Устройства контроля комплексной дезинфекции автомобильного салона, жилых и производственных помещений

Комплексная дезинфекция салона автомобиля, жилых и производственных помещений включает в себя озонирование и ультрафиолетовое (УФ) облучение этих объектов. Высокое качество воздуха на этих объектах – залог здоровья находящихся там людей. Поэтому есть необходимость периодически проводить такого рода дезинфекцию.

Озонирование позволяет избавиться от стойких неприятных запахов химического характера – бензина, солярки, газа, а также от пота, табачного дыма или гари, от пылевых клещей, очистить воздух от высокой концентрации токсичных веществ, различных насекомых на любой стадии их развития, очистить автомобильный салон от плесневых грибов с их спорами, а также избавиться от скопления различных патогенных микроорганизмов. Ультрафиолетовое (УФ) облучение так же позволяет провести качественную санитарную обработку различных предметов и поверхностей в салоне автомобиля, в помещении, а так же и воздуха. Излучение определенного УФ диапазона спектра вызывает необратимые изменения в клетках микроорганизмов – вирусов, бактерий, грибков, дрожжей и разрушает их на уровне ДНК, что влечет за собой их полное уничтожение. УФ облучение с длиной волны 265 нм считается наиболее эффективным средством для уничтожения различных микроорганизмов.

Дезинфекция автомобильного салона

Схема устройства для комплексной обработки автомобильного салона изображена на Рисунке 1. Для УФ облучения используется мощный светодиод UVCLEAN265FW-50 (HL1) с током стабилизации до 900 мА. Так как любой светодиод является, прежде всего, токовым прибором, задание режима работы целесообразно осуществлять заданием тока через светодиод с помощью различных схем источников тока (драйверов светодиодов), и главное требование к источникам тока – это их компактность, минимально необходимое количество внешних элементов, малое собственное энергопотребление, а также низкий уровень электромагнитных шумов. Для стабилизации тока светодиодов применяется драйвер DD311 (DA1), представляющий собой токовое зеркало со 100-кратным увеличением выходного тока. Ток стабилизации задается резистором R2. Для указанного на схеме номинала этого резистора ток стабилизации светодиода составит 500 мА. При таком токе падение напряжения на светодиоде составит 11 В.

Рисунок 1.	Схема устройства контроля комплексной дезинфекции автомобильного салона

Время обработки салона задается таймером ICM7242 (DD2) и составляет от 1 до 6 часов. Дискретность установки времени – 1 час. Время обработки определяется резистором и конденсатором, подключенными между проводом питания и выводом 7 микросхемы, и рассчитывается по формуле T_ИМП = 128•R_T•C_T. Время дезинфекции устанавливается переключателем SA2. Запуск устройства контроля осуществляется кнопкой SB1. Аналогичный таймер DD1 задерживает включение таймера DD2 примерно на 5 минут. Это время необходимо, чтобы водитель мог покинуть место дезинфекции. Дело в том, что УФ излучение на длине волны 265 нм оказывает неблагоприятное воздействие на зрение человека. Поэтому УФ обработку автомобильного салона необходимо проводить в гараже, или хотя бы под малопрозрачным автомобильным чехлом, чтобы предотвратить вредное воздействие на проходящих около машины людей. Эпюры сигналов в контрольных точках схемы, поясняющие работу устройства контроля дезинфекции автомобильного салона, изображены на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Эпюры сигналов в контрольных точках, поясняющие работу устройства контроля комплексной дезинфекции автомобильного салона.

В предлагаемой конструкции для озонирования салона применяется китайский генератор озона с высоковольтными керамическими пластинами – излучателями озона и вытяжной вентилятор ZT-0812SH (FAN1). Как правило, такие озонаторы имеют производительность 5, 10 и реже 15 г/ч, соответственно, мощность составляет 50, 100 и 150 ватт и зависит от количества генерирующих озон высоковольтных керамических пластин – 1, 2 или 3. В приборе применяется озоновый генератор мощностью 100 Вт с двумя пластинами и производительностью 10 г/ч. На Рисунке 3 изображено фото этого генератора озона.

Рисунок 3.	Генератор озона. Напряжение питания DC 12 В, производительность 10 г/ч.

Так как нет необходимости точно устанавливать время работы таймеров, то в приборе применяются обычные резисторы с допуском по номиналу ±5%. Все конденсаторы керамические. Настройка прибора не требуется.

Дезинфекция жилых и производственных помещений

Как было сказано выше, высокое качество воздуха в квартире или в рабочем помещении – это залог здоровья всех людей, которые ежедневно там находятся.

