ИНГАЛЯТОР С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
ELECTRONICALLY-CONTROLLED INHALER

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке ультразвуковых индивидуальных ингаляторов, а также для проведения исследований.
Известны серийно выпускаемые ультразвуковые индивидуальные ингаляторы [1…4], предназначенные для получения аэрозолей водорастворимых лекарственных жидкостей антибиотиков, минеральных вод, настоев трав и т.д. с целью лечения и профилактики заболеваний дыхательных путей и легких, в домашних условиях и в лечебно-профилактических учреждениях. Рабочим органом таких ингаляторов является пьезоэлемент с налитой жидкостью, работающий от генератора.
Питается генератор в указанных изделиях от бестрансформаторного сетевого источника без гальванической развязки от сети, что для пользователей представляет повышенную опасность.
В инструкциях ингаляторов имеются различные предупреждения: «Не включать ингалятор в сеть без налитой в камеру жидкости!», «Время непрерывной работы не более 10 минут», «Перерыв не менее 5 минут». Но, как показала практика, предупреждения не гарантируют от перегрева и выхода из строя элементов конструкции, поскольку работающий ингалятор иногда оставляют без присмотра, жидкость в нем полностью испаряется и пластмассовый держатель пьезоэлемента расплавляется. Очевидно, что подобные изделия нельзя выпускать без тепловой защиты.
К недостаткам [1…4] следует также отнести низкую технологичность, большие массогабаритные характеристики, невысокую экономичность и несовременный способ включения/отключения изделия ненадежным механическим выключателем. Современный способ подобной коммутации предусматривает применение стартстопного устройства, управляемого тактовой кнопкой, и наличие электронного ключа. Пример стартстопного устройства имеется в [5], где применено два JK-триггера. Ниже предложено стартстопное устройство на более простом, причем одном D-триггере.
Частоту выходного напряжения генератора [1…4] задает автогенератор, требующий при производстве настройки; в процессе эксплуатации элементы, влияющие на частоту, могут, вследствие старения, незначительно изменять свои значения, что достаточно для заметного снижения производительности распыления. Подстройка же частоты автогенератора внутренним контуром в бытовых условиях не может быть рекомендована по причине гальванической связи элементов схемы с сетью. Поэтому желательно иметь возможность оперативной подстройки частоты генератора внешним регулятором.
Выходные транзисторы [1…4] работают в режиме генерации сигнала, близкого к синусоидальному, но такой режим не является экономичным. Ниже предложен более экономичный ключевой режим работы выходного транзистора при сохранении выходного сигнала на пьезоэлементе, близкого к синусоидальному.
Ингалятор [1] имеет достаточно большие массогабаритные характеристики, вызванные следующими причинами:
- кроме выходного трансформатора генератор содержит два нестандартных крупногабаритных настраиваемых сердечниками контура, что повышает также и трудоемкость изготовления изделия;
- в генераторе, источнике питания и сетевом фильтре применено много (10 шт.) дросселей - стандартных моточных изделий с выводами, которые имеют существенные (по современным понятиям) габариты;
- в устройстве бестрансформаторного питания в качестве реактивного сопротивления применен крупногабаритный конденсатор номинальным напряжением 450 В;
- имеются резисторы номинальной мощностью 1 Вт;
2
- конструкция металлоемкая: площадь поверхности конструкционной пластины, используемой и как радиатор для выходного транзистора генератора, составляет 300 см;
2
2
- площадь основной печатной платы - 70 см, дополнительной - 20 см.
Ингалятор [2] содержит ряд крупногабаритных радиоэлементов:
- кроме выходного трансформатора генератор содержит нестандартный настраиваемый сердечником контур, сложный в изготовлении;
- резисторы номинальной мощностью 1 и 2 Вт;
2
- площадь поверхности радиатора для выходного транзистора генератора составляет 155 см.
2
- площадь печатной платы - 107 см.
