臭氧发生器设计方案报告.docx

1、臭氧发生器设计方案报告臭氧发生器课程设计报告一、 目录 1二、 设计规定 2三、 设计作用、目 2四、 设计详细实现 2五、 心得及建议 13六、 附录 14七、参照文献 15一、设计规定1、 普通室内有人时，进行空气“清新”，采用每个30分钟提供5分钟臭氧, 间断工作；室内无人时，进行空气“消毒”，持续提供臭氧1小时，设备具备停 机功能。2、 山于臭氧比空气重，在正常使用时普通将发生器放置在高处，需要增长 手动切换开关。二、 设计作用、目1、 掌握臭氧发生器设计。2、 熟悉某些惯用集成电路用法，并掌握匸作原理。3、 提高学生独立动手能力。三、 设计详细实现1、系统概述（1）主电路由三某些构成

2、。振荡电路，规定振荡频率f为20到30KHz。功率放大电路。升压变压器，将输出电压变到3000V,供应放电器件，这里规定釆用电压比 为10： 3000高频变压器。沿面放电陶瓷片是运用陶瓷绝缘介质表面上沿面放电，产生低温等离子体来 实现臭氧发生功能器件。沿面放电陶瓷片构造特点是：电极分别布置在陶瓷基片 两边。正面为放电电极（普通为线状），背面为感应电极（普通为板状），并接地。 将不十分高电压作用在两极上时，山于陶瓷基片良好绝缘，很难浮现放电通道。 只有两极间电压不不大于某临界值，并以高频正弦交流电作用时，在放电电极附 近有限表面上进行电晕放电。这时，陶瓷绝缘介质表面相称于一种极板，在高频 高压正

3、弦交流电作用下，放电电极附近表面处不断地俘获和发射电荷。当电压达 到正半周临界起晕电压Uth时，开始放电，正电荷聚向放电极附近介质表面，即 电子被加速到很高能量从介质表面传播到放电电极。随着电压升高，放电继续， 更多正电荷被束缚在介质表面，这一过程始终持续到峰值电压U。放电过程停止, 介质表面正电荷并不消失。当电压开始下降时，介质表面正电荷仍不动，放电并 不发生，始终持续降到负半周临界起晕电压-Uth,这时放电开始，介质表面正电 荷离开，负电荷积聚于表面，即电子被加速到很高能量从放电电极传播到介质表 面，这一过程持续到负半周峰值电压放电过程停止。当电压再次升高到正 半周临界起晕电压Uth时，正

4、电晕放电乂开始，整个放电过程就是这样交替进行, 因而，沿面放电过程就是介质表面静电平衡状态重复建立和破坏，表面气体重复 击穿而介质表面上重复充放异性电荷过程。采用高电压下尖端放电或陶瓷沿面放电技术产生臭氧，可以提高效率。本设 计实例规定采用200mg/h陶瓷放电器，型号为N-20o采用小型风机将产生臭氧从 机器内排除。臭氧（0J是一种强氧化剂，适量臭氧可以起到杀灭环境细菌，净化空气作 用。山于气体可以进入任意缝隙和空间，因而它比紫外线消毒更具备优越性。臭 氧还可以用于矿泉水中消毒、游泳池水净化及工业废水解决。但是臭氧稳定性很 差，在常温下就可以自行分解为氧气，因此臭氧不能储存，只能边生成边运用

5、。 臭氧发生器合用于医院诊室、接待室和家庭。臭氧发生电路图如下：=图1（臭氧发生电路）（2）控制电路设计 “清新”方式：控制振荡器工作5分钟，停止30分钟，如此交替。采用R、C和IC555电路构成多谐振荡电路来控制。清新控制电路图如下：图2 （清新控制电路图） “消毒”方式:控制振荡器持续工作1小时后,停止工作。釆用R、C和IC555 构成单稳态延时电路。消毒控制电路图如下:图3 （消毒控制电路图）两档切换用开关手动操作。（3）电源电路设计本设计供电电源电压为交流220V,功率不超过20Wo交流220V通过全波整流 电路，滤波电路，再通过稳压电路就可以得到稳定直流电源了。直流电源产生电路图如下

