电子除垢装置的设计与应用

[摘 要]高硬度水是在中国大部分地区普遍存在的现象。在工业生产与日常生活中，常常会由于水体中溶解的各种物质的沉积而造成管道或系统的堵塞，从而导致生产效率下降和维修成本增加等系列问题。此外作为饮用水，长期饮用高硬度水对人的身体健康也会造成危害。目前处理水垢的典型方法是填加药剂除垢。本次设计的是利用一个小型电子设备，产生一个连续变化的电磁波，并通过线圈缠绕到管道的方式将这个电磁波加到水处理器或是管道内，使水成为一种更为强力的溶剂。矿物质离子互相碰撞、成核并产生一种力，它使这些矿物质离子形成一种晶体形式的絮状物漂浮在水中。由于这种力可以克服水垢与管道材料之间的引力，当水龙头打开时它们就被水流冲走而不是附着在管道或是水槽表面。因为条件所限，本次设计主要针对小型水处理设备（处理水量为180L/H～300L/H）进行设计与实验的，经过实验发现，对于这种小型水处理设备，用固定频率的电磁波除垢效果不是很理想，所以采用了连续扫频的方式进行除垢，效果很不错。电路设计主要包括三部分：主振电路、三角波发生器、供电部分）。

[关键词]电子防垢 除垢 连续扫频 LM358 NE555

中图分类号：TK268 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0111-02

1.主振电路

如图1-1，主振电路是由IC2 时基电路NE555实现的方波振荡器。

555时基集成电路是数字集成电路，具有成本低、易使用、适应面广、驱动电流大和一定的负载能力等优点。在电子制作中只需经过简单调试，就可以做成多种实用的各种小电路。

如图1-1，由C3的充放电来实现方波振荡信号。电路刚接通电源时，由于C3来不及充电，555电路的②脚处于零电平，导致其输出③脚为高电平。当C3充电到Vc≥Vcc时，输出端③脚由高电路平变为低电平，电容C3经内部电路的放电开关管放电。当放电到Vc≤Vcc时，输出端又由低电平转变为高电平。此时电容再次充电，这种过程可周而复始地进行下去，形成自激振荡。而改变C3的充放电电压，可以得到不同频率的方波振荡信号。改变C3的充电电压是通过改变Q1基极电压来实现的，经调试， Q1基极电压在0-4.0V之间变化时， IC2 时基电路NE555的3脚可以得到0KHz～280KHz的扫频波。

2.三角波发生器

为了主振电路中的Q1的基极电压能一直在0-4.0V之间不断变化，如图2-1，利用数字集成电路LM358设计一个三角波发生器。

LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。是电路设计中常用的性价比较高的集成电路之一。

本设计是利用了LM358设计了一个三角波发生器，为使波形幅度满足4V 的要求，LM358需要9V的供电电压，才使输出的三角波的幅度为4.0V。但是通过示波器发现，输出的三角波如图2-2，于是在LM358的7脚接一电容，当正极朝向7脚方向时，波形如图2-3所示，灵机一动将电容调换一下极性，负极朝向7脚方向时，波形如图2-4，这样一来，电容后面加一射极跟随Q1，正好将波形落回零点，波形如图2-5。这样一来在IC2的3脚可以得到不断的连续变化的扫频方波。

3.供电部分

供电部分主要由变压器，整流桥、滤波电容、稳压管、三端稳压器组成的如图3-1，变压器提供交流10V电压，经整流桥整流、加1000？F电容整流后，为电路提供12V电源；经9V 稳压管为LM358三角波发生器提供9V 电源；再经三端稳压器7805为电路提供5V 电源；

4.制作过程

设计电路在排PCB图时要注意，影响频率的部分要注意元件间的相互走向，以减少分布电容，PCB板也要选择合适的介质损耗角的板材【10】。否则会影响预期的设计效果。

在电路焊接的过程中要注意防止虚焊，还必须保持板面的清洁，防止产生短路，对元件造成损坏，并且在焊接场效应管时要注意烙铁的有效接地，以免将管子击穿。

5.实验验证

5.1 实验对象

本设计的实验对象是一台家用小型水处理设备，出水量是每小时180L-300L，将电子除垢装置的负载线圈装在出水管路上，负载线圈选用φ1mm的铜丝400匝。

5.2 实验过程

将电路接通后连续工作200小时，每小时出水量为240L，水的硬度为 265mg/L。同时在同样工作条件下一起工作的还有一台不加除垢装置的同型号的小型水处理设备，以便进行实验效果比对。

5.3 实验结果

经实验验证，如图5-1与5-2所示，加电子除垢装置的电解槽比不加装置的电解槽结垢的问题得到了极大的改善。