Ингалятор [3] также содержит ряд крупногабаритных радиоэлементов:
- кроме выходного трансформатора генератор содержит нестандартный настраиваемый сердечником контур, сложный в изготовлении;
- резисторы номинальной мощностью 1, 2 и 5 Вт;
- повышенное - в сравнении с [1] - количество конденсаторов (из тех, что заметно увеличивают размеры платы);
2
- площадь поверхности радиатора для выходного транзистора генератора составляет 120 см;
2
- площадь печатной платы - 85 см.
Использование в [1…4] ряда узлов и радиоэлементов, имеющих выводы, не только увеличивает массу и габариты, но и снижает технологичность при монтаже платы.
Питаются ингаляторы [1…4] через сетевой фильтр, смонтированный на печатной плате и размещенный в сетевой вилке.
Напряжение питания генератора (выходное напряжение бестрансформаторного источника питания) в [1…3] находится в пределах 60…130 В.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является [4], принятый нами за прототип. Он содержит источник питания, управляемый генератор, устройство управления и индикации, пьезоэлемент, подключенный к выходу генератора.
Для прототипа также характерны вышерассмотренные общие недостатки, но, в отличие от [1…3], здесь имеется регулятор производительности распыления, расположенный на лицевой панели изделия, а его массогабаритные характеристики меньше аналогов благодаря оригинальным решениям:
2
- выходной транзистор генератора выполняет функцию подогревателя жидкости и закреплен на пьезоэлементе (с площадью металлического основания 19 см), который, в свою очередь, является радиатором для транзистора;
2
- в качестве радиатора для транзистора первого каскада генератора использована металлическая передняя панель площадью поверхности 45 см.
2
Площадь печатной платы прототипа - 60 см.
Регулировка производительности распыления прототипа осуществляется за счет изменения токового режима транзистора первого каскада генератора, что в итоге меняет уровень его выходного напряжения, но такой метод управления в данной конструкции приводит к следующим недостаткам:
- применены два крупногабаритных резистора в цепи базы отмеченного транзистора: переменный мощностью 1 Вт и постоянный - 2 Вт;
- напряжение питания генератора (выходное напряжение бестрансформаторного источника питания) при максимальной производительности распыления составляет 80 В, а при уменьшении производительности распыления до минимума - превышает 300 В, что требует применения более высоковольтных и, соответственно, более дорогих элементов по сравнению с аналогами.
Целью настоящего изобретения является повышение безопасности изделия, экономичности и технологичности конструкции, снижение массогабаритных характеристик, а также введение современных средств управления.
Указанная цель достигается тем, что в ингалятор с электронным управлением, содержащий источник питания, генератор с управляемым уровнем выхода, устройство управления и индикации, пьезоэлемент, подключенный к выходу генератора, введены: адаптер с развязкой от сети переменного тока, стартстопное устройство, электронный ключ, тепловая защита с индикацией срабатывания, содержащая измерительный мост с терморезистором, имеющим тепловой контакт с пьезоэлементом, компаратор и прерыватель, при этом цепи питания стартстопного устройства подключены непосредственно к первому и второму выходам адаптера, а все остальные устройства подключаются и отключаются от второго выхода адаптера через электронный ключ, вход которого подключен к выходу стартстопного устройства, управляемого тактовой кнопкой устройства управления и индикации, выход регулируемого постоянного напряжения с устройства управления и индикации подключен к входу управления частотой выходного напряжения генератора, выходы опорного и термозависимого напряжений измерительного моста подключены к входам компаратора, выход которого подключен к входу запрета генератора и к входу разрешения прерывателя, выход которого подключен к выходу источника тока генератора и к входу цепи питания индикатора устройства управления и индикации, при этом генератор выполнен с возможностью работы в ключевом режиме и снабжен устройством термокомпенсации частоты выходного напряжения, выход которого подключен к входу регулятора частоты устройства управления и индикации.
