Чем заменить искровой разрядник
Для любого лазера, работающего в импульсном режиме, требуется устройство, которое коммутирует энергию источника питания лазера на активное вещество или же лампу-вспышку. В коммерческих лазерах функцию коммутатора выполняют разнообразные полупроводниковые или газоразрядные устройства. В частности, одним из лучших коммутаторов для импульсных газоразрядных лазеров является водородный тиратрон, позволяющий формировать короткие импульсы высокого напряжения. Существует множество разновидностей водородных тиратронов, рассчитанных на разные токи и напряжения. На фото внизу показана отечественная конструкция водородного тиратрона типа ТГИ1- 1000/25.
Этот прибор способен коммутировать импульсный ток 1000 А при напряжении на аноде 25 кВ.
Конечно, такая штука пригодится в мастерской любителя лазеростроения. Однако это дорогое удовольствие. Купить водородный тиратрон можно, но не у всех есть возможность выкладывать
10 000 руб за штуку. Кроме того, высоковольтные водородные тиратроны слишком громоздки. К примеру, габариты показанного на фото выше тиратрона
110 х 160 мм. Поэтому для домашнего самоделкина будет проще и гораздо дешевле изготовить самодельный коммутатор, представляющий собой искровой разрядник.
Самый простой вариант искрового разрядника – это двухэлектродный не управляемый разрядник, работающий на воздухе. В Интернете можно найти множество описаний того, как изготовить такой разрядник. Тем не менее, на рисунке ниже приведу вариант схемки двухэлектродного разрядника.
На фото ниже показана гайка-колпак (колпачковая гайка), которую можно использовать в качестве электрода разрядника.
Конкретные размеры разрядника не имеют принципиального значения. Для получения коротких высоковольтных импульсов нужно стремиться к уменьшению длины токоведущих элементов разрядника, а также уменьшать искровой промежуток между электродами разрядника. Чем больше диаметр электродов разрядника (2), тем выше коммутируемое напряжение при неизменной длине межэлектродного промежутка.
Подключение разрядника осуществляется через контакты (1), которые закрепляются на токоведущие линии внешней электрической цепи.
Во время работы разрядника возникает очень громкий звуковой шум, который желательно подавлять, дабы не раздражать окружающих (домочадцы, соседи и т.д.). Для подавления треска разрядника его можно поместить в какой-нибудь закрытый диэлектрический корпус. Хорошим звукоподавителем будет резина, но и пластиковая коробка то же подойдет. Можно склеить корпус из пластин оргстекла. На фото ниже показан вид самодельного двухэлектродного искрового разрядника. Для ослабления светового эффекта от искры внутрь корпуса дополнительно введен обрезок полипропиленовой трубки.
Левый по фото электрод разрядника прикручивается к дюралевой пластине, а правый электрод накручен на латунный винт (можно и стальной), который на резьбе держится в корпусе. Правый электрод фиксируется на дюралевой пластине с помощью прижимной гайки. Такая конструкция позволяет оперативно изменять межэлектродное расстояние при неизменном положении контактных пластин разрядника.
На фото ниже показан разрядник в разобранном виде.
В процессе работы разрядника внутренняя поверхность его корпуса засирается (загрязняется) продуктами микроразрушения электродов (частицы металла, оксиды и т.п.), что является причиной возникновения поверхностных разрядов, которые ухудшают параметры разрядника. В конце концов, разрядник полностью теряет свою эффективность, что проявляется в потере лазерной генерации. В таком случае требуется прочистка внутренней поверхности корпуса разрядника. При использовании упомянутой выше полипропиленовой трубки очистку поверхности легко провести с помощью круглого напильника.
В книге Т. Рапа «Эксперименты с самодельными лазерами» приводятся более эффективные схемы самодельных разрядников, которые имеют улучшенные характеристики. Это и управляемые разрядники, и разрядники повышенного давления, и разрядники с прокачкой воздуха.
