Электролизер относительно небольшой мощности, здесь, предназначен для повышения температуры пламени настольных и ручных стеклодувных горелок в домашней мастерской. При этом гремучий газ подмешивается в обычную горючую смесь - пропан-воздушную или пары бензина в воздухе. Сжигание чистого гремучего газа в специальных микрогорелках позволяют получить небольшой высокотемпературный факел для работы с металлами, стеклом, керамикой – разогрев, резка, пайка, сварка. Все это расширяет возможности мастерской, а в стеклодувном смысле – является почти полной заменой баллонного кислорода для работы с тугоплавкими стеклами, что позволит не связываться с неудобным в доставке баллонным кислородом - в удаленную местность и в одиночку.
Электролизер - обычного, классического принципа действия и не претендует на волшебные параметры позволяющие задействовать его для отопления или питания ДВГ автомобиля. КПД прибора меньше 1.0 - энергии на получение горючего газа тратится больше чем получается при его сжигании.
Структура прибора.
Электролизер для получения гремучего газа не является и весьма простым аппаратом превращающим воду в горючее - это сложный прибор требующий расходных материалов (ряд химикатов, электричество), внимания и регулярного обслуживания. Необходимо хорошо представлять процессы происходящие в электролизере, способы и средства для изменения параметров прибора. Кроме самого реактора - емкости с электродами разлагающими воду из электролита, электролизер должен быть снабжен рядом дополнительных аппаратов для очистки и осушения газа, обогащения его углеводородами (важно при сварке), блоком питания с автоматикой поддерживающей рабочий режим и устройствами безопасности (Рис. 2).
Рис. 2. Структурная схема электролизера.
Электролизер стационарный, предназначен для многочасовой ежедневной работы и расположен близко к рабочему месту – в конструкции предусмотрены меры повышенной надежности и безопасности. Вместе с тем, прибор не содержит дорогих и дефицитных комплектующих и материалов, блочная конструкция аппарата позволяет гибко изменять конфигурацию аппарата и его мощность (производительность), легко обслуживать и ремонтировать прибор. Недостаток такого построения – большая масса и занимаемый объем аппарата, невозможность удобной транспортировки.
В целом, каждый из отдельных аппаратов прибора (Рис. 2, 3) может быть применен самостоятельно или в ином месте, заменен аналогом или в ряде случаев вовсе опущен. Словом – прибор позволяет задействовать конструкторские навыки, совершенствовать и модернизировать свои части.
Электролизер спроектирован универсальным, при его узкой специализации или пониженных требованиях к гремучему газу, от некоторых аппаратов можно отказаться или упростить их. В простейшей конфигурации может присутствовать только реактор с БП и защитный барботер с водой.
Гремучий газ имеет высокую скорость горения и большую энергию взрыва, обычные меры против «обратного удара», как например, защитные сетки в патрубках или медная «путанка» часто оказываются неэффективными, поэтому все части прибора и системы питания горелки (карбюратор для получения паров бензина) выполнены с избыточной прочностью, выдерживающие подрыв без аварии. Кроме того, в сосудах прибора, по возможности, уменьшен объем свободного пространства занимаемый гремучим газом. Говоря о вероятном взрыве, нелишне напомнить и об опасности разбрызгивания горячей (реактор при работе нагревается) вполне концентрированной щелочи, в первую очередь для глаз. Поэтому части аппарата содержащие электролит, а это сам реактор и расширительный бак-фильтр щелочной пены, физически объединены в одну мощную сварную конструкцию и расположены в мастерской за надежной перегородкой.
Существенно уменьшает вероятность обратных ударов и автоматическое поддержание в электролизере избыточного давления около 0,4 Атм. Теоретически, давление было бы выгодно поддерживать более высоким, при этом снижается газонаполнение электролита, понижается его сопротивление и уменьшаются омические потери и нагрев реактора. Практически же, конструкцию следует рассчитывать как минимум на десятикратное повышение давления в случае подрыва и исходить из соображений прочности.
Электролит.
Электролизер работает на воде. Для повышения ее сопротивления и увеличения КПД прибора в воду добавляют щелочь - NaOH или KOH. Концентрация этих веществ не одинакова, кроме того, едкий натр удобнее в эксплуатации - при потенциальных протечках электролита, высыхая, он осыпается в виде соды, в отличие от КОН который превращается в расплывающийся на воздухе поташ. В приготовленный один раз электролит добавляют только расходующуюся воду. Полностью электролит заменяют раз в несколько лет - для удаления продуктов распада электродов и резинок-изоляторов.
Электролит в реакторе не обновляется годами расходуя только воду - чистую Н2О. Все примеси из воды и щелочи остаются внутри, постепенно сгущаясь до сверхконцентрированных агрессивных растворов которые интенсивно разрушают резину и электроды - вода должна быть хорошо дистиллированной, щелочь - химически чистой. Более того, присутствие в электролите катионов металлов (Pb, Sn, Zn, Fe, Cr, Mo) приводит к их выделению на катоде в виде осадка и резкому увеличению скорости коррозии электродов.
Материаловедение.
В среде горячей щелочи, при протекании значительных токов, распространенные сорта нержавеющей стали разрушаются быстрее обычной конструкционной Ст45 и стоят много дороже. Заграничные энтузиасты рекомендуют редкий и дорогой сорт нержавейки. Заводские электролизеры также строятся из обычной черной стали. Практика показывает, что при интенсивной эксплуатации стойкость таких пластин-электродов вместе с прокладками из обычной неспециальной резины (например, транспортировочные кольца от газовых баллонов [2]) - около 10 лет. Весьма стойкие пластины получаются из чистого никеля (дорого) или при гальваническом никелировании железа.
