tutmak için 3 dişli çubuğa bir rondela ve somun yerleştirin. Titreşimleri daha iyi azaltmak için motor gövdesi ile rondela arasına ek bir lastik tampon yerleştirilebilir.

11. Kılavuz olması için bir su terazisi kullanarak 3 somunu sıkın.

Adım 6: Motor Bağlantısını İnşa Edin - Bölme

Hazneyi yapmak için şeffaf bir yoğurt küveti ve kalın plastik bir tabaka kullandım.

1. Bir bıçak kullanarak kabın tabanından aynayı geçirebileceğiniz bir şekil kesin (temizlik için çıkarılmayacak bir ayna için). Merkezdeki deliği genişletmeden, kabın mandrenin üzerine sığması için daha fazla manevra alanı sağlamak için kabın tabanı boyunca bir diyagonal kestim.

2. Konteynerin dışına bir miktar bant koyarak kabı yerine sabitleyin. Bunu daha kolay temizlik için kalıcı bir montaja tercih ederim.

3. Döndürerek kaplama sırasında sıvıyı emmesi için kabın dibine bir miktar kağıt havlu koyun ve ardından hazneyi alüminyum folyo ile kaplayın. Bunun mile veya aynaya temas etmesini önlemek için gerektiğinde bir miktar bant kullanın. Bu "pansuman" periyodik olarak değiştirilmelidir. Folyo sıvının çoğunu yakalar ve kağıt havlu folyodan geçenlerin çoğunu emer.

Bonus: Örnekleri yapıştırmak için çift taraflı bant yöntemini kullandıktan sonra, Ossila'dan bir ipucu aldım (bazı kaliteli laboratuvar ekipmanlarına sahipler) ve örneklerim için vakumsuz/bantsız bir montaj yapmak için eski bir kredi kartını kestim.

Adım 7: Kontrol Devresinin Oluşturulması

Yukarıdaki resimlere baktığınızda, düzgün bir devre şemaları ve bir breadboard uygulaması göreceksiniz. Motor 500mA olarak derecelendirildiği için motor ve kontrol devresi için ayrı 12V 500mA güç kaynakları kullandım, genel bir kural olarak güç kaynağınızda %20 ekstra kapasiteye sahip olmak daha iyidir. Her ikisi için de yeterli akım sağlayabilen bir güç kaynağınız varsa, harika.

Adım adım nasıl yapılacağından ziyade, her bölümün ne yaptığına bakalım.

Zaman kontrol devresi, döndürmeli kaplayıcıyı açar ve kapatır ve PWM devresinin 2 aşamadan/durumlardan hangisinde olduğunu ve ne zaman değiştirileceğini kontrol eder.

Bu, MOSFET transistörleri aracılığıyla 2 röleye güç verilerek yapılır. Bir SPST rölesi açma ve kapamayı kontrol eder ve bir DPDT rölesi, iki pottan hangisinin PWM devresinin görev döngüsünü ayarladığını kontrol eder.

PWM devresi, kararsız operasyonda basitçe bir NE555 zamanlayıcıdır. Ayarlanan direncin pot değerine oranının görev döngüsü olduğu, potlar tarafından kontrol edilen görev döngüsü (şematikteki "hız seçici bloğuna" bakın).

Şarj etmek:

MOSFET'ler, kapı terminalleri aracılığıyla ihmal edilebilir akım çeken güç anahtarlamalarına izin verdikleri için kullanılır. Bu, MOSFETS'e güç sağlamak için kapasitörlerde yükü depolamamızı sağlar ve bu da röleleri çalıştırır. Kondansatörleri şarj etmek için bir anlık kontak butonu kullanılır. Bir kapasitörden diğerine akım akışını önlemek için anlık kontak ile kapasitörler arasında diyotlar kullanılır.

Deşarj:

2 aşamanın zamanını kontrol etme ilkesi, kapasitörlerin bir direnç yoluyla boşalmasıdır. Bu direnç potalarla belirlenir, direnç ne kadar yüksek olursa deşarj o kadar yavaş olur. Bu ideal olarak τ = RC'yi takip eder, burada τ dönem veya zaman, R direnç ve C kapasitanstır.