6、：C3ZZlOOuF铝y Spaco-ix 220 Vpk、）50 HzLT110IC7812图4 (直流电源产生电路图)2、单元电路设计、仿真与分析“清新”控制电路依照规定采用占空比为1比7多谐振荡器，即5分钟输出 高电平,30分钟处处低电平。交替循环。采用555-VIRTUAL定期器和R：、R：及 二极管D、D：构成振荡电路。刚通电时，曲于G上电压不能跃变，即TRI角起始 为低电平，555定期器位置，OUT管脚呈高电平。晶体管T饱和导通。继电器KA 线圈通电，其动合触电闭合，可以接通高频振荡器合功放电源，电路工作，生成 臭氧。此后通过R】、D：对G充电，充电时间为：T a=0. 7R1C1

7、=5*60s=300so当G上电压充到阀值电平2/3V“时。555定期器复位，OUT管脚呈低电平， 三极管T截止，KA线圈失电，动合触点复位断开，停止发生臭氧。在OUT管脚为 低电平后，G通过D：、Ri及555定期器内部放电管放电，放电时间为：T畝 =0. 7R2Ci=3060s=1800s o前面已拟定 G为 lOOOpF,则 21800/(0. 7*1000*10_$)KQ,标称值为 2. 7MQ 电阻、此外，Rs为基极限流电阻，必并联在KA线圈两端，可以在三极管T关断时。 形成续流通路，避免晶体管上浮现高电压导致击穿，起到保护作用。电路中G、C：还起到隔直流作用。图中555时基电路内部构

8、成大体可以分为: 分压器、比较器、R-S触发器、输出级和放电电子开关共5某些构成。“清新”电路仿真电路和仿真图如下：图3 （“清新”电路仿真电路和仿真图）555时基电路管脚功能和接法如下表：555时基电路管脚功能和接法表管脚序号管脚标注管脚功能1VSS接地2TRI触发3OUT输出4RST复位5CON控制6THR阀值7DIS放电8正极正极表1清新电路仿真效果图如下:密 Oscilloscope-XSC4Tin佬 ChatScale 1200 U5. Div ScaleX position |0 Y positiora 戶VTf Add| b/a|a/b ac| o 匝 P图6 （清新电路仿真效果

9、图）“消毒”控制电路为单稳态延迟电路，采用555定期器构成单稳态电路。单稳态电路就像一扇弹簧门，平时该门总是保持着关闭状态，只有在外力作 用下该门才会打开；在全开一段时间后乂会自动关闭。普通将关闭状态称为“稳 态”，而将从推开门恢复到关闭这一段时间状态称为“暂稳态”。这就是单稳态电 路通俗描述。单稳态电路特点重要有如下儿种方面：它有一种稳定状态和暂稳状态（或称为准稳态）。在无外来脉冲作用时，电路处在稳定状态不变。在外来脉冲作用下，电路可山稳定状态翻转为暂稳状态，通过一段时间后 来，乂自动地返回到稳定状态，而暂稳态时间长短，与触发脉冲无关，仅决定于 电路自身参数。555单稳态电路重要由555时基

10、集成电路自身与一 RC定期时间常数设定元 件两大某些为主构成。可以将555时基电路看做一种特殊R-S触发器，它两个输入端触发电平规定 不同，阀值规定也不同样。先取这个特殊触发器两种状态中一宗作为单稳态电路稳态，然后用人工脉冲 或人工拨动开关等办法来启动该但稳态电路，使其从本来稳定状态翻转为暂稳 态；当去除脉冲后，电路开始通过定期电阻对定期电容C进行充电，一旦C上所 充电压达到阀值电压时，这一特殊触发器乂会从暂稳态翻转回本来稳态。上述动作过程中，从暂稳态开始懂啊完全恢复到本来稳态这段时间，即为暂 稳态时间。如果翻转时间不久笑道可以省掉时，暂稳态持续时间仅与定期电路中 电阻、电容实际数值关于，而与