Все части аппарата соприкасающиеся с электролитом (щелочью) её пеной или туманом, должны быть выполнены из черной стали. Алюминий и медные сплавы в такой среде быстро разрушаются.
Расчет реактора электролизера.
Точные громоздкие расчеты числа и размеров пластин–электродов [1], в практике домашней мастерской можно заменить приближенными но вполне действенными соотношениями. Они таковы:
– мощность рассеиваемую одной парой электродов не желательно принимать выше 22 Вт., при этом потери энергии на нагрев электролита и конструкций реактора умерены даже при длительной работе;
- практическое напряжение на одной паре пластин при котором идет электролиз воды – 1,8…2,4 В;
- для получения одного литра газа в минуту требуется БП с габаритной мощностью 150…200 Вт.; при этом, производительности 3,5 - 4 литра газа в минуту (БП ~750 Вт) достаточно для питания ювелирной микрогорелки;
Устройство прибора.
Рис. 3 Эскиз устройства электролизера. Части-аппараты прибора показаны условно, без соблюдения масштаба и точного конструктивного устройства.
Электролизер состоит из конструктивно отдельных узлов-аппаратов соединенных в единый прибор нетолстыми шлангами и/или электрическими линиями. Это реактор (Рис. 3, поз. 1), питающий его постоянным током блок (Рис. 3, поз. 2), аппарат объединяющий в себе бак для электролита и фильтр-гаситель щелочной пены (Рис.3, поз. 3), аппарат для пополнения реактора расходующейся при работе дистиллированной водой, без сброса давления в системе (Рис. 3, поз. 4), реле давления (Рис. 3, поз. 5), водяной затвор (Рис. 3, поз. 6), барботер для насыщения гремучего газа углеводородами (Рис. 3, поз. 7), осушитель гремучего газа (Рис. 3, поз. 8), фильтр-уловитель щелочного тумана (Рис. 3, поз. 9).
Реалии.
Свой электролизер я строю преимущественно из подножного материала, того, что удалось найти в подсобном хозяйстве и приспособить к делу. Некоторые относительно недорогие и необходимые части все таки придется приобрести. Отсюда ожидаемые невысокие параметры прибора. Главным образом - производительность. Тем не менее, я рассчитываю на получение, значительных размеров, высокотемпературного факела на горелке для любительского занятия стеклодувным делом. Мощность и производительность проектируемого прибора при возможности и необходимости, можно будет увеличить добавлением ячеек с электродами, при этом основные сложные и дорогие части электролизера будут использоваться без изменений. В этом смысле видится перспективным каскадное применение стандартных импульсных источников от системного блока ПК. Каждый такой источник может питать ячейку с комплектом электродов и изоляторов между ними.
Всем привет, подарили мне давеча смарт часы, а именно: Amazfit T rex 2, но как оказалось в дальнейшим версия у них не глобальная, а для китайских граждан. Подскажите пожалуйста знающие люди как можно снести китайскую версию и поставить на них глобалку, облазил и 4 пда и интернет инфы мало. А в сервис нести не хочется.
Тахометр на Arduino предназначен для измерения частоты вращения различных вращающихся деталей, таких как роторы, валы, диски и др. Принцип измерения основан на стробоскопическом эффекте, на деталь наносят яркую белую метку, которая при вращении детали зрительно будет перемещаться или останавливаться когда частота вращения детали и частота пульсации светодиода тахометра будут одинаковые.
Схема тахометра достаточно простая, для сборки Вам понадобится 2 резистора 0,125 Вт, транзистор КТ815, яркий светодиод, индикатор LCD1602 с модулем I2C, энкодер KY-040 и плата Arduino Nano.
Светодиод в моем случае использован от подсветки LED телевизора, с номинальным рабочим напряжением 3 В, мощностью 1 Вт, но Вы можете использовать любой другой светодиод белого свечения, мощностью не менее 1 Вт.
Диапазон измерения тахометра от 10 об/мин до 25000 об/мин, с шагом 0,1 об/мин. Частота пульсаций светодиода меняется при помощи энкодера, нажатие кнопки энкодера позволяет менять множитель изменения частоты (x0.1, x1.0, x10.0, x100.0).
В верхней строке индикатора показана текущая частота в об/мин (при включении установлено 1000 об/мин), во второй сроке показан множитель и частота пульсаций светодиода (F = об/мин * 60).
Для тестирования я использовал маломощный электродвигатель, на его вал при помощи корректирующей жидкости «Штрих» была нанесена метка, после запуска электродвигателя энкодером я подобрал частоту пульсации светодиода при которой метка зрительно остановила свое вращение, частота пульсаций светодиода стала равна частоте оборотов электродвигателя.
Вид метки при синхронизации вала электродвигателя с частотой пульсаций светодиода.
При провидении измерений стробоскопическим методом есть одна особенность, если Вы не знаете примерную частоту вращения вала двигателя, то при измерении метка зрительно может остановится на меньшей кратной частоте. Например если частота вращения двигателя 1200 об/мин, то метка зрительно будет останавливаться при частоте пульсаций светодиода на 600 об/мин (кратно 2), 400 об/мин (кратно 3). Для того чтобы избежать ошибки во время измерения необходимо после синхронизации метки поднять частоту до момента следующей синхронизации, если при синхронизации Вы увидите 2 метки, то предыдущее измерение было верным.
Электролизер в домашней мастерской – установка весьма полезная. Сжигая полученную в нем кислородно-водородную смесь, «гремучий газ», в горелке, можно плавить, резать и сваривать металлы, в том числе и тугоплавкие вплоть до железа. Полученный гремучий газ, можно использовать для пайки мягкими и твердыми припоями, нагрева мелочей до высоких температур, для обработки стекла и кварца, для повышения температуры пламени бензо-воздушных и газо-воздушных горелок. Последнее, к слову сказать, позволяет заменить кислород в баллонах, что устраняет специфические проблемы с их, баллонами, транспортировкой и перемещением без грузоподъемной техники. Электролизёр всегда готов к работе, включается и выключается быстро, позволяет получить факел пламени разного размера, вплоть до самого малого, мощностью в десятки ватт.