Кроме того, стартстопное устройство содержит первый конденсатор фильтра питания, который подключен между первым и вторым выходами адаптера и к которому подключен первый стандартный параметрический стабилизатор: к первому выходу адаптера через первый ограничительный резистор подключен катодом стабилитрон, а анодом - ко второму выходу адаптера, параллельно стабилитрону включен второй конденсатор фильтра питания, от выхода первого стандартного параметрического стабилизатора, катод - анод стабилитрона, питается D-триггер, схема обнуления неинвертирующего выхода «Q» D-триггера при первичном включении адаптера в сеть содержит первую дифференцирующую RC-цепь, точка соединения резистора и конденсатора которой подключена к входу «R» D-триггера, другой вывод резистора - к аноду стабилитрона, другой вывод конденсатора - к катоду стабилитрона, управляющая включением/отключением тактовая кнопка включена между выходом первого стандартного параметрического стабилизатора и входом устройства - первой цепью помехозащиты, содержащей входной резистор и вторую дифференцирующую RC-цепь, точка соединения конденсатора и резистора которой подключена к тактовому входу «С» D-триггера, другой вывод резистора подключен к аноду стабилитрона, другой вывод конденсатора является входом первой цепи помехозащиты и входом второй дифференцирующей RC-цепи, к которому подключен первым выводом входной резистор, второй вывод которого подключен к аноду стабилитрона; вход «S» D-триггера соединен с анодом стабилитрона, вторая цепь помехозащиты содержит первую интегрирующую RC-цепь, точка соединения резистора и конденсатора которой подключена к входу «D» D-триггера, другой вывод резистора является входом первой интегрирующей RC-цепи и подключен к инвертирующему выходу «» D-триггера, другой вывод конденсатора подключен к аноду стабилитрона, выходом стартстопного устройства является неинвертирующий выход «Q» D-триггера.
Структурная схема предлагаемого устройства изображена на фиг.1. Она содержит следующие узлы:
- адаптер 1;
- стартстопное устройство 2;
- устройство управления и индикации 3;
- электронный ключ 4;
- генератор 5;
- измерительный мост 6;
- компаратор 7;
- прерыватель 8;
- пьезоэлемент 9.
Адаптер 1 питается от сети переменного тока и представляет собой стандартный преобразователь переменного сетевого напряжение в низкое постоянное напряжение, от которого питаются все остальные устройства ингалятора, при этом цепи питания стартстопного устройства 2 подключены непосредственно к первому и второму выходам «Е1» и «0V» адаптера 1, а все остальные устройства подключаются и отключаются от второго выхода «0V» адаптера 1 через электронный ключ 4.
t°
На вход стартстопного устройства 2 поступает управляющий сигнал включения/отключения с устройства управления и индикации 3, выход стартстопного устройства 2 соединен с входом электронного ключа 4, который замыкает или размыкает второй выход «0V» адаптера 1 с общими точками «⊥» остальных устройств, чем достигается включение или отключение их питания. Первый выход «Е1» адаптера 1 постоянно соединен с генератором 5, который имеет выходы питания: «Е2», «Е3», «E», к которым подключены цепи устройства управления и индикации 3. От источника «Е3» питаются измерительный мост 6, компаратор 7 и прерыватель 8, выход которого периодически (при срабатывании тепловой защиты) шунтирует ток «I1» - замыкает на общую точку «⊥», - выдаваемый генератором 5 на индикатор устройства управления и индикации 3.
Частота выходного напряжения генератора 5 и его уровень выходного напряжения регулируются изменением постоянных напряжений, поступающих соответственно на вход управления частотой и на вход управления уровнем с устройства управления и индикации 3; выход генератора 5 соединен с входом пьезоэлемента 9.
В ингаляторе предусмотрена термокомпенсация частоты генератора 5 и тепловая защита пьезоэлемента с индикацией.
t°
Термокомпенсация частоты генератора 5 (уменьшение зависимости частоты от температуры) достигнута подключением органа управления частотой устройства управления и индикации 3, к выходу источника термокомпенсирующего напряжения «E» генератора 5.
оп.
t°
t°
оп.
