|
Misschien hebt u er wel eentje in huis, zo'n 'ultrasone verdamper'. Dankzij een supergoedkoop Chinees printje weten wij nu dat er erg weinig elektronica in dergelijke apparaten zit. De basis voor een leuk hobby-projektje?
|
Waar gaat het over?
Ultrasone verdampers
Ze zijn populair tegenwoordig. De zogenaamde 'ultrasone verdampers' die een paar tientjes kosten en worden aangeprezen om het binnenklimaat in uw woon-, baby- of slaapkamer te verbeteren. In de onderstaande foto ziet u een typische vertegenwoordiger van dergelijke apparaatjes. U betaalt er bij bol.com ongeveer € 15,00 voor. U giet er wat water in, sluit het aan op een 5 V netstekkervoeding en uit de bovenzijde spuit een flinke straal waterdamp. Die damp moet helpen om de relatieve vochtigheid (RH) in uw huis te verhogen en het leefklimaat te verbeteren.
Ook terrariumbezitters gebruiken dergelijke apparaatjes om bijvoorbeeld de lucht voor hun reptielen dragelijk te maken.
 |
Een voorbeeld van een ultrasone verdamper. |
Ultrasone koudwater verdamper
De technische benaming voor dergelijke apparaten is 'ultrasone koudwater verdamper'. Zij zijn heel zuinig omdat er geen energie nodig is voor het verwarmen van water. Zij werken met een speciale ultrasone piëzo-ceramische transducer die wordt gestuurd met een signaal met een frequentie die ver boven de gehoorgrens ligt. In die transducer wordt de ultrasone bewegingsenergie gebruikt voor het genereren van microscopisch kleine waterdruppeltjes die onder de vorm van een straal de lucht in worden geschoten.
De WHTCA01 ultrasonic vaporiser van eletechsup
Een klein en goedkoop printje
Bij het surfen naar interessante dingen kwamen wij bij toeval op de WHTCA01 terecht. Dat is een klein printje met wat attributen dat u voor prijzen tussen € 2,73 tot € 5,99 bij diverse AliExpress aanbieders, Banggood, Ebay en Amazon kunt bestellen. Dat printje wordt aangesloten op de meegeleverde ultrasone transducer en blaast, althans volgens de foto's, een even flinke straal waterdamp de lucht in als het apparaatje van Bol.com. Dat wekte uiteraard onze interesse en dus hebben wij een paar van die printjes besteld om er mee te experimenteren.
 |
| De straal waterdamp die de WHTCA01 volgens de advertenties genereert. (© AliExpress) |
De leveringsomvang van de WHTCA01
De set wordt geleverd in een kleine plastic envelop en bevat:
- Een klein printje met een tiental onderdelen.
- Een speciale ultrasone transducer.
- Een soort 'lont' van 10 cm lang die het water opzuigt.
 |
| De inhoud van het pakketje. (© 2023 Jos Verstraten) |
Het printje
Het printje is slechts 40 mm bij 16,5 mm groot en is in detail weergegeven op de onderstaande foto. Links ziet u de tweepolige connector waarop u de transducer moet aansluiten. Rechts staat een USB-C connector voor het aansluiten van de 5 V voedingsspanning. Naast deze connector bevinden zich twee vrije pad's waarop u de voeding desgewenst door middel van draadjes kunt aansluiten.
Op het printje zit één naamloos DIL-8 IC'tje. Nee, dat is geen anonieme 555 timer, want u kunt deze chip programmeren via de soldeerbruggen M0, M1 en M2, achter het IC. Dat kan uiteraard niet met een 555.
De diode D1 is een rode LED die gaat branden als het printje werkt. Met de drukknop KEY schakelt u de elektronica in of uit. Onder deze drukknop zit een transistor gesoldeerd die de eindtrap vormt voor het sturen van een vrij groot signaal naar de transducer. De spoel naast de connector en de capaciteit van de transducer vormen waarschijnlijk een LC-kring die is afgestemd op de frequentie waarmee de schakeling werkt en die zorgt voor de opslingering van het signaal.
 |
| Het printje van de WHTCA01. (© 2023 Jos Verstraten) |
De technische gegevens van het printje
Volgens de fabrikant voldoet het printje aan de onderstaande technische gegevens:
- Voedingsspanning: 3,7 Vdc ~ 5,5 Vdc
- Voedingsstroom: 330 mA piek
- Standby stroom: 21 μA
- Werkfrequentie: 108 kHz
- Werkimgs-modi: constant ~ intermitterend - getimed
- Afmetingen: 40 mm x 16,5 mm x 9 mm
- Gewicht: 4,5 g
Het programmeren van de werkings-modi
De schakeling heeft acht werkings-modi, afhankelijk van welke soldeerbruggen M0, M1 en M2 u dicht soldeert:
- M0 = Open M1 = Open M2 = Open
De schakeling werkt continu. - M0 = Dicht M1 = Open M2 = Open
Werkt intermitterend, 3 s aan, 3 s uit. - M0 = Open M1 = Dicht M2 = Open
Werkt intermitterend, 10 s aan, 10 s uit. - M0 = Dicht M1 = Dicht M2 = Open
Werkt 1 minuut na één druk op de AAN/UIT-knop - M0 = Open M1 = Open M2 = Dicht
Werkt 5 minuten na één druk op de AAN/UIT-knop - M0 = Dicht M1 = Open M2 = Dicht
Werkt 30 minuten na één druk op de AAN/UIT-knop - M0 = Open M1 = Dicht M2 = Dicht
Werkt 60 minuten na één druk op de AAN/UIT-knop - M0 = Dicht M1 = Dicht M2 = Dicht
Werkt 120 minuten na één druk op de AAN/UIT-knop
Deze bestaat uit een ronde siliconen schijf met een diameter van 20 mm. In deze schijf is een piëzo-ceramische ring aangebracht die zorgt voor het trillen van het onderdeel. Op de voorzijde is in het midden van deze ring een metalen schijfje met een diameter van 16 mm gemonteerd. Dat noemt men het 'membraan'. Op de achterzijde is een groter en dikker metalen plaatje aangebracht dat de volledige piëzo-ceramische schijf bedekt, maar wel zo dat er tussen beide schijven een spleetje aanwezig is waardoor water kan stromen.