Микрогорелка на гремучем газе, в комплекте с бензовоздушной (газовоздушной) горелкой или электрической печкой (для общего обогрева стеклянных деталей), позволяет даже неопытному стеклодуву проваривать сложные узкие стыки и полезна, в том числе и при работе с легкоплавкими стёклами.
Электролизёр даже небольшой мощности пригоден для мелких кузнечных работ. Двух с половиной киловатт достаточно, чтобы из обоймы шарикоподшипника сделать и закалить кухонный нож среднего размера, стамеску или зубило. Отковать и напаять рабочую часть резца для точения цветных металлов. Об отвёртках из старых вил или пружин, угловой гибки прутков тоже следует не забывать!
Самый совершеный самодельный лабораторный электролизер, конструкция которого описана в литературе [2] – Ю.Н.Бондаренко, ученого, стеклодува, астронома, изображен на рисунке.
Общее описание, прототип
Электролизер работает по принципу разложения воды на кислород-водород постоянным электрическим током. После разложения смесь кислорода и водорода (гремучий газ) пропускается через ряд аппаратов для доведения его до «товарного вида» (осушение, обогащение нужными парами), предотвращение аварийных состояний (водяной барботер) и обеспечение удобной и безопасной работы прибора с высоким КПД (реле давления).
Обратная связь – самодельное реле давления, отключает выпрямитель БП при достижении в газовой магистрали 0,4 атм. Такой способ регулирования имеет несколько преимуществ – электролизер всегда работает в расчетном режиме, поддержание избыточного давления снижает вероятность обратных ударов, уменьшается газонаполнение электролита, нагрев электролизёра, растёт его КПД.
В качестве аварийного предохранительного клапана, работает специально подобранная резиновая трубка, которая при повышении давления, срывается с выходного штуцера электролизёра. Давление при этом сбрасывается. Работа электролизёра такой мощности «на помещение» в течении нескольких часов даже при полном отсутствии вентиляции безопасна, пока не будет выработана вся вода из электролита.
Мощности электролизера вполне достаточно для работы со стеклом «Пирекс» диаметром до 40 мм и (условно) с кварцем диаметром до 20 мм. К электролизёру можно подключить ресивер из одного или нескольких кислородных баллонов (рассчитанных на давление 150 атмосфер!). Это позволит на короткое время резко повысить мощность горелки, хотя для заполнения газом баллонов и вытеснением из них воздуха может понадобиться значительное время.
Описанный электролизер, лет двадцать работает в лаборатории Юрия Николаевича и со времени постройки был подвергнут ряду совершенствований. Учтем их, вместе с рекомендациями автора. Блок схема нашего прибора будет выглядеть так.
Итак, по порядку.
Блок питания
Авторский блок питания – однофазный, трансформаторный, с мостовым управляемым выпрямителем. Параметры его таковы – 70 В х 30 А, хотя пропускать через описанный электролизер можно до 50 А.
Схема принципиальная блока питания электролизера
Где: VD1,2, VS1,2 – низкочастотные диоды и тиристоры, подходящие по току. VD3,4 – маломощные защитные диоды, лучше применить высоковольтные на 800…1000 В. R2,3 – 50 Ом. R1,2 -560 Ом, SA1,2 – контакты реле давления .
Мощность резисторов - удобнее резисторы на 2 (МЛТ) или 3 (импортные металлопленочные) ватт, из-за размеров и толщины проволочных выводов – среди массивных элементов, навесным монтажом, их будет удобнее монтировать, меньше шансов разбить или сломать.
Юрий Николаевич свой блок питания снабжал соответствующим дросселем и балластом из трёх миллиметровой железной проволоки, намотанной на асбоцементную трубу, сопротивлением около 0,2 Ом и использовал блок питания, в том числе и как сварочный аппарат. Мощный дроссель обеспечивает хорошую стабилизацию дуги. Сейчас число ячеек увеличено и балласт не используется.
БП - несколько важных моментов.
При большом числе ячеек электролизера, ток протекает только на пиках напряжения, поэтому, например, трехфазный выпрямитель, пульсирующий в шесть периодов, при тех же выходных параметрах, производительней однофазного, с пульсацией в два периода. Из-за повышения скважности, значительная часть энергии расходуется на нагрев. Поэтому, сглаживающий фильтр выпрямителя, должен повышать КПД, уменьшать нагрев пластин и электролита. Сглаживающий фильтр может быть C, L, LC или даже CLC типа. Это зависит от возможностей – емкости и дроссель на такой ток – велики, дороги, тяжелы. Рассчитывается сглаживающий фильтр по обычной методике. Взамен его, можно просто увеличить размеры ячеек и при этом можно будет несколько увеличить и их число из-за меньшего падения напряжения на ячейке.
Да, из-за повышения скважности нежелательно ставить и фазовый тиристорный регулятор.
Следует помнить, что рабочий ток VD1,2, VS1,2 в мостовом выпрямителе, выше тока нагрузки.
Не повредит индикация состояния блока питания, повышающая удобство при настройке и грубую диагностику возможных неисправностей при работе устройства. Неоновая лампочка (она удобнее светодиодов при высоких напряжениях) – индикатор подачи сетевого напряжения, маломощная лампочка – во вторичной обмотке трансформатора и лампочка или светодиод с токоограничительным резистором – на выходе выпрямителя. При применении промежуточного реле (см. Реле давления, ниже), одну из его контактных групп, можно задействовать для индикации, включая ею светодиод с пометкой «ДАВЛЕНИЕ».