С выходов измерительного моста 6 снимаются опорное и термозависимое напряжения U и U и подаются на входы компаратора 7. При превышении температуры пьезоэлемента 9 выше критической выполняется условие U>U, компаратор 7 переключается в лог. «1» и блокируется: его выходной сигнал, поданный на вход запрета генератора 5, вызывает прекращение его работы, а тот же сигнал, поданный на вход разрешения прерывателя 8, включает его и он вызывает периодическое прерывание свечения индикатора, находящегося в устройстве управления и индикации 3; снятие блокировки компаратора 7 проводится выключением и повторным включением ингалятора элементом управления устройства управления и индикации 3.
Принципиальная схема устройства изображена на фиг.2. Ряд узлов может быть выполнен по стандартным схемам. Узел 2 является оригинальным.
Стартстопное устройство 2 содержит первый конденсатор фильтра питания 10, на который подается выходное напряжение адаптера 1 (первый выход «Е1» и второй выход «0V») и к которому подключен первый стандартный параметрический стабилизатор: к первому выходу «Е1» адаптера 1 через первый ограничительный резистор 11 подключен катодом стабилитрон 12, а анодом - ко второму выходу «0V» адаптера 1; параллельно стабилитрону 12 включен второй конденсатор фильтра питания 13. От выхода первого стандартного параметрического стабилизатора (катод - анод стабилитрона 12) питается D-триггер 14. Схема обнуления неинвертирующего выхода «Q» D-триггера 14 (при первичном включении адаптера 1 в сеть) содержит первую дифференцирующую RC-цепь, точка соединения резистора 15 и конденсатора 16 которой подключена к входу «R» D-триггера 14, другой вывод резистора 15 - к аноду стабилитрона 12, другой вывод конденсатора 16 - к катоду стабилитрона 12. Сигнал управления включением/отключением подается на вход устройства - первую цепь помехозащиты, содержащую входной резистор 17 и вторую дифференцирующую RC-цепь, точка соединения конденсатора 18 и резистора 19 которой подключена к тактовому входу «С» D-триггера 14, другой вывод резистора 19 подключен к аноду стабилитрона 12, другой вывод конденсатора 18 является входом первой цепи помехозащиты и входом второй дифференцирующей RC-цепи, к которому подключен первым выводом входной резистор 17, второй вывод которого подключен к аноду стабилитрона 12; вход «S» D-триггера 14 также подключен к аноду стабилитрона 12. Вторая цепь помехозащиты содержит первую интегрирующую RC-цепь, точка соединения резистора 20 и конденсатора 21 которой подключена к входу «D» D-триггера 14, другой вывод резистора 20 является входом первой интегрирующей RC-цепи и подключен к инвертирующему выходу «Q» D-триггера 14, другой вывод конденсатора 21 подключен к аноду стабилитрона 12. Выходом стартстопного устройства 2 является неинвертирующий выход «Q» D-триггера 14.
t°
Устройство управления и индикации 3 содержит тактовую кнопку 22, подключенную одним выводом к катоду стабилитрона 12, другим - к входу стартстопного устройства 2 - точке соединения первого вывода входного резистора 17 и входа второй дифференцирующей RC-цепи на элементах 18 и 20 стартстопного устройства 2. Для управления частотой генератора 5 служит переменный резистор 23, первый вывод которого подключен к общей точке «⊥», второй - к выходу источника термокомпенсирующего напряжения «E» генератора 5, движок - к входу управления частотой генератора 5. Индикацию режимов работы осуществляет светодиод 24, катод которого подключен к выходу «Е2», а анод - к выходу «I1» генератора 5. Для управления уровнем выходного напряжения генератора 5 служит переменный резистор 25, первый вывод которого подключен к общей точке «⊥», второй - к выходу питания «Е3» генератора 5, движок - к входу управления уровнем генератора 5.
