Shema magnetnog klatna zidnog elektronskog sata. Što treba uzeti u obzir prilikom izrade magnetnog motora vlastitim rukama
Ostale originalne vrste satova. Sat predložen u ovom priručniku, iako također elektronski, koristi oscilatorno kretanje klatna za mjerenje vremena. Ovo je takozvani sat sa slobodnim klatnom.
Preciznost takvog sata zavisi od dizajna njegovog klatna, od minimiziranja uticaja temperature, od načina snabdevanja energijom koja održava oscilatorno kretanje klatna i primanja energije od klatna. Kod klasičnih mehaničkih satova za to su zaslužni mehanizam za hvatanje i set zupčanika.
Da bi tačnost sata bila što bolja, klatno mora oscilirati apsolutno slobodno, neopterećeno mehanizmima. A energija se prenosi u vrlo malim dijelovima u trenutku kada je klatno u donjem položaju i samo u slučaju kada se amplituda oscilacija klatna smanji ispod dozvoljene vrijednosti. Prijenos energije u prevelikim dozama uzrokuje povećanje amplitude oscilacija, što dovodi do smanjenja točnosti. Amplituda klatna ne bi trebalo da prelazi nekoliko stepeni.
Šematski dijagram sata
Osnova satova sa klatnom je dizajn sa neodimijumskim magnetnim ležajem pričvršćenim na kraju. Na bazi se nalazi indukcijska zavojnica. Kao rezultat kretanja klatna direktno iznad zavojnice, u zavojnici se indukuje napon koji se prenosi na mikroprocesor PIC12F683, koji analizira inducirani napon i, u pravo vrijeme, primjenjuje impuls napona na kalem koji podržava kretanje klatna.
- Kada se magnet na kraju klatna približi zavojnici, inducirani napon u zavojnici je negativan,
- kada pređe preko sredine zavojnice, napon je nula,
- kada ode, pozitivna vrijednost.
Amplituda induciranih impulsa u zavojnici zavisi od brzine kretanja magneta preko zavojnice, a samim tim i od amplitude oscilacija klatna. Mjerenjem napona nakon striktno određenog vremena prolaska kroz klatno ravnotežne tačke moguće je procijeniti kolika je amplituda oscilacije, a samim tim i da li impuls treba dati stimulatoru oscilacije ili ne. Što je faktor kvaliteta sistema veći, to će rjeđe biti potrebno kreirati ovaj impuls.
Za prikaz vremena koristi se mehanizam kvarcnog sata koji pokreće baterija od 1,5 V. U njemu uklanjamo ploču sa kvarcnim rezonatorom i kolom, koristeći samo sam mehanizam. Povezujemo izlaze zavojnice motora na portove mikrokontrolera. MK generiše impuls svake sekunde naizmjence bilo na jednom ili drugom izlazu zavojnice.
Ukupno je napravljeno nekoliko različitih satova sa različitim dužinama klatna. Najveće je bilo klatno dužine 1000 mm, gde je poluperiod oscilovanja bio tačno 1 sekundu. Bilo je i oscilacija sa poluciklusom od 1/3 sekunde (110 mm) i 1/4 sekunde (60 mm). Tako se formirao impuls za koračni motor pri prvom, trećem ili četvrtom prolasku klatna preko ravnotežne tačke.
Sat se napaja litijum-jonskom baterijom 18650, koja će trajati nekoliko mjeseci. Za procesor se koristi stabilizator LM385-1,2, koji daje napon od 1,2 volta. Kada procesor otkrije da je napon baterije pao ispod 3,28 V, signalizira se svake dvije sekunde. Tajmer može raditi i sa baterijom koja je pala na 2 V, ali tako duboko pražnjenje treba izbjegavati zbog mogućnosti oštećenja baterije.
Indukcijski svitak mora imati nekoliko hiljada zavoja. U ovom satu je namotano 2000-3000 zavoja žice 0,12. Zavojnice nemaju jezgro i namotane su na okvir prečnika 6 mm. Osovina klatna mora biti izrađena od materijala sa što nižim koeficijentom toplinskog širenja, dobro je prikladna šipka od karbonskih vlakana. Dužinu klatna treba odabrati tako da se dobije potreban period oscilovanja. Treba uzeti u obzir mogućnost finog podešavanja perioda oscilovanja, čemu služi dodatni uteg postavljen na klatno - mesingana matica, čija rotacija menja raspodelu mase na klatno.
Pažnja: u blizini magneta na kraju klatna ne bi trebalo biti feromagnetnih materijala - čeličnih eksera i vijaka. Također budite oprezni s mesinganim i bakrenim okovom. Magnet koji se kreće u njihovoj neposrednoj blizini pobuđuje u njima vrtložne struje, koje usporavaju kretanje magneta. Stoga bi postolje sata trebalo biti od drveta, plastike, laminata, mramora itd.