Электролизер
Устроен следующим образом - ряд пластин из железа или лучше никеля толщиной 1-1,5мм с небольшими (6-7мм) отверстиями для протока электролита и газа с проложенными между ними резиновыми кольцами, стянуты шестью шпильками диаметром 10 мм из железа. Шпильки изолированы с помощью гетинаксовых шайб от крайних пластин. Для изоляции от средних пластин шпильки обмотаны слоем пропитанной эпоксидной смолой стеклоткани. При сборке пакета, такая изоляция не протирается о края пластин, в то же время, при необходимости, ее можно удалить леркой. Никель, наверное, более стоек к электролизу в щёлочи, но он дорог, малодоступен и обрабатывается хуже, чем железо. Нержавейка не показала преимуществ перед железом. Поэтому оптимальным следует считать железные пластины.
Торцовые (крайние) пластины сделаны из железа толщиной 6 мм, на одной из них вварены два угловых патрубка, на который одевается хлорвиниловый шланг (видно уровень электролита, на эскизе не показаны), на второй приварена трубка для заливки электролита и выхода газа. Сверху к ней привинчена на резьбе 20х1,5 через прокладку ёмкость для отстоя пены и щёлочного тумана.
Практика эксплуатации показала достаточную безопасность такой конструкции. Даже подрыв самого электролизёра привёл лишь к смещению резиновых колец. Однако, электролизёр лучше ставить в отдельном помещении или прикрыть большим металлическим ящиком, наконец, поставить за перегородкой - щелочной раствор крайне опасен при попадании в глаза.
Размер пластин первого варианта электролизера Юрия Николаевича, был 200х200 мм, модернизированный - имеет пластины большего размера – 300х300 мм. Это позволило ощутимо увеличить выход газа, при том же блоке питания за счет роста КПД. При увеличении площади пластин, уменьшается плотность тока и снижается «газонаполнение», а с ним и сопротивление электролита, все это снижает падение напряжения на ячейках и заметно увеличивает КПД процесса. Кроме того, снижение плотности тока, продляет жизнь стальных пластин, снижает температуру и агрессивность электролита к резине.
Давление в самом электролизёре (настройка реле давления), вообще говоря, следует делать возможно большим (повышается КПД), но нужно помнить, что при возможном подрыве это давление возрастёт раз в десять. Электролизёр следует делать с возможно большим количеством шпилек для фиксации снаружи резиновых колец и рассчитывать на давление не меньшее, чем двадцатикратное рабочее.
Уплотнительные резиновые кольца – тем, что удается добыть, часто и определяется размер пластин. Конечно, хорошо бы использовать специальную резину, стойкую к щелочи, марки ТМКЩ (тепломорозокислотощелочестойкая), но с успехом применяют и обычные сорта. При применении готовых доступных колец, расстояние между пластинами, определяется конструкцией резинок. Юрий Николаевич рекомендует толщину резинок не менее 10 мм. В качестве прокладок, в первом варианте электролизера, с пластинами 200х200 мм применялись транспортные предохранительные кольца, от кислородных баллонов, во втором варианте, 300х300 мм – от пропановых баллонов. Удобнее резинки плоские, например, от больших молочных фляг.
Электролит. Электролизёр на половину своей ёмкости заполнен раствором едкого натрия концентрацией 15%. Все детали, на которые попадает электролит или его брызги, следует делать из чёрного металла, стойкого к растворам щёлочей. (Медь и алюминий щёлочами быстро разрушаются). С течением времени, в электролите постепенно накапливаются примеси вносимые питающей водой, поэтому, он готовится из чистой щёлочи (ХЧ, ЧДА) на хорошем дистилляте, который добавляется в электролизёр по мере разложения воды. Щёлочь при работе не расходуется, но весь электролит заменяется раз в два года из-за загрязнения органикой из резины и продуктами разрушения пластин. Их стойкость составляет около десяти лет.
Часто, для приготовления электролита применяют едкий калий. При этом следует помнить о различной, с NaOH концентрации (раствор едкого калия лучше проводит ток), кроме того, едкий калий менее удобен в работе – при вероятных протечках, он дает расплывающийся на воздухе поташ, а NaOH – соду, иметь дело с которой, удобнее и проще.
Отстойник пены, барботеры
Отстойник пены в авторском варианте сделан из кардана ЗИСа с вваренными вогнутыми донышками, но можно сделать и из «чёрной» водопроводной трубы, ø~70мм.
Барботеры, для безопасности, сделаны из 5л баллонов высокого давления (150 атм.) от углекислотных огнетушителей. Возможные проскоки пламени в барботеры полностью безопасны и не приводят к авариям.
Барботер с водой – водяной затвор предотвращающий попадание пламени в электролизер, с бензином – для обогащения пламени углеводородами при сварке металлов, пайке латунью и другими твёрдыми припоями. Кроме того, примеси углеводородов делают факел ярче и это весьма удобно для некоторых работ. Большое количество паров бензина снижает температуру пламени, что иногда полезно при обработке стекла [1], стр.12.
После длительной работы электролизера (нагрев), через некоторое время, после выключения (остывание), образующееся разрежение может затянуть рабочие жидкости в соседние емкости. Классические барботеры с тонкими трубками здесь заменены на более удобные – с перегородкой, на манер «склянки Тищенко». Их работа показана на картинке ниже.
В практической конструкции, перегородка выполнена из водопроводной трубы, вставляемой в цилиндрический сосуд (баллон). Зубцы на торце трубы, позволяют заранее, удобно, установить отступ от дна баллона и разбить пузырьки газа на более мелкие.