Электронный ключ 4 выполнен на полевом транзисторе 26, исток которого соединен со вторым выходом «0V» адаптера 1, сток - с общей точкой «⊥», затвор - через второй ограничительный резистор 27 - с неинвертирующим выходом «Q» D-триггера 14 стартстопного устройства 2.
in
in
out
t°
out
Генератор 5 содержит задающий генератор 28, частота которого управляется постоянным напряжением, подаваемым на его вход «V» с движка переменного резистора 23 устройства управления и индикации 3 через фильтр нижних частот (ФНЧ) на резисторе 29 и конденсаторе 30, при этом вход «V» подключен к точке соединения выводов элементов 29 и 30, другой вывод резистора 29 является входом ФНЧ (входом управления частотой генератора 5), а другой вывод конденсатора 30 подключен к общей точке «⊥». Выход «V» задающего генератора 28 соединен с входом «IN» драйвера 31, выход которого через третий ограничительный резистор 32 подключен к затвору выходного транзистора 33, исток которого соединен с общей точкой «⊥», сток - с первым выводом первичной обмотки трансформатора 34, второй вывод которого подключен к первому выходу «Е1» адаптера 1. Исток и сток выходного транзистора 33 шунтирован конденсатором выходного контура 35. Питается задающий генератор 28 от второго стандартного параметрического стабилизатора, выполненного на стабилитроне 36, соединенном анодом с общей точкой «⊥», катод которого, являющийся выходом питания «Е2», подключен к катоду светодиода 24, анод которого через четвертый ограничительный резистор 37 подключен к первому выходу «Е1» адаптера 1; параллельно стабилитрону 36 подключен третий конденсатор фильтра питания 38. Источник термокомпенсирующего напряжения «E» выполнен на диоде 39, катод которого соединен с общей точкой «⊥», анод через пятый ограничительный резистор 40 подключен к катоду стабилитрона 36. Драйвер 31 питается от выхода стандартного регулируемого параметрического стабилизатора относительно общей точки «⊥», опорным элементом которого является стабилитрон 41, соединенный анодом с общей точкой «⊥», катод которого, являющийся выходом питания «Е3», через шестой ограничительный резистор 42 подключен к первому выходу «Е1» адаптера 1; параллельно стабилитрону 41 подключен четвертый конденсатор фильтра питания 43. Регулируемое напряжение снимается с движка переменного резистора 25 устройства управления и индикации 3 и подается на вход управления уровнем генератора 5 - базу эмиттерного повторителя на транзисторе 44, коллектор которого соединен с первым выходом «Е1» адаптера 1, а эмиттер, являющийся выходом стандартного регулируемого параметрического стабилизатора, - с шиной питания драйвера 31, между которой и общей точкой «⊥» подключен пятый конденсатор фильтра питания 45. Вход «INH» драйвера 31 является входом запрета генератора 5: при уровне лог. «1» на нем, на выходе «P» устанавливается лог. «0» и выходной транзистор 33 закрывается. Цепь питания генератора 5 шунтирована шестым конденсатором фильтра питания 46, подключенным между первым выходом «Е1» адаптера 1 и общей точкой «⊥».
оп.
t°
Измерительный мост 6 выполнен по стандартной схеме и содержит делитель напряжения из первого 47 и второго 48 опорных резисторов и термозависимый делитель напряжения из седьмого ограничительного резистора 49 и терморезистора 50, имеющего тепловой контакт с пьезоэлементом 9; второй опорный резистор 48 и терморезистор 50 шунтированы первым 51 и вторым 52 фильтрующими конденсаторами, оба делителя питаются от выхода питания «Е3» генератора 5 относительно общей точки «⊥». Точка соединения выводов опорных резисторов 47 и 48 является выходом опорного напряжения U, точка соединения выводов седьмого ограничительного резистора 49 и терморезистора 50 является выходом термосигнала U.