Кроме обычного двухэлектродного искрового разрядника существует и так называемый рельсовый разрядник, который состоит из нескольких промежуточных электродов. Схема такого разрядника показана на рисунке ниже.
Использование нескольких промежуточных разрядников, расположенных последовательно друг за другом, позволяет повышать напряжение на электродах разрядника (1) при этом уменьшая межэлектродное расстояние. На рисунке только три промежуточных контактов. Однако их число можно увеличить. Чем больше промежуточных электродов, тем меньше межэлектродное расстояние при неизменном напряжении на разряднике и выше крутизна получаемых импульсов. Рельсовый разрядник дает более короткие импульсы, чем двухэлектродный разрядник.
Показанная на схеме конструкция рельсового разрядника несколько громоздка и может быть упрощена. Более практичной является схема приведенная ниже.
На диэлектрический стержень друг за другом (через диэлектрическую прокладку) надеваются металлические шайбы. Число шайб определяется напряжением блока питания лазера и расстоянием между шайбами. Опытным путем нужно подобрать число шайб так, чтобы при подключении разрядника к высоковольтному блоку питания лазера происходил пробой разрядника. Толщину диэлектрических прокладок следует выбирать в пределах 0,5 – 1 мм. При использовании более тонких прокладок возникают поверхностные разряды, ухудшающие эффективность разрядника. Диаметр шайб особого значения не имеет и выбирается из конструктивных соображений.
В качестве диэлектрического стержня желательно использовать керамический стержень, поскольку он «держит» температуру и его поверхность можно очищать. Но можно использовать и пластмассовый стержень. В этом случае ресурс работы разрядника будет ограничен обгоранием пластика.
В качестве диэлектрической прокладки желательно использовать фторопласт, но можно обойтись и обычной полиэтиленовой пленкой. Опять же в этом случае ресурс работы разрядника будет ограничен обгоранием полиэтилена.
На фото ниже показаны этапы изготовления самодельного рельсового разрядника с использованием стальных монтажных шайб диаметром 18 мм и полиэтиленовой пленки.
1. Изготовляем диэлектрический стержень
Искровой разрядник на 10..12 кВПластиковый корпус крепится к алюминиевой плоскости приклеиванием. Поначалу это делалось с помощью эпоксидки и результат был нестабилен. Позже выяснилось, что удобнее и надежнее клеить на термоклей («глюган»). Отрежьте горлышко от пластиковой бутылки, вырованяйте срез, и приклейте к алюминиевому уголку. Перед приклейкой уголок (плоский электрод) желательно подогреть градусов до шестидесяти (горячий на ощупь). Наклейка без дополнительного прогрева дает меньшую прочность, что снизит предельные давления (пропускаемые энергии) выдерживаемые разрядником. По центру пластиковой крышки аккуратно просверлите отверстие диаметром на 0.5-1.0 мм меньшим, чем диаметр болта, используемого в качестве электрода. На торце болта нарежьте шлиц под отвертку с крупным жалом. Шлиц пригодится в дальнейшем для регулировки разрядника. Вкрутите болт резьбой в крышку. Дальше остается только собрать разрядник. И поставить в схему, где он будет использоваться. Вот и все. Что еще неплохо бы знать о разрядниках? Выглядит непредставительно, да и работает не очень (быстро загрязняется продуктами эрозии электродов) но применение даже такого макета значительно повышает выход излучения из воздушного азотного лазера атмосферного давления. Разрядник из мебельного болта и горлышка от бутылки хорошо работает до 10..12 кВ. При больших напряжениях можно было бы применить мебельный болт с большей высотой шляпки, но это до тех пор пока он пролазит через бутылочное горлышко. Да и пробой по краям оставляет напыление, приводящее к снижению рабочего напряжения. Если у вас есть доступ к так называемым колпачковым гайкам (иногда еще называются орешковыми гайками) для напряжений 20-30 кВ используйте следующую конструкцию: Разрядник на 20..30 кВ
Ниже показана последовательность сборки. Она практически не отличается от того, что делали для разрядника из бутылочного горлышка. Только размеры всех деталей больше.