Диаметр внутренней трубы подбирается, исходя из диаметра сосуда, и составляет примерно 0,7 внутреннего диаметра баллона, монтаж делался так – горлышко баллона отрезается в нужном месте на токарном станке или УШМ, вставляется труба и обрезается лишнее, вровень с поверхностью баллона. Крышка баллона протачивается до плотной посадки в трубу, детали складываются, шов тщательно проваривается, проверяется его герметичность, при необходимости, дефектные места разделываются и завариваются.
Объем рабочих жидкостей в 5л баллоне – около 2л.
Существует также, более простая, хотя и более материалоемкая и громоздкая конструкция из двух сосудов [3]. Необходимо только позаботиться о достаточной прочности соединительной трубки.
Поскольку электролизер универсального применения - барботер с бензином, отключаемый (для резки металлов и работ с кварцевым стеклом, он не нужен). При работе же с обычным стеклом, яркий факел (с примесью углеводородов) очень полезен. Также примеси углеводородов не приемлемы, если паять открытым пламенем железо, медные сплавы, никель с флюсом из расплавленного едкого калия или натрия (углекислый газ из пламени, быстро превращает их в соду или поташ).
Концентрация паров бензина, в авторской конструкции регулируется его испаряемостью – при необходимости добавляется небольшое количество свежего или отработанного (из бензинового карбюратора) бензина. Вероятно, удобнее будет регулирование концентрации подмешиванием чистого газа через байпас. Пропорции газов, плавно регулируются игольчатым краником в байпасе, как это сделано в помянутом бензиновом карбюраторе. При необходимости, бензиновый барботер полностью отключается двумя шаровыми кранами, гремучий газ идет через байпас. Игольчатый кран в этом случае, должен быть полностью открыт.
Бензин для этого барботера, Юрий Николаевич использует частично отработанный – из карбюратора для стеклодувной горелки, с пониженным содержанием летучих фракций. После отработки в электролизере, оставшуюся тяжелую фракцию бензина можно использовать для растопки печи, как растворитель, для пропитки дерева от древоточцев. По свойствам она похожа на керосин.
Реле давления.
Оно самодельное, представляет собой небольшую емкость с мембраной, нажимающей на кнопки микропереключателей.
У Юрия Николаевича, это точёная из алюминия «баночка» с полостью ø40…50 мм и глубиной несколько миллиметров, с фланцем. С таким же фланцем и крышка. Между ними эластичная мембрана из медицинского «эластичного бинта» с наклеенной жесткой площадкой из стеклотекстолита. «Баночка» подключается к газовой магистрали до промывалок, а в крышку вставлены микропереключатели серии МП, с удаленными перекидными пружинками (иначе, перепад давлений слишком велик). Фланцы стянуты шестью мелкими болтиками. Следует добиться четкого одновременного срабатывания контактов. Можно одним микропереключателем коммутировать небольшое реле с двумя контактными группами. Применив промежуточное реле с тремя или более, контактными группами, свободные контакты, стоит задействовать для индикации (см. Блок питания, выше).
Кроме самодельного, применимы авиационные реле давления (близкий диапазон), контактные манометры. Можно попробовать применить реле давления – запасные части от бытовой техники.
Осушитель.
Осушитель представляет собой железную емкость с силикагелем. Крышка емкости должна быть съемной. Юрий Николаевич использует случайно найденный железный бачок – масляный фильтр от стационарного дизеля. Диаметр его ~120 мм, высота такая же. Толстая крышка крепится на шпильке, проходящей по оси цилиндрической емкости. Для герметизации - под крышку и под гайку подкладываются плоские резинки. Гайка используется заглушенная с одной стороны. Можно также применить конструкцию с фланцем. Объем пустого пространства, занимаемого газом, лучше минимизировать, это уменьшит хлопок при возможном обратном ударе. Силикагель такого объема, в электролизере Юрия Николаевича, приходится сушить (прокаливать при температуре примерно 200°С) раз в год.
Уловитель щелочного тумана.
Как это не странно, но мельчайшие частички щелочи, в виде тумана, изловчаются пробираться через два барботера и добираются до горелки. С электролизером работает набор простых горелок с разными диаметрами сопел-капилляров. Концентрированный раствор щелочи выпаривается внутри горячего капилляра и тот закупоривается. Признаком наличия такого тумана служит жёлтый «натриевый» цвет пламени. Сильнее всего, этот эффект проявляется в горелке с самым тонким капилляром.
От щелочного тумана, удалось избавиться, установив перед горелкой простой фильтр – дюймовую железную трубку набитую стеклотканью (хлопковая может воспламениться). Внутренний диаметр фильтра – 40…50 мм, ø 20…25 мм.
Горелки.
Стабильное давление газа позволяет использовать набор сменных горелок примитивной конструкции без кранов, в которых величина пламени регулируется диаметром сопел-капилляров из меди или нержавеющей стали. Эти диаметры могут быть от 0,9 до 0,1 мм. Непременным условием работы с такими горелками является режим работы, при котором ее можно легко задуть. Горелки большого диаметра гасятся быстрым прижатием к резине. При гашении погружением в воду возможны неприятные проскоки пламени.
Сопла в горелках сделаны из меди. Идеальным материалом является трамвайный контактный провод. Там медь твёрдая и её легко точить. Диаметр самого большого - 0,8 мм, в меньшей горелке - 0,5 мм - из капилляра от манометрического термометра и самый тонкий - 0,3 мм из хроматографического капилляра. Если сопла горелок делать из иглы от медицинского шприца, то ее стоит обмотать сверху медной проволокой и пропаять латунью или серебром, чтобы был теплоотвод, и плохо проводящая тепло нержавейка не перегревалась. Для прочистки капилляров, используется стальная проволочка либо то сверло, которым было просверлено сопло.