Elektronsko kolo sadrži samo procesor u postolju, zener diodu kroz otpornik od 100 kΩ i konektore za bateriju, zavojnicu i koračni motor. Kolo je sastavljeno na maloj štampanoj ploči izrezanoj od univerzalne ploče. Hex datoteke koje sadrže firmver procesora - .
Glavni element konvencionalnih mehaničkih satova je klatno ili balans, koji se pokreće utegom ili oprugom. Takvi satovi zahtijevaju redovno i često navijanje, što stvara određene neugodnosti.
Mnogi dizajneri već dugo rade na problemu stvaranja satova bez utega i opruga, kao rezultat toga, pojavili su se elektromehanički satovi. U njima se klatno pokreće elektromagnetom koji se napaja iz izvora električne struje. Kada se klatno približi ravnotežnom položaju (slika 1), kontakti povezani s njim se zatvaraju i struja teče kroz namotaj elektromagneta. Na klatno je pričvršćeno sidro od mekog željeza koje privlači stacionarni elektromagnet.
Rice. 1. Uređaj električnog kontaktnog sata.
Elektromehanički satovi su vrlo ekonomični u potrošnji baterije i imaju dobru preciznost. Ali oni također imaju slabu točku - kontakte koji zatvaraju krug elektromagneta. Uostalom, za samo godinu dana moraju se zatvoriti milione puta, pa nakon nekog vremena električni sat počinje da radi neprecizno. A ako je sat vrlo mali, na primjer, ručni sat, onda minijaturni kontakti u njima rade još nepouzdanije. Pojavom tranzistora postalo je moguće stvoriti beskontaktne električne satove.
Šema električni beskontaktni sat na tranzistoru prikazan je na sl. 2. Na klatno je fiksiran trajni magnet, pri čijem se kretanju indukuje emf u zavojima fiksne zavojnice. Jedan od namotaja zavojnice spojen je između baze i emitera tranzistora, drugi - u kolektorskom krugu.
Rice. 2. Električno kolo sata na tranzistoru.
Centar klatna (magneta) prelazi osu zavojnice u ravnotežnom položaju. Kada klatno oscilira u zavojnici L1, indukuje se emf, čiji je oblik ilustrovan krivom 1 (slika 3). Na ovoj slici krive nacrtane punom linijom predstavljaju dijagrame napona i struja koji nastaju kada se klatno kreće s lijeva na desno, a isprekidana linija - s desna na lijevo. Krajevi namota zavojnice L1 povezani su tako da kada se klatno približi ravnotežnom položaju, na bazi tranzistora se pojavljuje negativan napon u odnosu na emiter. Javlja se kada se magnet približi zavojnici, zbog povećanja magnetskog fluksa koji prelazi njegove zavoje. U ravnotežnom položaju, magnetni tok kroz zavojnicu dostiže svoj maksimum. U ovom trenutku napon postaje nula. Nadalje, magnetski fluks počinje opadati i emf mijenja predznak u suprotan. Kada se magnet odmakne od zavojnice, napon na njegovim krajevima gotovo nestaje. Tokom drugog poluciklusa, slika se ponavlja: kada se magnet približi zavojnici, u namotu L1 se indukuje takva emf da je napon na bazi negativan. Pod dejstvom ovog naponskog impulsa, struja prolazi u osnovnom kolu (kriva 2) i tranzistor se otključava (slika 3).
Fig.3. Grafikoni napona, struje i energije klatna za satni krug prikazan na sl. 2.
A je amplituda oscilacija klatna,
O je položaj ravnoteže.
Smjer zavoja zavojnice L2, uključene u kolektorsko kolo, je takav da kada struja kolektora prođe kroz njega (kriva 3), magnet privlači zavojnicu. Njegovo kretanje se ubrzava.
Frekvencija oscilovanja klatna, kao i kod konvencionalnog sata, gotovo je u potpunosti određena njegovim fizičkim parametrima: distribucijom dužine i mase. Masa klatna je uglavnom određena magnetom i detaljima njegovog pričvršćenja. Mehanizam pokazivača je spojen na klatno pomoću brojčanika i sat je spreman.
Dizajn satova. Za proizvodnju satova na tranzistoru, bilo koji sat sa klatnom ili "sat" je sasvim prikladan. U njima je potrebno samo prepraviti okidač i, naravno, ukloniti oprugu ili uteg; njihove funkcije će obavljati baterija.