Дальше остается только собрать разрядник. Разрядник неплохо работает при длине искры до 10 мм (в корпусе из 40 мм трубы) и до 15 мм (в корпусе из 50 мм трубы), что соответствует напряжениям свыше 30 кВ. При энергиях разряда до 10 Дж разрядника хватает на несколько тысяч импульсов, после чего его необходимо вскрывать и чистить корпус изнутри. При энергиях разряда в 120 Дж разрядника хватает на несколько десятков импульсов (ближе к сотне) после чего необходимо чичтить. Рельсовый разрядникКак и обещалось, вот гайд по сборке самодельного регулируемого двухзазорного рельсового разрядника.
Все проводники (дверные ручки, стержень и уголки) в разряднике должны быть как можно прямее. С гнутыми деталями разрядник не будет работать правильно. Вместо алюминиевого уголка здесь использованы уголковые плинтуса. Кризис ресурсов, что возьмешь. Будем надеяться, что Вам повезет больше.
Отрежьте алюминиевый уголок в размер используемых дверных ручек с небольшим запасом (на стенки корпуса). Скруглите углы уголка и ручек.
Установите дверные ручки-электроды на уголки.
Сделайте днище. Отрежте прямоугольный кусок пластика, длиной в размер уголка и шириной, вычисляемой по формуле: Использованные мной дверные ручкм имеют высоту 16.3 мм (при диаметре цилиндрической части 11 мм), диаметр использующегося медного стержня 10 мм. И поскольку хочется, чтобы этот разрядник имел полный зазор, варьируемый в пределах 3..6 мм (каждый из зазоров по полтора миллиметра) нужно взять ширину днища равной w = 16.3*2+2*1.5+10 = 45.6 мм.
Приклейте днище к электроду как показано на фото и приклейте боковые стенки.
Затем приклейте противоположный электрод.
На этом фото показан медный стержень, который вскоре станет центральным электродом.
С торцов стержня просверлите отверстия под крепежные болты и нарежьте в них резьбу.
В этом варианте резьба и винты используются на М3, но и М4 сойдет.
Не забудьте зашлифовать стержень и скруглить концы.
Следущая важная часть разрядника это его крышка. Она может быть и непрозрачной, но с прозрачной все куда проще и интереснее.
Прорежьте в верхней крышке четыре паза, как на левом фото. Ширина каждого из пазов должна быть чуточку больше чем половина от максимального полного зазора разрядника. Фото ниже показывает зачем это надо. Поскольку разрядник в этом примере предназначен для зазоров от 3 до 6 мм (7.8..15.6 кВ) то пазы должны быть шириной 3+ мм.
На этом фото показано, как использовать сверла для выставления зазора разрядника. Каждое сверло здесь имеет диаметр 3 мм. Отсюда полный выставленный зазор равен 6 мм.
Когда закончите с выставлением зазора залепите пазы звукоизолирующим материалом. Неплохие результаты дает толстый двусторонний скотч на основе пенорезины, используемый в качестве утеплителя окон.