Под готовый электролизёр нужно подложить два деревянных бруска 50 на 50 миллиметров. Пол лучше застелить хлорвиниловым линолеумом, который не горит и легко чистится. Электролизер не стоит ни чем плотно накрывать - он требует охлаждения при работе. Практика показала, что такая конструкция работоспособна даже при слабом морозе, который не замораживает воду в промывалке и конденсат в трубках. Но из-за ухудшения проводимости холодного электролита, мощность при включении будет несколько ниже.
Приветствую всех! Я уже не раз рассказывал про устройство, работу и использование различных принтеров (так уж получилось, что по большей части чековых). Но один экземпляр так и остался в стороне, несмотря на то, что штука эта, пожалуй, один из самых необычных вариантов конструкции такого принтера. Удивительно, насколько часто его путают с другими типами, с которыми он не имеет практически ничего общего.
Итак, в сегодняшней статье поговорим о чековых принтерах барабанного типа. Узнаем, зачем они вообще нужны и как устроены. Традиционно будет много интересного.
❯ Суть такова
В комментариях к последним двум моим статьям про принтеры несколько раз упоминали печатающие калькуляторы. Штука весьма экзотическая, в обычной жизни такой чаще всего можно встретить где-нибудь на кассе в банке, в бухгалтерии, на точке обмена валют или другом подобном месте.
Так вот, принтеры, используемые в таких девайсах очень сильно отличаются от обычных чековых. И я, не найдя какого-то хорошего описания их работы, решил написать пост и про эту технологию.
❯ При чём здесь АЦПУ?
Думаю, все, кто имел дело с большими ЭВМ или просто увлекается данной темой, знают, как устроен и работает принтер барабанного типа.
Главной его частью является барабан с символами (литерный вал). Вдоль него расположен ряд молоточков, который приводятся в действие управляемыми с компьютера электромагнитами, которые бьют по бумаге, отпечатывая символы через красящую ленту.
Сами по себе эти принтеры были очень суровыми и производительными агрегатами, а по шуму им мог позавидовать даже линейно-матричный принтер.
Так вот, в большинстве печатающих калькуляторов используются механизмы именно такой конструкции. Безусловно, аппараты с матричными или термопринтерами существовали, но в сравнении с общим числом моделей их куда меньше.
❯ Что даёт использование такого принтера в калькуляторе?
Разумеется, причин для того, чтобы ставить именно их, было немало:
Такому принтеру не нужен знакогенератор, так как символы жёстко выбиты на барабане. Соответственно, упрощается и схема калькулятора.
Можно печатать несколькими цветами, в частности, в подобных устройствах чёрным печатают приход, а красным — расход.
В отличие от матричного, этот экземпляр куда менее шумный.
В отличие от термопринтера, распечатки с которого выцветают, эти могут храниться очень долго.
Нет каких-то чувствительных к жизненным потрясениям частей типа игл или тонкоплёночных нагревателей, соответственно, он, прост, дубов и надёжен.
Именно это и стало причиной столь широкого их распространения, в отличие от других своих собратьев.
❯ Обзор оборудования
Ну что же, самое время посмотреть на такой артефакт в работе. Изначально у меня были планы намутить этот печатающий механизм и попытаться оживить, но с этим совершенно не задалось, так что было принято решение намутить калькулятор в сборе и на его примере посмотреть на работу принтера.
А вот и предмет нашего обзора. Citizen CX-146. Это типичный представитель поздних печатающих калькуляторов. Индикатор на четырнадцать разрядов, принтер, типичные для бухгалтерского калькулятора функции.
К слову, на момент написания статьи эти аппараты даже до сих пор продают, причём по весьма негуманной цене.
Обратная сторона. Наклейка с инвентарным номером, кнопка Reset, отсек для батарейки CR2032 (что именно ею поддерживается, мне неведомо) с так и не выдернутым хлястиком.
Принтер. Крышка его давно потеряна, но на работу это не влияет. Вообще, уверен, что за один день в кассе банка он печатал больше, чем за всё то время, что валялся у меня дома.
А вот и аппарат в работе.
❯ Печать
Впрочем, уверен, мы все здесь не ради обсуждения бухгалтерских функций, а ради самого принтера. Из его режимов работы нас интересуют два — в первом калькулятор ведёт себя как обычный и ничего не печатает, во втором же число из буфера распечатывается вместе с нажатым знаком операции. В левом верхнем углу кнопки FEED и PRINT, одна для протяжки бумаги, другая для печати числа без совершения операций над ним (например, какого-нибудь там номера отчёта).
Итак, откидываем металлическую скобу, надеваем моточек ленты и заправляем её в щель сзади. Далее жмякаем FEED, принтер заглотит бумагу и протянет её. Всё, можно пробовать печатать.
Выглядит это примерно так:
Да, некоторые наверняка заметили, что лента заправлена неправильно. Дело в том, что офсетной бумаги у меня под рукой нет, поэтому я использовал термоленту, только печатал на обратной стороне, где нет термочувствительного слоя, чтобы краска нормально впитывалась.
Ну а вот и сама бумажка. Само собой, кроме цифр и нескольких символов этот принтер ничего печатать не умеет.
❯ Внутренности
Ну что же, самое время посмотреть на аппарат изнутри. Выкручиваем саморезы снизу и расцепляем защёлки. Судя по задирам на корпусе, я далеко не первый, кто лезет внутрь…
А вот и внутренности. По центру плата управления, собранная на двух микросхемах-каплях. Кстати, впервые вижу, чтобы в калькуляторе на ВЛИ была столь простенькая схема, все экземпляры, что я видел ранее, были на чипах в нормальных корпусах. Платы тоненькие, гетинаксовые.
Трансформатор, выдающий напряжения для питания принтера, калькуляторного чипсета и ВЛИ. Переключатель питания на деле не отключает девайс от сети, при вставленной вилке плата находится под напряжением всегда.