оп.
t°
Компаратор 7 выполнен на операционном усилителе (ОУ) 53, инвертирующий вход которого подключен к выходу опорного напряжения U, а неинвертирующий вход - к выходу термосигнала U измерительного моста 6. Выход ОУ 53 через восьмой ограничительный резистор 54 подключен к первому входу первого триггера Шмидта 55, выполняющего функцию 2И-НЕ, выход которого подключен к объединенным входам второго триггера Шмидта 56, выход которого подключен к аноду блокировочного диода 57, катод которого соединен с первым входом первого триггера Шмидта 55. Схема обнуления выхода компаратора 7 (выхода второго триггера Шмидта 56) при включении ингалятора тактовой кнопкой 22 устройства управления и индикации 3 выполнена на первом триггере Шмидта 55 и второй интегрирующей RC-цепи, состоящей из резистора 58 и конденсатора 59, при этом точка соединения элементов 58 и 59 подключена ко второму входу первого триггера Шмидта 55, другой вывод резистора 58 - к выходу питания «Е3» генератора 5, другой вывод конденсатора 59 - к общей точке «⊥». Выход компаратора 7 (выход второго триггера Шмидта 56) подключен к входу запрета генератора 5 (входу «INH» драйвера 31) и к входу разрешения прерывателя 8. Питаются ОУ 53 и триггеры Шмидта 55 и 56 от выхода питания «Е3» генератора 5 относительно общей точки «⊥».
Прерыватель 8 содержит генератор импульсов с входом разрешения генерации и транзисторный ключ. Генератор импульсов выполнен по стандартной схеме и содержит: третий триггер Шмидта 60, выполняющий функцию 2И-НЕ, выход которого подключен к объединенным входам четвертого триггера Шмидта 61, выход которого подключен к первому выводу времязадающего конденсатора 62, второй вывод которого через девятый ограничительный резистор 63 подключен к первому входу третьего триггера Шмидта 60 и через времязадающий резистор 64 - к выходу третьего триггера Шмидта 60. Второй вход третьего триггера Шмидта 60 является входом разрешения генерации при подаче на него лог. «1» и подключен к выходу компаратора 7 (выходу второго триггера Шмидта 56). Выход четвертого триггера Шмидта 61 через десятый ограничительный резистор 65 подключен к базе ключевого транзистора 66, эмиттер которого подключен к общей точке «⊥», а коллектор соединен с выходом источника тока «I1» генератора 5 и анодом светодиода 24 устройства управления и индикации 3.
Питаются триггеры Шмидта 60 и 61 от выхода питания «Е3» генератора 5 относительно общей точки «⊥».
Пьезоэлемент 9 является рабочим органом, подключенным к выходу генератора 5, - к вторичной обмотке трансформатора 34.
Предложенное устройство работает следующим образом. При первичном включении адаптера 1 в сеть ингалятор будет находиться в выключенном состоянии за счет срабатывания схемы обнуления, выполненной на первой дифференцирующей RC-цепи - элементах 15 и 16 стартстопного устройства 2, - обеспечивающих лог. «0» на выходе «Q» D-триггера 14 и запирание ключевого транзистора 26 электронного ключа 4, поэтому питание остальных узлов будет выключено и светодиод 24 не светится.
Нажатие на тактовую кнопку 22 устройства управления и индикации 3 приводит к переключению D-триггера 14 стартстопного устройства 2, установке лог. «1» на его выходе «Q», открывающему ключевой транзистор 26 электронного ключа 4 и подающего питание на все остальные узлы соединением второго выхода «0V» адаптера 1 с общей точкой «⊥», при этом срабатывает схема обнуления выхода компаратора 7 (выхода второго триггера Шмидта 56) на второй интегрирующей RC-цепи - элементах 58 и 59 - и обеспечивается лог. «0» на выходе компаратора 7, разрешающий работу генератора 5 и запрещающий работу прерывателя 8, светодиод 24 в этом режиме светится непрерывно.
in
out
out
out
Задающий генератор 28, частота которого управляется постоянным напряжением, поступающим через ФНЧ на его вход «V», генерирует напряжение прямоугольной формы типа «меандр», которое снимается с выхода «V» и подается на вход «IN» драйвера 31, выходное напряжение которого (также прямоугольной формы) с выхода «P» через третий ограничительный резистор 32 поступает на затвор выходного транзистора 33, работающего в ключевом режиме, при этом на первичную обмотку трансформатора 34 поступают импульсы тока, амплитуду которых можно регулировать переменным резистором 25 за счет изменения напряжения питания драйвера 31, выходное напряжение которого на выходе «P» определяется питающим напряжением этого драйвера.