Kullanılan zaman devresinde 2 adet 500K dual pot vardır, bu da her pot için 2 set klemens olduğu anlamına gelir. İkinci potu kendisiyle seri olarak ve ilk pot terminal setlerinden biri ile seri olarak kablolayarak bundan faydalanıyoruz. Bu şekilde ilk pota direnç belirlediğimizde, ikinciye eşdeğer direnci ekleyecektir. İlk pot 500K ile sınırlıdır, ikincisi ise kablolu olarak 1000K artı birinci potun değerine kadar bir dirence sahip olacaktır. Minimum direnç eklemek için devre şemasına göre her hatta sabit değerli bir direnç ekledim.

Adım 8: Kalibrasyon ve Test

Döndürme kaplayıcıyı bitirdikten sonra test etmeye başladım. Yukarıdaki numunelerin resminde, solda pahalı bir döndürmeli kaplayıcı üzerinde yapılmış bir numune (hibrit-perovskit) ve sağda bu Talimatta açıklanan döndürme kaplayıcı vardır. Bu spin kaplayıcılar aynı hıza ayarlandı.

Döndürme kaplayıcı, voltaja veya hız kaplarınızın konumuna göre kalibre edilebilir. Başlangıçta voltaj kullanarak kalibre ettim, ardından tencerelerde en sık kullandığım hızları/konumları işaretledim.

Voltajla kalibre ederken, farklı multimetrelerin PWM sinyalini aynı voltaj olarak okuyup okumayacağından emin değilim, bu nedenle, spin kaplayıcıyı ilişkili olmayan bir hıza ayarlamam gerekirse, her zaman kalibre ettiğim aynı multimetreyi kullanırım. işaretleme. Motora beslenen çıkışta voltaj okundu. Multimetrenin motora sağlanan akımı azaltması olasılığını önlemek için hız ölçülürken multimetre bağlanmadı.

1. Hız testi ile ilgili bölümde hız testine geçiş süreci detaylandırılmıştır. Bu işlemi hız kontrol kaplarının çeşitli konumlarında tekrarlayın, döndürmeli kaplayıcıyı kullanmayı düşündüğünüz hızları ve minimum ve maksimum hızları dahil etmeye çalışın. Yaklaşık 5 ölçüm yeterli olacaktır. Her hız için konumu ve/veya voltajı kaydedin.

2. Kalibrasyon hızlarını ve voltajlarını Microsoft Excel'e koyun, ardından bir grafik çizin

3. Verilerinize bir eğilim çizgisi ekleyin. İdeal olarak doğrusal veya 2. dereceden bir polinom olan veri eğilimini açıklayacak en basit uyumu kullanın.

3 A. Bunu Excel'de yapmak için çizilen grafiğinizi seçin, seçenekler şeridindeki düzen sekmesine gidin

3b. "Trend çizgisi" simgesine tıklayın.

3c. "Diğer trend çizgisi seçenekleri"ni seçin

3 boyutlu. Seçeneğinizi seçin ve "Denklemi grafikte görüntüle" ve "R-kare değerini grafikte görüntüle"yi işaretleyin.

Umarım iyi bir uyumunuz vardır, şimdi motora sağlanan voltajdan RPM'yi hesaplamak için denklemi kullanabilirsiniz.

Okuyucu muhtemelen bir bilim insanı olduğundan…

Pipet tekniği: Videoda mikro pipeti açılı olarak kullandım, bu kolumu videonun dışında tutmama yardımcı oldu. İdeal olarak pipet dikey olmalı ve numuneye/alt tabakaya dokunmadan güvenilir bir şekilde tekrar edebileceğiniz kadar yakın olmalıdır.

Film kalitesi: Resimdeki biriktirilmiş ince filmlerdeki bazı özellikler, kullanımdan önce öncü çözeltileri filtreleyerek (33 um PTFE filtresi kullanmak gibi) önlenebilir. "Süslü" döndürmeli kaplayıcıdan görülen daha açık film rengi, rampa hızının ve atmosferin bir sonucu olabilir. "Fantastik" döndürmeli kaplayıcı, filmler "fantezi" döndürmeli kaplayıcıda nitrojenle ve DIY döndürmeli kaplayıcıda havayla döndürülerek kaplandığı için yalnızca yüksek bir soy gaz akışıyla çalışacak şekilde üretildi.

9. Adım: Teşekkür

Bu kısa bölüm, nerede çalıştığımı ve hibrit-perovskite fotovoltaiklere odaklanan araştırmamı destekleyen grupları anlatacak.

• Witwatersrand Üniversitesi, Güney Afrika
• Ulusal Araştırma Vakfı (NRF), Güney Afrika
• GCRF-BAŞLAT. Birleşik Krallık
• Gerry (alüminyum döndürmeli kaplayıcı aynasını işleyen)