Лицевая сторона платы. На ней ВЛИ, немного пассивных компонентов, парочка транзисторов. Диодный мост и предохранитель.
Вся электроника калькулятора. Клавиатура резиновая, как в пульте от телевизора. Впрочем, кнопки нажимаются отлично, никакие не западают. Движковые переключатели тоже бескорпусные, в виде площадок на плате.
ВЛИ произведён хоть и в Китае, но под контролем японской Futaba. По номеру ничего не гуглится.
❯ Принтер
А вот и печатающий механизм. Это Epson M-32TL. Весьма неожиданно увидеть здесь этот принтер, ведь в лучшие годы Citizen и сама выпускала такие изделия.
Принтер, снятый с крышки корпуса. Видны электромотор, направляющие, печатающая головка.
Картридж. Устроен он максимально просто — два валика, пропитанных краской.
А вот и самая главная часть этого принтера — барабан. Две его секции отведены под печать чёрным, ещё одна — красным.
От принтера к плате идёт всего восемь проводов. Этого полностью достаточно для управления этим механизмом. Помимо электромотора другим исполнительным механизмом является электромагнит (изначально думал, что это магнитная муфта, но нет, вал вращается всегда). Он управляет практически всем: выбором цвета, непосредственно пропечатыванием символа и перемещением головки.
Если слегка сдвинуть корпус головки, то можно увидеть сам молоточек, который бьёт по барабанам. Чуть ниже червячный вал, перемещающий головку. Возврат каретки осуществляется пружиной: после снятия напряжения с электромагнита и отключения мотора вал начинает свободно прокручиваться.
Над нижней направляющей видна зубчатая рейка, за которую цепляется каретка при перемещении.
С другой стороны принтера находится программный переключатель. Одна его контактная группа замыкается, когда литерный вал стоит в нулевом положении, другая — при начале поворота барабана на угол, равный размеру одного символа, третья — при завершении этого манёвра.
❯ Управление принтером
Таким образом, для подключения принтера надо всего пять цифровых портов микроконтроллера — два будут дёргать соленоид и мотор, три других — следить за концевиками (нулевым и индексным). Существовали даже специальные чипы, предназначенные для управления мотором и несколькими соленоидами (и специально приспособленный к подключению индуктивной нагрузки). Таким образом, для печати необходимо отслеживать, когда появляется нужный символ, далее активировать соленоид. После этого необходимо отсчитать ещё один оборот (чтобы каретка сдвинулась), снова выбрать символ и выбить его. Если же вместо этого нужно пустое место, то барабан нужно крутить до символа пробела.
❯ Тайминги
Даташит на этот принтер найти не удалось. Я уже думал лезть за логическим анализатором, чтобы показать подаваемые на него сигналы, но внезапно нашёл всё это на просторах.
Перед началом печати включается мотор. Электроника калькулятора выжидает, пока он не сделает один оборот (данные между метками A и B).
А вот и печать символа. Отсчитав нужное число импульсов, МК подаёт сигнал на активацию электромагнита. Барабан при этом не крутится, что видно по отсутствию сигналов с датчика вращения. Мотор же в это время не выключается, отчего головка едет к позиции следующего символа в строке.
❯ Немного о более старых принтерах
Помимо рассмотренного в данной статье экземпляра существовали конструкции, полностью повторяющие по принципу работы АЦПУ.
Вот типичный такой принтер, в нём литерный вал абсолютно неподвижен, как это сделано в его большом собрате. По управлению он тоже абсолютно идентичен.
❯ Вот как-то так
Как можно видеть, казалось бы ничем не примечательный принтер оказался весьма интересным устройством. Конечно, он не лишён недостатков, в частности, его механика требует весьма строгих таймингов включения электромагнита, чтобы принтер мог что-то печатать, да ещё и нужным цветом. Причём в отличие от матричного или термопринтера, где это влияет по большей части на скорость печати, такой девайс при неправильном подключении, скорее всего, сломается. А низкое количество печатаемых символов ещё сильнее снижает область их использования.
Фото 1. Мой вариант более-менее универсальной подрезки.
Речь пойдет о небольшом настольном приспособлении именуемом «подрезка». Инструмент из обязательных, используется часто и располагается под рукой на рабочем столе. Предназначен для получения в размягченной стеклянной заготовке-трубке местных кольцевых вдавлин – круговых колец-канавок. Как правило, изготавливается из пластинки с углублениями, укрепленной на небольшой деревянной подставке (Рис. 2).
Рис. 2 Хрестоматийная подрезка.
Как всегда, мы вынуждены самое пристальное внимание уделять материалам – лучшим, для контакта с раскаленным стеклом является графит (терморасширенный). После, в порядке ухудшения эксплуатационных свойств – латунь (медь), текстолит и даже – древесина. Латунь и медь тщательно шлифуют и перед работой смазывают жиром или воском, текстолит и дерево с плотной древесиной перед работой обугливают в пламени. Служат они поменьше металлов и графита, зато дешевы и легко заменяются. Многие сложные стеклянные приборы с помощью которых были совершены научные открытия, делали мастера-стеклодувы позапрошлой исторической эпохи, с применением обугленных деревянных инструментов.
Пластинки подрезки имеют несколько или даже целый ряд уменьшающихся правильных канавок. Иногда подрезку выполняют в виде вращающегося диска из листовой латуни на подставке, со стопором. По окружности диска выпилены ряд канавок. Дерево для горячей работы со стеклом подбирают плотное – дуб, клен, ясень, груша и – гип-гип-ура! – береза. У нас ее, в отличии от прочих, полно. В бытность, рабочую часть подрезки делали из обычной березовой фанеры хорошего качества.
У меня нашелся кусок нетолстого листового текстолита (Фото 3), применим его.