Форма напряжения на первичной обмотке трансформатора 34 имеет вид кратких импульсов, при этом форма напряжения на вторичной обмотке трансформатора 34 при подключенном пьезоэлементе 9 и выборе оптимальной магнитной связи между обмотками будет близкой к синусоидальной на резонансной частоте.
t°
Термокомпенсацию частоты генератора 5 (уменьшение зависимости частоты от температуры) обеспечивает источник термокомпенсирующего напряжения «E», выполненный на диоде 39, постоянное напряжение которого подается на регулятор частоты 23, а с его движка - на вход управления частотой генератора 5.
оп.
t°
t°
оп.
Тепловая защита с индикацией работают следующим образом. Опорное и термозависимое напряжения U и U снимаются с выходов измерительного моста 6 и подаются на входы компаратора 7. При превышении температуры пьезоэлемента 9 выше критической выполняется условие U>U, компаратор 7 переключается в лог. «1» и блокируется диодом 57. Выходной сигнал компаратора 7 (выход второго триггера Шмидта 56), поданный на вход запрета генератора 5 (вход «INH» драйвера 31), вызывает прекращение работы генератора 5, а тот же сигнал, поданный на вход разрешения прерывателя 8 (второй вход третьего триггера Шмидта 60), включает генератор прерывателя 8, в результате периодически открывается ключевой транзистор 66, который шунтирует цепь питания светодиода 24 и тем самым периодически прерывает его свечение; снятие блокировки компаратора 7 проводится выключением и повторным включением ингалятора тактовой кнопкой 22 устройства управления и индикации 3, в результате чего вторично срабатывает рассмотренная выше схема обнуления выхода компаратора 7 (выхода второго триггера Шмидта 56).
Стартстопное устройство 2 работает следующим образом. При первичном включении адаптера 1 срабатывает схема обнуления, выполненная на первой дифференцирующей RC-цепи - элементах 15 и 16, обеспечивающих лог. «0» на выходе «Q» D-триггера 14.
При нажатии тактовой кнопки 22 на тактовом входе «С» D-триггера 14, работающего в счетном режиме, формируется краткий экспоненциальный импульс (порядка 1 мс), передний фронт которого (положительный перепад напряжения) переключает выходы D-триггера в противоположные состояния. После отпускания тактовой кнопки 22 конденсатор 18 первой цепи помехозащиты (17-19), который в момент коммутации быстро зарядился через низкоомный резистор 19, медленно разряжается через высокоомный резистор 17, поэтому случайное повторное нажатие на тактовую кнопку 22 через небольшой интервал времени (сотые-десятые доли секунды) не приведет к появлению на тактовом входе «С» импульса достаточной амплитуды для переключения D-триггера 14, поскольку для появления тактового импульса необходимой амплитуды к следующему моменту коммутации конденсатор 18 должен разрядиться через резисторы 17 и 19 (напряжение на нем должно уменьшиться примерно вдвое), на что требуется несколько десятых долей секунды. Передний фронт экспоненциального импульса может представлять собой как одиночный перепад напряжения, так и серию более кратких импульсов, вызванных дребезгом контактов тактовой кнопки, что не имеет значения, поскольку вторая цепь помехозащиты (20 и 21) обеспечит задержку очередного переключения D-триггера 14 на время (около 0,2 с), существенно превышающее длительность отмеченного экспоненциального импульса, поэтому, независимо от особенностей его переднего фронта, он вызовет только однократное переключение D-триггера 14.
2
2
Авторами испытан опытный образец ингалятора, который обеспечил более высокую экономичность по сравнению с отмеченными аналогами и прототипом, при этом площадь печатной платы, занимаемая элементами, составила 45 см (75% платы прототипа), а площадь поверхности радиатора для выходного транзистора генератора составила 20 см (в несколько раз меньше, чем у аналогов и прототипа), при этом приращение температуры выходного транзистора генератора было не более чем в сравниваемых изделиях. Для подогрева жидкости (как в прототипе, с тем же пьезоэлементом) ипользован эмиттерный повторитель - транзистор 44.