U običnom satu, klizač koji pokreće klatno ima oblik prikazan na sl. 4a. Mora se modificirati kao što je prikazano na sl. 4b. Na osovinu 1 zalemljena je klackalica 2 na kojoj je slobodno okačena naušnica 3. Kada se klatno pomjeri ulijevo, naušnica klizi po zakošenoj strani zupca čegrtaljke 4 i pod uticajem njenog gravitacije, skače sa svog vrha u razmak između zuba. Kada se klatno pomakne udesno, naušnica se naslanja na strmu stranu zuba i okreće točak za jedan zub ulijevo. Za fiksiranje položaja kotačića i sprječavanje njegovog okretanja udesno, jedan rub latice-pasa 5 leži na njoj.Drugi rub latice se slobodno rotira oko ose 6. Kada se zakretni kotač okreće ulijevo , latica klizi po zakošenim rubovima zubaca i, skačući s njihovih vrhova, naslanja se na oštre rubove zubaca.
Rice. 4. Uređaj okidača konvencionalnih satova (a).
Uređaj satnog mehanizma na tranzistoru za pretvaranje oscilatornog kretanja klatna u rotaciono kretanje strelica (b).
Sastavljeni satni mehanizam, napravljen od konvencionalnih satova, prikazan je na sl. 5. Roger, minđuša i latica-pas u ovom satu su napravljeni od lima. Može se koristiti bilo koji magnet. Njegova zapremina ne bi trebala biti manja od 3-4 cm 3, jer mora izdržati opterećenje od 100-200 g. U opisanom dizajnu koristi se prstenasti magnet iz zvučnika promjera 35 mm. Za podešavanje kretanja sata, magnet mora biti montiran tako da se može pomicati gore-dolje. Ako je sat brz, onda se klatno (magnet) mora spustiti.
Sl.5. Sastavljen mehanizam sata.
Bilo koji tranzistori od legure, na primjer, tipa P13-P15, mogu raditi u generatoru takta (slika 2). Rad generatora ne zavisi od strujnog pojačanja tranzistora. Dioda D1 se može koristiti tip D7B-D7Zh. Umjesto diode, možete koristiti emiterski ili kolektorski spoj tranzistora od legure germanija, u kojem je otpao terminal emitera ili kolektora. Ako se u generatoru koristi tranzistor sa n-p-n vodljivošću (slika 2), tada treba obrnuti polaritet baterije i diode D1.
Zavojnica elektromagneta može se namotati na plastični ili papirni okvir unutrašnjeg prečnika 20, spoljašnjeg prečnika 48 i širine 8 mm. Potrebno je namotati zavojnicu u dvije žice na veliko dok se ne napuni. Prečnik žice - 0,09-0,15 mm. Nakon namotavanja, potrebno je provjeriti da li ima kratkih spojeva između dva dobivena namota. Početak jednog namotaja spojen je na kraj drugog, a izlaz emitera tranzistora spojen je na ovu tačku.
Pogledajte ostale članke odjeljak.
Svako od nas je upoznat sa ukrasom u kineskim satovima, koji je napravljen u obliku "vječnog" gramofona ili klatna. Nije teško izgraditi takvo čudo i to će trajati ne više od pola sata. Pogledajmo dijagram ispod:
Kada se prekidačem SB1 na kolo dovede napon napajanja, tranzistor VT1 će se zatvoriti, jer će njegova baza kroz zavojnicu L1 biti spojena na emiter. Nema pristranosti, tranzistor je zatvoren, nema struje ni kroz L2. Zavežemo trajni magnet za konac i zamahnemo naše improvizovano klatno u neposrednoj blizini zavojnica L1, L2 (namotani su na isti okvir). Kada se približi, EMF će početi da se indukuje u zavojnici L1, što će otvoriti tranzistor. Što je magnet bliže, tranzistor se jače otvara i veća je struja u zavojnici L2, koja svojim magnetskim poljem počinje privlačiti naš magnet.
U trenutku kada klatno prođe neposredno iznad zavojnica, ove vrijednosti su maksimalne, a čim se klatno počne udaljavati po inerciji, EMF mijenja predznak i tranzistor se zatvara. Dakle, klatno se privlači samo u prvoj polovini perioda, u drugoj ide po inerciji. Baš kao pravi zamah, koji zamahnemo zamahujući nogama u prvoj polovini zamaha. Dioda VD1 sprječava generiranje koje može nastati na rezonantnoj frekvenciji kola L1, L2.
Sada razgovarajmo o dizajnu naše ljuljačke. Zavojnice L1 i L2 su istovremeno namotane žicom promjera 0,08 - 0,1 mm na okvir odgovarajućih veličina. Na primjer, na ovom:
Navijamo što više, to bolje, do punjenja. Što je više okreta, to će klatno biti potrebno manje napona za rad. Prilikom spajanja zavojnica mora se voditi računa o fazama - početak prvog spojen je na kraj drugog. Kao jezgro, prikladan je komad bilo kojeg željeznog vijka, ili čak cijeli vijak, ako je kratak. Prije upotrebe, ovaj vijak se mora spaliti - zagrijati na plin i ohladiti na zraku.