Схема контроля дезинфекции и очистки воздуха в помещениях изображена на Рисунке 4. В УФ облучателе (светильнике) применяются такие же светодиоды, как и в УФ облучателе автомобильного салона. В УФ светильнике для помещений светодиоды работают при токе стабилизации 350 мА, падение напряжения на светодиоде при таком токе составляет 10.5 В. Для стабилизации тока светодиодов применяются линейные двухвыводные стабилизаторы тока NSI50350, которые являются простым, экономичным и достаточно надежным решением для регулирования тока светодиодов. Они предназначены, прежде всего, для использования в системах освещения на базе одноваттных светодиодов. Для защиты светодиодов светильника и всего прибора в целом от перегрева стабилизаторы тока NSI50350 имеют отрицательный температурный коэффициент, то есть при возрастании температуры ток стабилизации падает. Таким образом, реализована простая, но достаточно эффективная защита светодиодов от экстремальных режимов работы. Источники тока NSI50350 доступны в двух вариантах, отличающихся допустимой рассеиваемой мощностью. Источник тока NSI50350AST3G способен рассеивать мощность до 5.8 Вт, а NSI50350ADT4G – до 11 Вт. Номинальный ток стабилизации обеспечивается в диапазоне напряжений «анод-катод» от 5 до 50 В. В зависимости от специфики приложения, стабилизаторы тока NSI50350 могут быть установлены в верхнем или нижнем включении. Также для питания более мощных светодиодов несколько стабилизаторов NSI50350 можно включить параллельно. Питание светильника производится непосредственно от сети переменного тока 230 В. Для ограничения рассеиваемой мощности на стабилизаторе тока целесообразно выбирать падение напряжения на нем порядка 15…25 В. При применении 29 светодиодов в линейке, и с учетом падения напряжения 10.5 В на каждом из них, падение напряжения на стабилизаторе тока составит примерно 15.5 В и, соответственно, мощность рассеивания на стабилизаторе тока будет не более 5.4 Вт. Чтобы не перегружать источники тока и не использовать радиаторы для их охлаждения, в схеме применяются 11- ваттные стабилизаторы NSI50350ADT4G. 

Рисунок 4.	Схема контроля комплексной дезинфекции жилых и производственных помещений.

Для подавления электромагнитных помех от линии электропередачи переменного тока в схеме светильника применяется EMI фильтр PLA10AN1522R0R2 (Z1), рассчитанный на ток до 2 А и максимальное переменное напряжение 300 В. Схема устройства включения/выключения озонатора и УФ светильника точно такая же, как и в дезинфекторе автомобильного салона – на таймерах ICM7242, которая управляет твердотельным реле S216S02 (SSR2), через которое подается питание на генератор озона и УФ светильник. Для питания схемы контроля используется неизолированный AC/DC преобразователь BP5041A5 с выходным напряжением +5 В и током нагрузки 100 мА. В озонаторе применяется такой же генератор озона, как и в предыдущей схеме, только рассчитанный на сетевое питание 230 В AC. На Рисунке 5 изображено фото этого генератора озона. Китайская фирма выпускает одинаковые генераторы озона в двух модификациях: с напряжением питания 12 В DC и 230 В AC.

Рисунок 5.	Генератор озона. Напряжение питания АС 220 В, производительность 15 г/ч.

Следует отметить, что для УФ дезинфекции больших по площади помещений можно добавить линейки УФ фотодиодов или увеличить их мощность, соответственно включив параллельно источники тока. При этом, конечно, надо будет подобрать мостик VD2 и EMI фильтр в соответствии с током потребления светодиодов. Также при этом надо будет использовать генератор озона с более высокой производительностью.

После дезинфекции помещение необходимо проветрить от избытка озона. Для автоматического проветривания применяются фрамужные открыватели окон, которые включаются, например, на 1 час по окончании процесса озонирования. Для включения фрамужных открывателей применяется таймер DD3 и твердотельное реле SSR1. Если нет необходимости в автоматическом проветривании (можно после озонирования просто открыть окна или форточки), тогда таймер DD3 и твердотельное реле SSR1 из схемы можно исключить.

О деталях. RC-фильтр на конденсаторе C1 и резисторе R3 предназначен для подавления помех, проникающих от микросхемы преобразователя в питающую сеть. Номинал резистора должен быть в пределах 10…22 Ом, а его мощность – не менее 0.25 Вт. Конденсатор C1 – пленочный, рассчитанный на рабочее напряжение не менее 400 B. Его необходимо разместить как можно ближе к выводам микросхемы. Оксидный конденсатор С7 танталовый, остальные конденсаторы керамические, причем конденсаторы С2, С6, С7 – высоковольтные (450 – 630 В). Резисторы обычные с допуском по номиналу ±5%.