На правом фото показан небольшой воздушный лазер с этим разрядником. Тут не особо хватило место и Вам придется поверить на слово, что этот лазер способен возбуждать раствор родамина 6Ж до генерации на расстояниях до полуметра безо всяких линз. Для кумарина это соответствует растоянию более одного метра. С точечным разрядником результаты куда хуже. Сайт про изобретения своими руками МозгоЧиныСайт про изобретения своими руками Безопасный разрядник конденсаторов своими рукамиБезопасный разрядник конденсаторов своими руками
При поиске неисправностей и ремонте электронного оборудования всегда первым делом нужно разряжать имеющиеся в схема конденсаторы. В противном случае нерадивый ремонтник рискует получить заряд бодрости…
В прошлом ламповые приёмники и усилители можно было найти в каждом доме. В своей конструкции они использовали конденсаторы большой ёмкости, что продолжали удерживать опасный уровень заряда длительное время даже после того, как они отключались от сети. После этого наступила эра телевизоров с электронно-лучевыми трубками. Благодаря техническому прогрессу сейчас телевизоры оснащаются плоскими LED экранами и может сложиться впечатление, что все современные приборы переходят на низковольтные цифровые схемы, но в чем же тогда проблема? На самом деле ответ лежит на поверхности. Низковольтные приборы питаются от относительно безопасных линейных источников питания (далее – ЛИП). Они эффективные, легкие, но именно в них кроется главная опасность. Иными словами «волк в овечьей шкуре». ЛИП выпрямляет сетевое напряжение, обеспечивая постоянное напряжение около 330 В (для сетевого напряжения 230 В и 170 В для сетевого напряжения 120 В), после чего его можно использовать для питание того либо иного участка/компонента схемы. Получается картина маслом. Маленькие, аккуратненькие черные ящички, через которые подключаются ноутбуки, мониторы и другие приборы, в действительности имеют нехилые величины напряжений, что могут оказаться смертельно опасными. Фильтрующие конденсаторы в источнике питания заряжаются высоким постоянным напряжением и сохраняют заряд в течение длительного периода времени после того, как штекер извлекается из розетки. Именно по этой причине на корпусах клеят наклейки с предупреждениями о мерах безопасности: «Не открывать коробку». Приведенная в статье схема работает с потенциально опасным напряжением. Не пытайтесь собрать её в железе если до конца не понимаете принцип её работы и/или у вас нет опыта работы с высоким напряжением. В любом случае, все действия вы выполняете на свой страх и риск. Шаг 1: Принцип работы разгрузочной цепи
На просторах интернета можно встретить довольно много статей/видеороликов, в которых люди разряжают конденсаторы, просто на просто закорачивая их клеммы, используя для этой цели отвертку. В простонародье есть поговорка «Важен ни метод, ни способ, важен результат», так в нашем случае важен не только результат, но и то, каким образом он получен. Я это собственно к чему, – этот способ работает. Он полностью разряжает конденсатор. А вот правильно это или нет…? Конечно же НЕТ. Такой способ разрядки может повредить конденсатор, повредить отвертку и нанести непоправимый вред вашему здоровью. Для того, чтобы разрядка выполнялась в правильном русле, необходимо отводить накопленный заряд постепенно. В принципе нам не нужно ждать, пока разрядка будет полной, достаточно подождать определенный отрезок времени, чтобы величина напряжения стала достаточно низкой. А как долго ждать, мы сейчас разберемся. Относительно безопасным остаточным уровнем заряда считается 5% от исходного. Для того, чтобы уровень заряда опустился до желаемой отметки, необходимо, чтобы прошло время равное 3RC (С – ёмкость кондера; R – величина сопротивления резистора). Обратите внимание на «относительно безопасный» остаточный заряд в 5%, он может быть разным. Например для 10 кВ, 5% — 500 В. Для напряжения 500В, 5% — 25В. К большому сожалению, мы не можем просто подключить резистор (именно через резистор будет происходить разрядка) к конденсатору и подождать. Почему? Сидеть с секундомером и контролировать время не очень удобно, не так ли? Было бы намного удобнее иметь визуальную подсказку, которая известит нас о том, что процесс разряда «окончен» и напряжение упало до безопасного уровня. В интернете можно найти небольшую, простую схему для разряда конденсаторов с внешней индикацией. Постараемся разобраться с принципом её работы, внесём изменения, увеличив количество диодов и соберём готовую поделку. Воспользоваться цепочкой из трех стандартных диодов 1N4007 включенных последовательно (D1, D2, D3) для установки корректной точки фиксации, где мы сможем подключить светодиод с его токоограничивающим резистором. 