Адаптер опытного образца содержит моточные элементы, но является стандартным изделием с хорошо отработанной технологией и недорогим.
В таблице приведены параметры сравниваемых изделий, измеренные авторами. Ко всем ингаляторам подключался один и тот же пьезоэлемент от ингалятора «Муссон 2», обеспечивающий наибольшую производительность распыления среди имеющихся у авторов пьезоэлементов.
Таблица
Изделие
Потребляемая от сети полная мощность, ВхА
Производительность распыления, мл/мин
«Гейзер», [1]
66,3
2,8
«Муссон 2», [2]
25,0
1,9
«Ротор», [3]
26,9
1,5
«Ореол», [4]
25,7
1,8
Опытный образец
18,0
2,8
Отличительными особенностями предложенного ингалятора являются:
- повышенная безопасность изделия за счет двойной развязки от сети переменного тока 220 В (первая - в стандартном адаптере, вторая - в выходном трансформаторе - между первичной и вторичной обмотками), низкого напряжения питания генератора (24 В), а также за счет тепловой защиты, отключающей генератор при перегреве пьезоэлемента;
- повышенная технологичность за счет минимального количества моточных изделий (из нестандартных - один выходной трансформатор генератора при отсутствии в нем стандартных - дросселей), а также за счет применения современной безвыводной (ЧИП) элементной базы для монтажа платы на автоматической линии;
- меньшие массогабаритные характеристики конструкции: по причинам, указанным в предыдущем пункте, а также из-за меньших габаритов радиатора для выходного транзистора генератора, отсутствия постоянных резисторов номинальной мощностью выше 0,25 Вт, отсутствия крупногабаритных конденсаторов, что связано с применением низкого напряжения питания;
- наличие современных средств управления изделием;
- повышенная экономичность за счет работы выходного транзистора генератора в ключевом режиме;
- возможность оперативной подстройки частоты генератора, а также установки желаемой производительности распыления регуляторами, расположенными на лицевой панели изделия;
- на два-три порядка меньшая мощность, выделяемая на элементах цепи регулировки производительности распыления;
- стоимость предлагаемого изделия близка к стоимости прототипа, имеющего намного меньшие возможности.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает повышение безопасности изделия, экономичности и технологичности конструкции, улучшение массогабаритных характеристик, а также имеет ряд сервисных функций, полезных при его эксплуатации.
Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Индивидуальный ультразвуковой ингалятор «Гейзер», модифицированный «Муссон 3», ТУ 9444-001-07613668-2004. Изготовитель: ОАО «Поликонд», 390027, г.Рязань, ул. Новая, д. 51-Б,
E-mail: marketing@policond.ru, www.policond.ru.
2. Ингалятор ультразвуковой «Муссон 2», ТУ 920482101.017-90. Завод-изготовитель: ОАО «Алмаз». Россия, 344093, г.Ростов-на-Дону, ул. Туполева, 16, E-mail: tdalmaz@aaanet.ru, info@ingalator.com, www.ingalator.com.
3. Ингалятор ультразвуковой индивидуальный «Ротор»,
ТУ 9444-001-07532450-2002. Изготовитель: ОАО «Алтайский приборостроительный завод «Ротор», г.Барнаул-34, Россия, 656906, E-mail: apzrotor-om@alt.ru, www.apzrotor.ru.
4. Ингаляторы ультразвуковые индивидуальные «Ореол», ТУ 9444-006-17251462-95. Организация-разработчик: ООО «Производственно-коммерческая фирма «ИзоМед»», Москва ОКПО 17251462. Изготовитель: ООО Калужское УПП «Сигнал» ВОС, 248002, г.Калуга.
5. Патент РФ №2295192, кл. Н02Р 9/30, опубл. 2007, бюл. №7.