11、555时基电路自身以及触发脉冲无关。触发脉冲 仅是启动或开关作用，至于稳态和暂稳态是高电平还是低电平，则依照电路规定 拟定。设计规定单稳态电路暂态过程为1小时，555定期器TRI管脚规定低电平触 发，因而加了一级晶体管反相器。T基极加入高电平时555定期器触发，OUT管 脚输出高电平（暂态），1小时后则翻转为低电平（稳态）。单稳态暂态时间为： T 二 1. 1RG 二3600S。由于延迟时间比较长，C：取值比较大，取CluF，贝IJ 23600/（1. Q=1.63MQ,取标称值为1. 6M Q。消毒电路图和仿真图如下：图7 （消毒电路图和仿真图）原理通过555时基电路输出高低电平来控制继电器

12、匕来实现对臭氧发生器控制开关入断开，工闭合时仿真效果图如下:Channel AScale 110 V/DivCham副 BScat |20D uWDivT辭r Edoe T |T B |&d|V poitkn |0Y pos-rtion |0Level |o 1 VAC | 0 DC C*AC| 0 (DC -| (Type Sing.| Nor. | Auto |；NonX position |0 pH Add | B.A |AB|图（开关Jj析开，工闭合时仿真效果图）此图在没有脉冲状况下，555时基电路不会使继电器Ki导通，要在下一步给电路一种脉冲后才会继电器K：导通，因此后来可以通过手动

13、开关给消毒电路一种脉冲来控制臭氧发生器持续丄作I小时后自动停机功能。开关J:和工闭合再断开Jl后仿真效果图如图：图9 （开关Ji和卫闭合再断开Jl后仿真效果图）此图为用一种1V50HZ交流电压源作为一种脉冲信号，方针电路。当把这个电 路图接入控制臭氧发生电路时就可以控制臭氧发生器持续工作1小时自动停机作 用。“臭氧发生”电路是震荡、功放、升压和放电某些构成多谐振荡器。一方面 拟定G=1000nFo取振荡频率f=25KHzo若乩二428.6kQ选用标称值为430KQ,则 可计算出RP2571.4KQ,选用标称值为2. 7MQ电阻。三极管T选用3DD15D或 Tip41Co 二极管 D 选用 1X

14、4007o 别的元件参数为:G二0. 91uF, R3二300Q。沿面放电陶瓷片是运用陶瓷绝缘介质表面上沿面放电，产生低温等离子体来 实现臭氧发生功能器件。沿面放电陶瓷片构造特点是：电极分别布置在陶瓷基片两边。正面为放电电极（普通为线状），背面为感应电极（普通为板状），并接地。将不十分高电压作 用在两极上时，山于陶瓷基片良好绝缘，很难浮现放电通道。只有两极间电压不 不大于某临界值，并以高频正弦交流电作用时，在放电电极附近有限表面上进行 电晕放电。这时，陶瓷绝缘介质表面相称于一种极板，在高频高压正弦交流电作 用下，放电电极附近表面处不断地俘获和发射电荷。当电压达到正半周临界起晕 电压Uth时，开

15、始放电，正电荷聚向放电极附近介质表面，即电子被加速到很高 能量从介质表面传播到放电电极。随着电压升高，放电继续，更多正电荷被束缚 在介质表面，这一过程始终持续到峰值电压U。放电过程停止，介质表面正电荷 并不消失。当电压开始下降时，介质表面正电荷仍不动，放电并不发生，始终持续降到 负半周临界起晕电压-Uth,这时放电开始，介质表面正电荷离开，负电荷积聚于 表面，即电子被加速到很高能量从放电电极传播到介质表面，这一过程持续到负 半周峰值电压-5,放电过程停止。当电压再次升高到正半周临界起晕电压Uth时，正电晕放电乂开始，整个放 电过程就是这样交替进行，因而，沿面放电过程就是介质表面静电平衡状态重复