Измеритель уровня концентрации озона

После проветривания желательно измерить уровень концентрации озона в помещении. Согласно санитарным нормам, уровень озона в воздухе помещения не должен превышать 0.1 мг/м³ (0.05 ppm). Концентрация озона выше этого уровня неблагоприятно влияет на здоровье человека, причем смертельная концентрация – 9.7 мг/м³ (4.8 ppm).

Схема измерителя уровня концентрации озона изображена на Рисунке 6. Прибор измеряет уровень концентрации озона в диапазоне 0…2 ppm (0…4 мг/м³). В основе прибора применяется трехвыводной электрохимический сенсор 3OZ (В1) производства City Technology. Как правило, все электрохимические датчики имеют токовый выход, и выходной ток таких датчиков прямо пропорционален «количеству» газа. Для преобразования выходного тока трехэлектродного электрохимического датчика используется типовая схема, так называемого, потенциостата – ОУ DA3.1 и DA3.2. С принципом работы потенциостата можно ознакомиться здесь [1]. Требования к операционным усилителям потенциостата: напряжение сдвига должно быть не более 100 мкВ. Для применяемых в схеме ОУ LMP2016 типовое напряжение сдвига составляет 0.8 мкВ, а максимальное – 2 мкВ. Для предотвращения выхода из строя трехэлектродных электрохимических сенсоров в отсутствие питания рабочий и референсный электроды этих датчиков должны быть закорочены. Эту функцию выполняет р-канальный JFET VT1. По сути, в отсутствие напряжения на затворе транзистор представляет собой короткозамкнутый контакт. Чувствительность сенсора – 7.2 мкА/ppm ±20%. С учетом чувствительности сенсора выходное напряжение трансимпедансного усилителя потенциостата DA3.2 составит 1000 мВ/ppm, которое рассчитывается по формуле U_ВЫХ = I_ДАТ × (R5 + R6), то есть концентрации озона в ppm будет соответствовать выходное напряжение трансимпедансного усилителя в мВ. Если требуется измерять уровень озона в мг/м³, следует пересчитать номиналы резисторов R5 и R6 (1 ppm ≈ 2 мг/м³).

Рисунок 6.	Измеритель уровня озона.

Питается измеритель уровня концентрации озона от двух пальчиковых батареек. DC/DC преобразователь BL8531-5 (DA1) повышает напряжение батареи до +5 В. Инвертор LM828 (DA2) инвертирует напряжение +5 В. В итоге получается двуполярное питание ±5 В, используемое для питания ОУ потенциостата. Зарядовый насос VD2, C5, C8 (удвоитель напряжения) формирует напряжение +10 В для питания встраиваемого цифрового милливольтметра PV1.

В измерителе уровня озона используются стандартные радиодетали: оксидные конденсаторы – танталовые, остальные – керамические. Резисторы с допуском по номиналу ±5%. Подстроечный резистор R6 многооборотный. Настройка прибора сводится к установке нужного коэффициента усиления трансимпедансного усилителя потенциостата DA3.2 посредством резистора R6, так как сам сенсор имеет довольно значительный разброс уровней чувствительности. Вообще настроить в домашних условиях любой газоанализатор довольно проблематично, а точнее сказать, практически невозможно. Настроить газоанализатор возможно только лишь по показаниям эталонного прибора. Эталонные приборы, как правило, можно найти в Гидрометцентрах при гидрометеорологических институтах и университетах. Попросить лаборанта измерить, например, уровень озона «на улице» и по этим показаниям настроить свой прибор.

Литература

1. Электрохимические датчики газа SPEC Sensors

Материалы по теме

1. Datasheet City Technology 3OZ CiTicel
2. Datasheet SETi UVCLEAN
3. Datasheet S-Line EC213A
4. Datasheet Belling BL8531
5. Datasheet ROHM BP5041A5
6. Datasheet SiTI DD311
7. Datasheet Intersil ICM7242
8. Datasheet Texas Instruments LM828
9. Datasheet National Semiconductor LMP2016
10. Datasheet onsemi NSI50350AD
11. Datasheet Sharp S216S02
12. Datasheet Diodes BSS84
13. Datasheet Infineon IRF5210S
14. Datasheet NXP J177
15. Datasheet TSC 2W10