Bolje je uzeti tranzistor sa najvećim mogućim koeficijentom prijenosa. Bilo koja direktna (p-n-p) provodljivost germanijuma male snage (čak i silicijum je radio za mene) će biti dovoljna. Ako je vodljivost tranzistora obrnuta (n-p-n), onda ni to nije važno - samo promijenite polaritet povezivanja izvora napajanja i VD1 diode.
Izvedite klatno ili ljuljanje po svom ukusu. Važno je samo da magnet, koji se nalazi na bazi klatna, prođe nekoliko milimetara od jezgre zavojnice. Sam magnet je bilo koji, što je jači to bolje, ali nećete morati tražiti ništa posebno. Savršen je komad “crnog”, feritnog magneta iz dinamičke glave ili željeznog od starog dječjeg motora.
Kao izvor napajanja koristi se klatno ili bilo koji drugi galvanski element, što je dovoljno za višemjesečni rad konstrukcije, a prekidač SB1 se može sigurno napustiti, jer je u mirnom položaju našeg klatna tranzistor zatvoren i struja potrošnja kola je minimalna. Ako je magnet vrlo slab ili je zamah pretežak za njega, tada možete povećati napon napajanja na 3 V uključivanjem dva elementa u nizu.
Rad ogromnog broja uređaja i mašina zasniva se na svojstvima elektromagneta. Većina klatna u modernim električnim satovima također se pokreće elektromagnetom. Pokušajmo otkriti razloge zbog kojih se električno klatno neumorno ljulja, a mi ćemo napraviti njegov vlastiti mali model.
Za to nam je potreban: domaći elektromagnet, isti kao što smo napravili prilikom izrade električnog zvona, limenka, jedna ili dvije baterije ili silazni transformator.
Klatno se izrezuje iz lima prema uzorku prikazanom na slici 1. Unutrašnja rupa se izbija dlijetom po linijama crteža, udarajući čekićem po dršku. Da biste to učinili, lim sa otisnutim crtežom stavlja se na ravnu dasku od tvrdog drveta. Zatim, nakon što ste turpijom očistili oštre izbočine rupe, običnim škarama izrežite cijelu figuru klatna duž vanjske konture. Nakon toga, ponovo izmrvite sve ivice malom turpijom, a donju traku - jezik - zarolajte u malu cijev. Kada se presavije, služiće kao uobičajeni ponderisani kraj klatna. U gornjem dijelu figurice izbušite ili izbušite malu rupu čeličnim šilom, čije rubove morate pažljivo izbrusiti finim brusnim papirom. Ova mala rupa služi za postavljanje klatna na debelu čeličnu iglu ili komad igle za pletenje zabijenu u gornji dio vertikalnog stupa C (slika 2).
Klatno mora biti obješeno na iglu tako da njegov donji dio, smotan u cijev, pada tik iznad krajeva izbočenih polova magneta, gotovo ih dodirujući, ali
pri ljuljanju ne bi dodirivao izbočene krajeve jezgra.
Kako biste izbjegli trenje klatna o drveni stup, stavite mali komad bakrene cijevi s dobro uglačanim rubovima na osovinu. Na stranama gornje izbočine klatna moraju se ugraditi dva bakrena klina. Oni će spriječiti da se klatno previše zamahne.
Električna struja se napaja iz baterije ili transformatora (4 - 6 volti), prema šemi prikazanoj na slici 2. Svi spojevi žice moraju biti dobro očišćeni i zalemljeni.
Na slici 2 vidite tanku, elastičnu žicu za prekidanje P. Prekidač omogućava kontinuirano ljuljanje klatna. Prvi zamah klatna se mora izvršiti laganim pokretom prsta, dovodeći njegov bočni dio do prekidača. U tom slučaju, električni krug će se zatvoriti kroz jedan od gornjih igala, struja će teći kroz namotaj elektromagneta, a njegovo jezgro će trenutno privući donji ponderirani kraj armature. Čim se donji dio klatna povuče prema dolje, lanac će se otvoriti i klatno će se pomaknuti na suprotnu stranu. Ovdje će se druga strana klatna ponovo susresti sa prekidačem, što će uzrokovati da magnet povuče klatno prema dolje.
Ovako će se klatno ljuljati dok cijeli model ne isključite iz izvora struje - transformatora ili baterije.
Vrlo zabavan model električnog klatna može se napraviti u obliku ljuljačke, a na njihovo sjedište može se pričvrstiti figurica Pinokija izrezana od papira ili plute. Mali čovjek - omiljeni heroj momaka - poletjet će i pasti na najmisteriozniji način.