 |
| De ultrasone transducer. (© 2023 Jos Verstraten) |
In het kleine metalen membraan op de voorzijde zijn niet minder dan 740 microscopisch kleine gaatjes aangebracht. Deze hebben een diameter van slechts 5 μm. Wij hebben een transducer onder onze microscoop gelegd, het resultaat ziet u in de onderstaande opname. Het is via deze gaatjes in het membraan dat de waternevel wordt uitgestoten.
De achterzijde van de transducer moet in contact staan met water, de nevelopbrengst is het grootst als de transducer op het wateroppervlak drijft. In de praktijk is dat natuurlijk nauwelijks te realiseren, vandaar dat u bij een praktisch bruikbare constructie de 'lont' moet gebruiken om het water uit een voorraadvat op te zuigen en in contact te brengen met de onderzijde van de transducer. Zoals uit een vorige foto in dit artikel blijkt, kunt u de transducer ook op een nat stukje spons monteren.
De voorzijde van de transducer wordt in vakjargon de 'spray-port' genoemd en de achterzijde de 'absorbent-port'.
De achterzijde van de transducer moet in contact staan met water, de nevelopbrengst is het grootst als de transducer op het wateroppervlak drijft. In de praktijk is dat natuurlijk nauwelijks te realiseren, vandaar dat u bij een praktisch bruikbare constructie de 'lont' moet gebruiken om het water uit een voorraadvat op te zuigen en in contact te brengen met de onderzijde van de transducer. Zoals uit een vorige foto in dit artikel blijkt, kunt u de transducer ook op een nat stukje spons monteren.
De voorzijde van de transducer wordt in vakjargon de 'spray-port' genoemd en de achterzijde de 'absorbent-port'.
 |
| De 'spray-port' onder de microscoop. (© 2023 Jos Verstraten) |
Hoe werkt het?
Uiteraard zijn wij nieuwsgierig hoe zo'n klein plaatje in staat is een forse straal waternevel uit te stoten. Aan de hand van de onderstaande figuur wordt dit duidelijk.
De elektronische schakeling levert een soort van blokspanning aan de transducer. Hierdoor gaat het piëzo-ceramisch plaatje trillen op de frequentie van het signaal. Het bovenste metalen membraan, met al de gaatjes, gaat uiteraard mee trillen. Omdat de onderste metalen plaat groter en dikker is blijft deze onbeweeglijk.
Tussen beide metalen plaatjes is water aanwezig, dit kan immers via de spleet tussen de onderste plaat en de piëzo-ceramische schijf de holte tussen beide platen in- en uitstromen. Hoewel het uiteraard om erg weinig water gaat vormt dit, op microscopische schaal bekeken, een enorme grote en zware plas.
In de figuur is één microscopisch klein gaatje in het membraan getekend. Als dit membraan als gevolg van het uitzetten van het piëzo-ceramisch schijfje naar boven beweegt zuigt het wat water mee in het gaatje. Als even later het membraan weer naar beneden beweegt kan het water in het gaatje deze snelle beweging niet volgen. De massa en de daarbij horende traagheid van het water tussen beide metalen plaatjes verhindert dit. Het gevolg is dat er een uiterst dun straaltje water via het microscopisch kleine gaatje met grote kracht wordt uitgestoten. Al deze dunne straaltjes water vallen uiteen in microscopisch kleine druppeltjes water en deze vormen de 'mist' die uit de transducer ontsnapt.
 |
| De werking van de transducer. (© 2023 Jos Verstraten) |
De WHTCA01 van eletechsup in de praktijk
Het stroomverbruik
Onze printjes verbruiken, gevoed uit 5 Vdc, tijdens werking een stroom tussen 310 mA en 350 mA.
Het signaal over de transducer
Als de transducer bezig is met het spuiten van waternevel staat onderstaand signaal tussen de twee aansluitingen van het onderdeel. De frequentie van 110 kHz zit dus heel dicht tegen de gespecificeerde werkfrequentie. Dank zij het mooie natuurkundig verschijnsel van signaalopslingering door afgestemde kringen wordt de transducer gevoed met een signaal met een top-tot-top waarde van bijna 60 V. Dit ondanks de voedingsspanning van slechts 5 V!
 |
| Het signaal over de transducer. (© 2023 Jos Verstraten) |
De belangrijkste vraag: komt er waternevel uit?
Jazeker, en niet zo'n klein beetje! Wij hebben een transducer op de bodem van een klein schaaltje geplakt (wel met een spleetje uiteraard). Nadien hebben wij dit schaaltje met een bodempje water gevuld tot de onderzijde van de transducer nét onder water staat. En dan de spanning er op! Om het resultaat erg duidelijk te maken hebben wij de werking gefilmd in een volledig verduisterde kamer met een speciale belichting, zodat u de geproduceerde waternevel goed ziet. Nogal indrukwekkend, nietwaar? Zo'n hoop nevel uit zo'n klein onderdeeltje!
Besluit
De WHTCA01 van eletechsup doet wat de aanbieders beloven: een hoop waternevel produceren voor een belachelijke lage prijs. Het is nu aan u, elektronica-hobbyist, om dat printje en transducer om te bouwen tot een leuk en handig apparaatje!
WHTCA01 Type-C USB Mini Luchtbevochtiger