16、 建立和破坏，表面气体重复击穿而介质表面上重复充放异性电荷过程。依照沿面放电陶瓷片工作原理，影响其放电因素诸多，例如，介质材料绝缘 性能、电极构造配备、电极表面气体条件以及勉励电源性能参数等。七、八十年 代日本人研究表口，沿面放电器件材料选用钩电极和AL203陶瓷基片较好，由于 磚热膨胀系数与AL203陶瓷相近，受热后电极不会与陶瓷脱开，同步，陶瓷基片 具备较好绝缘性和机械强度。因此，这种沿面放电器件有良好电、机械、热和化 学性能。然而，制造性能优良臭氧发生器，除合理选用臭氧陶瓷器件外，还必要 注重各方面影响因素。放电能量随供电电压峰值Upp增大而增大，同步放电发光长度也随Upp增大 而加长，

17、普通在空气中，当Upp为6-8KV时,放电发光长度为2. 5-3. 4mm,因此, UPP越高，臭氧产量越高。沿面放电器件临界起晕电压Uth值是供电频率f函数, f越大，Uth越低，即在高频条件下，沿面放电陶瓷片具备更低起始工作电压， 有助于臭氧产率提高。临界起晕电压Cth还与气体条件关于，不同气源和工作环 境，会影响Uth大小和放电过程进行完善限度，可直接影响臭氧产量。沿面放电 陶瓷片在未放电时，体现为纯电容性质，介质表面充电面积越大，则电容越大。 当放电时，器件可体现出电阻和电容二重性，它特性除与充电面积关于，还受放 电过程气源和工作环境（温度、湿度等）影响，因此，沿面放电器件阻容特性是动

18、 态，在配备供电电源时，必要注意要适应它在不同使用条件下阻容特性。在高频高压放电状况下，虽然放电电极是钩烧结体，也难免电极材料氧化和 迁移。解决办法是在放电电极上覆盖一层纳米氧化铝保护层。国外资料表口，氧 化铝可大幅提高磚抗氧化性。咱们所做考核证明了带纳米氧化铝保护层沿面放电 陶瓷片寿命长，臭氧产率稳定。将沿面放电陶瓷片在某些场合使用，譬如用于鸡舍除味、杀菌消毒时，鸡舍 空气中有较多氨、硫化氢及水气。陶瓷片放电时，在电极附近也许会合成硫酸、 硝酸等产物，对金属电极产生腐蚀。自激振荡高频高压电源，与沿面放电陶瓷片相匹配，普通是在常温制造、调 试。当进入低温环境时，由于陶瓷片阻容特性变化，有时会遇

19、到激振不起来问题。 对此，可在发生器启动时，将陶瓷片恰当预热，使其不久进入工作状态。一旦正 常放电，就可以持续运转。臭氧发生器原理图如下:丄图10 （臭氧发生器原理图）上面电路谐振频率为f二1. 44/（Ri+2R：+Cj“直流”电源电路，通过220V50HZ电源通过全波整流器后通过滤波电路，再 通过W7812三端稳压电路对直流进行稳压解决就可以得到12V稳定直流电源了。随着半导体工艺发展，稳压电路也制成了集成器件。山于集成稳压器具备体 积小，外接线路简朴、使用以便、工作可靠和通用性等长处，因而在各种电子设 备中应用十分普遍，基本上取代了山分立元件构成稳压电路。集成稳压器种类诸 多，应依照设备

20、对直流电源规定来进行选取。对于大多数电子仪器、设备和电子 电路来说，普通是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型器件中，乂以三端式 稳压器应用最为广泛。W7800、W7900系列三端式集成稳压器输出电圧是固定，在使用中不能进行调 节。W7800系列三端式稳压器输出正极性电压，普通有5V、6V、9V、12V、15V、 18V 24V七个档次，输出电流最大可达1.5A （加散热片）。同类型78M系列稳压 器输出电流为0. 5A, 78L系列稳压器输出电流为0. lAo若规定负极性输出电压， 则可选用W7900系列稳圧器。当集成稳压器自身输出电压或输出电流不能满足规 定期，可通过外接电路来进行性能扩展

21、。它有三个引出端输入端（不稳定电压输入端）标以“1”输出端（稳定电压输出端） 标以“3”公共端 标以“2”除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对 输出电压进行调节，以适应不同需要。本实验通过220V50HZ电源通过全波整流器后通过滤波电路，再通过W7812 三端稳压电路对直流进行稳压解决就可以得到12V稳定直流电源了。所用集成稳 压器为三端固定正稳压器W7812,它重要参数有：输出直流电压Uo= + 12V,输 出电流L:0. 1A, M:0. 5A,电压调节率10mV/V,输出电阻Ro=O. 15Q,输入电压 G范畴15-17V。由于普通山要比U。大35V ,才干