Фото 3. Кусок листового текстолита – заготовка рабочей части инструмента.
Что понадобилось для работы.
Набор столярных и слесарных инструментов, ЛКМ, крепеж, мелочи.
К делу.
Начал с изготовления рабочей части. Разметил подходящий кусок текстолита. Под линейку-шаблон, шилом процарапал будущие канавки (Фото 4). Размер – ориентируясь на имеющийся ассортимент стеклянных трубок.
Фото 4. Разметка рабочей части будущего инструмента.
Пластинку текстолита выпилил мелкозубой пилой, торцы выровнял на куске наждачной бумаги со средним зерном, положенной на ровную поверхность (Фото 5). Притупил острые края. Канавки выпилил ручным лобзиком по дереву (Фото 6).
Рабочие поверхности – соприкасающиеся непосредственно с размягченным стеклом должны быть вполне гладкие их неровности и заусенцы могут быть причиной складок и смятого стекла. Выровнял канавки наждачной бумагой обернутой вокруг хвостовика подходящего сверла (Фото 7). Саму пластинку для удобства зажал между парой плоских деревяшек и притянул на краю стола струбциной.
Фото 7. Выравнивание канавок.
В порядке тренировки – разметил и выгравировал ручным гравером цифры под канавками – диаметр соответствующей окружности в миллиметрах, хотя для дела они нужны не слишком. Воспользовался самодельной граверной фрезой сделанной из хвостовика обломанного сверла (Фото 8).
Фото 8. Самодельная фреза для гравировки.
Надписи получились слишком тонкими – прошелся сверху еще и некрупным круглым бором (Фото 9). Правильнее было бы заполнить выгравированные углубления краской – затереть и чуток подсушив удалить лишнее, но не нашлось контрастного к текстолиту цвета.
Фото 9. Выгравированные цифры - диаметры канавок.
Подставка.
Сделана из куска нашедшегося в деревянном хламе, строганного березового бруска. Подходящий кусок разметил и отпилил на торцевой пиле, для красоты сделал на торцах наклонные спилы (Фото 10). Выпиленный чурбачок отшлифовал наждачной бумагой.
Фото 11. Дешево, надежно и практично, хотя «Козлодоев» таки прав – не эстетично.
Простейшее – из двух отрезков брусочков (Фото 11) было забраковано как не достаточно эстетичное. На четверочку. С минусом. Обычно применяемый паз (Рис. 2) по зимнему заснеженному времени изготовить затруднительно, пришлось делать две пары лапок-держалок, заякоренных в деревянной подошве. С темным коричневым текстолитом (и эбонитом!) чудо как хорошо выглядят шлифованные латунные детали. Подходящей толщины пластинки из хромированной (части старого сломанного электросамовара) латуни нашлись в хламе.
Фото 12. Кусочки от электросамовара. Остатки, после отжига и рихтовки.
Удалось подобрать несколько подходящих заготовок и выкроить из них заготовки ушек (Фото 13).
Для выпиливания латуни, к месту пришелся и мой любимый инструмент – ювелирный лобзик (Фото 14). Пилочка №0, смазка мылом или воском не применялась.
Фото 14. Выпиливание ювелирным лобзиком. Это прекрасный инструмент!
Латунные ушки выпилил с некоторым запасом в длину. Торцы деталей выровнял после лобзика на наждачной бумаге аналогично (Фото 5). По возможности сошлифовал верхний слой железок – никелирование с подслоем меди (Фото 15). Очищенную поверхность обработал тонкой наждачкой.
Фото 15. Удаление слоя никеля с латуни и крепление деталей – некрупной струбциной к подставке для выпиливания лобзиком, той самой – «ласточкин хвост».
Фото 16. Заготовки креплений текстолита. Винтики М3 подобрал стальные, не оцинкованные – цинк с медными сплавами образует хорошую гальваническую пару - быстро и сильно кородирует при малейшей влаге.
Латунные ушки и текстолит разметил, накернил и просверлил (Фото 17), отверстия зенковал сверлом крупного диаметра.
Фото 17. Сверление на станке. Нижний патрон с хвостом-переходником для перфоратора нужен для зажатия мелких сверл – патрон табельный, меньше 3 мм не удерживает.
Фото 18. Просверленные детали. Вторые отверстия для винтиков на текстолите и ответных креплениях сверлил по месту, в сборе.
Фото 19. Выступающие части винтиков укоротил ювелирным лобзиком. Да, своим любимым.
В деревянной подставке разметил и просверлил два глухих отверстия для замуровывания латунных держателей. Оказалось достаточно 10 мм. На такой диаметр нашлось удобное спиральное сверло по дереву – с центрирующим шипом по центру. На больших оборотах (3000 об/мин – сверлильный станок) в плотном дереве удаются замечательно чистые и ровные отверстия.
После примерки деревяшку отшлифовал и в несколько слоев покрыл подкрашенным лаком – как говорят художники – «поддержать» (темный цвет).
У готовой подрезки, скрепя сердце, обжег рабочую часть ручной газовой горелкой (Фото 21). На открытом воздухе.
Фото 21. Обжиг рабочей текстолитовой части инструмента. Проводить только на открытом воздухе или под хорошей вытяжкой.
Работа с инструментом.
Фото 22. Стеклянную трубку разогревают в пламени горелки до красного свечения и быстро помещая нужным местом в канавку инструмента. Разогретое стекло прокручиваем с некоторым усилием и формуем кольцевую вмятину.
Фото 23. Учебно-тренировочная работа на трубке Ø18 мм. Правильность сужения зависит от равномерности нагрева стекла.
P. S. Интересующихся и сочувствующих располагающих литературой (книги, статьи, заметки) 1920-30-х годов касательно изготовления первых радиоламп, прошу поделиться.