3 последовательно включенных диода обеспечат напряжение около 1,6В, что хватить для включения светодиода. Светодиод будет светится, пока напряжение на аноде D3 не упадет ниже комбинированного прямого напряжения цепочки. Будем использовать красный светодиод с низким током (Kingbright WP710A10LID), который имеет обычное 1,7В прямое напряжение и включается уже при прямом токе 0,5 мА, что позволяет нам использовать всего 3 диода. В соответствии с малым током, протекающим через светодиод, значение токоограничивающего резистора будет относительно высоким 2700 Ом 1/4 Вт. Конденсаторный разрядный резистор представляет собой резистор мощностью 3 Вт и сопротивлением 2200 Ом, который рассчитан на максимальное входное напряжение 400 В. Этого достаточно для работы со стандартными блоками питания. Обратите внимание, что если вы посмотрите на даташит для диода 1N4007, вы увидите номинальное прямое напряжение 1 В, поэтому можно подумать, что двух диодов будет достаточно, чтобы включить светодиод. Не совсем так, поскольку прямое напряжение 1 В для 1N4007 рассчитано на прямой ток 1 A, значение, которого мы никогда не достигнем (надеюсь), поскольку это означало бы, что мы подали напряжение 2200 V на вход схемы. Прямой ток в нашем рабочем диапазоне составляет порядка 500-600 мВ, поэтому нам нужны три диода. Всегда учитывайте условия, для которых указаны параметры в даташите. Используются ли они в вашей схеме? Может быть не стоит останавливаться на первой странице и следует продолжить просмотр характерных кривых! Шаг 2: Правильная схема разгрузки
Приведенная выше схема полезна для иллюстрации принципа работы, но её не следует повторять и использовать на практике, потому что она довольна опасна. Опасность кроется в способе подключения конденсатора (вернее в правильной полярности) (клемма Vcc должна быть положительной относительно клеммы GND), иначе ток не будет протекать через диодную цепочку D1-D2-D3! Поэтому, если вы случайно подключите конденсатор неправильно, ток не будет протекать и полное входное напряжение поступит на выводы LED1, как обратное напряжение. Если приложенное обратное напряжение выше нескольких вольт, LED1 сгорит и останется выключенным. Это может заставить вас поверить, что конденсатор не заряжен, хотя он по-прежнему … Чтобы сделать схему безопасной, нужно обеспечить симметричный путь для тока при разряде конденсатора, когда Vcc-GND отрицательное. Это можно легко сделать, добавив D4-D5-D6 и LED2, как показано на схеме. Когда Vcc — GND положительное, ток будет протекать только через D1-D2-D3 и LED1. Когда Vcc-GND отрицательное, ток будет протекать только через D4-D5-D6 и LED2. Таким образом, независимо от применяемой полярности, мы всегда будем знать, заряжен ли конденсатор и когда напряжение упадёт до безопасного уровня. Шаг 3: Корпус
Теперь, когда мы разобрались, как работает схема, пришло время подумать об корпусе. Все это можно было бы скомпоновать либо в виде пробника, либо в виде небольшой коробки, которую удобно держать на рабочем месте и подключаться к конденсатору с помощью щупов. Изготовим маленькую круглую коробку из двух половинок с пластикой болванки. Посадка получилась очень плотная, поэтому винты не понадобились. Отверстие в верхней части корпуса должно соответствовать размеру алюминиевой «кнопке», которая будет помогать в охлаждении разрядного резистора. «Кнопка» была выточена из алюминиевого стержня, а затем с одного торца профрезерована, чтобы удерживать резистор на месте и обеспечить хорошую передачу тепла. Также есть небольшое отверстие, которое можно использовать для крепления дополнительного внешнего радиатора. Важно выполнить хорошую подгонку между «кнопкой» и корпусом. Как вы увидите в следующем шаге, кнопка также помогает удерживать все компоненты на месте. Размеры корпуса 19 мм на 50 мм. Шаг 4: Собираем всё вместе
Осталось произвести сборку, особое внимание следует обратить на изоляцию. С таким напряжением не шутят! Несколько моментов: На этом всё. Успешной и главное безопасной разрядки! |