22、保证集成稳压器工作在线性 区。W7800系列外形及接线图如下：图11 （W7800系列外形及接线图）图12 （12V稳压直流电路产生图）5）整体电路，通过三个手动开关来控制臭氧发生器工作状况。要使臭氧发生 器工作，一方面应打开开关（电源控制开关），然后手动切换选取开关丘（空气 清新挡或者消毒挡），如果选取是空气清新，将卫打到空气清新挡即可；如果选 取是消毒，将卫打到消毒后，再按一下h可打到消毒一小时后自动停机功能。臭氧发生器总体原理图如下：图13 （臭氧发生器总体原理图）四、心得体会及建议在设讣过程中我也不可避免遇到了诸多问题。特别是在调试过程中，会III于 某些因素出不来成果。通过不断努力，

23、最后在调试成果出来后，我更是无比兴奋、 无比自豪。总之，通过这次电子课程设计，我不但对自己知识有了更好掌握和应用，还 学会了思考。学会思考是一种高效率人非常重要品质，思考是需要走出单纯知识 记忆，培养咱们善于联想、敢于判断、敢于创造新型能力。当咱们在做一件事情 前、做中和做后都要思考，做前思考是依照觉得或者别人经验进行行为方式取舍 过程，需要从诸各种方案中选用最适当与最有助于事情发展：做过程中思考是及 时依照详细情景选用进一步解决事务办法和途径；做后思考是一种总结过程，学 会总结在后来遇到同样或者类似状况时在能得心应手。总之在思考过程中应当注 意如下儿点：全面考虑，要有较好全局观；进一步专业，

24、不能止于事物表面，规 定其解；谋求规律性东西，其实万事万物都是有其发展规律。课程设计是每一种学生必要拥有一段经历，它使咱们在实践中理解社会，让 咱们学到了诸多在课堂上主线就学不到知识，也打开了视野，增长了见识，为咱 们后来进一步走向社会打下坚实基本。咱们每一种人永远不能满足于既有成就，人生就像在爬山，一座山峰背面尚 有更高山峰在等着你。使我充分结识到学习是自己事，只要自己不断地去努力学 习，知识才会像喝水同样进入人体内，否则将是什幺都没有得到，人更不能懒字 当头要学会勤奋、刻苦、认真，不论做什幺事都要经历一段过程，必要一步一种 脚印走，一点一滴去积累，在必要时才会拥有自己想要。挫折是一份财富，

25、经历 是一份拥有。人生就是一种不断地去拼搏、奋斗过程，只要自己认真去做了，就 一定会有所收获，才会创造更辉煌人生，我相信只要自己在后来学习和工作中认 认真真地去做，多积累某些经验，相信自己将来一定是美好。我觉得这次课程设讣重要是对仿真软件使用不熟悉带来问题，我但愿下次做 课设时候教师能教会咱们熟悉使用仿真软件，尚有就是时间安排上能充分点就更 好了。五、附录（元器件明细表）元器件明细表元器件名称备注（型号）元器件数Ll（个）电阻不等9普通电容无极性7电解电容有极性1开关3全波整流器3X2511三端稳压器W78121变压器交流2二极管1N40075三极管TIP41C4555集成电路555 VIRTUAL3继电器2表2六、参照文献【1】RobertA.Pease.模仿电路故障诊断.人民邮电出版社.82陈友卿.555时基集成电路原理与应用.机械工业出版.33童诗口、华成英.模仿电子技术基本.高等教诲出版社.34黄根春、陈小桥、张望生.电子设计教程.电子工业出版社.85任文霞、吕文哲、王彦朋.电子电路仿真技术.中华人民共和国电力出 版社.6郭永贞.模仿电子技术实验与课程设计指引.东南大学出版社.0 7孙余凯、项绮名、吴鸣山555时基电路知识.电子工业出版社.1