應用於製備石墨烯超聲設備的電氣系統的製作方法
2023-10-10 21:01:34 6
本實用新型屬於超聲波技術領域，涉及一種超聲設備電氣設計，特別是關於一種應用於製備石墨烯超聲設備的電氣系統。
背景技術：
超聲波是指頻率高於20000赫茲的的聲波，它超過了人耳收聽頻率的範圍。超聲波在液體介質中傳播時，通過機械作用、空化作用和熱作用，產生力學、熱學、光學、電學和化學等一系列效應。超聲波振子由超聲波換能器和超聲波變幅杆組成超聲波振動系統。超聲波換能器是一種能把高頻電能轉化為機械能的裝置，超聲波變幅杆是一個無源器件，本身不產生振動，只是將超聲波換能器輸入的振動改變振幅後再傳遞出去，完成了阻抗變換。理論研究表明，在振幅相同的條件下,一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質中傳播時，介質質點振動的頻率很高，因而能量很大。本實用新型就是針對石墨烯的製備研發設計能夠產生多路超聲波振子的電氣設計。
石墨烯是21世紀發現的一種新型材料。它是只有單層碳原子厚度的二維晶體，作為目前為止自然界最薄材料，石墨烯同時具有高強韌、高透明度，強拉伸性、導電導熱性能最強的優異特性。隨著新型納米材料石墨烯的發現，在超級電容器，新能源電池、傳感器、複合材料等領域石墨烯將會有新的技術應用前景。在各種科技領域加速研發應用新型材料石墨烯的趨勢下，石墨烯的製備成為各種科技領域的焦點。石墨烯的合成方法主要有兩種：物理方法和化學方法，物理方法包括機械剝離法，取向附生法等方法；化學方法是化學還原法和化學解理法。
化學還原法是製備石墨烯廣泛使用的方法之一。化學法具有成本低廉、工藝簡單、生產設備簡易、產量大等優點，但是用化學法生產出來的石墨烯產品結構上有缺陷，不能滿足某些特殊領域的應用要求。而機械剝離法生產出的石墨烯能夠保持完整的晶體結構，產品質量、品質較高，可以滿足所有應用石墨烯領域的需求，但是產能較低。因此，提高生產高質量石墨烯設備的產能成為了人們研究的熱點。
本實用新型針對超聲波機械剝離石墨烯的方法設計超聲設備電路，利用超聲波驅動電源同時驅動六個超聲波振子，有效提高了石墨烯產品的產能，同時又保持了機械剝離法產出的石墨烯高質量高品質的特性。同時，本實用新型對石墨烯的製備特別設計了對石墨烯製備設備的流量控制和自動排氣閥的控制的電路設計，實現對流量和自動排氣閥控制的控制，從而保證了石墨烯的剝離質量效果和石墨烯的正常穩定剝離進程。本實用新型對石墨烯產品製備的發展起著至關重要的作用。
技術實現要素：
本實用新型針對現有技術的不足，提供了一種應用於製備石墨烯超聲設備的電氣系統。
本實用新型包括超聲波驅動電源模塊、流量控制模塊和自動排氣閥控制模塊。超聲波驅動電源模塊用於驅動超聲波驅動電源，流量控制模塊用於調整超聲波驅動電源的頻率，自動排氣閥控制模塊控制電磁閥S2的開合。
所述的超聲波驅動電源模塊涉及的電路供電端為三相四線制，電壓為380V。外部電源線L1、L2、L3、N接至空氣開關AS的輸入端，從空氣開關AS的負載端引出的三相火線U、V、W分別接在熔斷器FU1、熔斷器FU2、熔斷器FU3的一端，熔斷器FU1、熔斷器FU2、熔斷器FU3的另一端與交流接觸器KM主觸點的一端相連接；從U相線所接的熔斷器FU1的一端引出一相火線接在熔斷器FU4的一端，從V相線所接的熔斷器FU2的一端引出一相火線接在熔斷器FU5的一端；啟動按鈕SB2與交流接觸器KM的常開輔助觸點並聯後的一端通過急停按鈕SB1與熔斷器FU4的另一端相連；提示燈L的一端和交流接觸器KM的線圈的一端接啟動按鈕SB2與交流接觸器KM的常開輔助觸點並聯後的另一端；提示燈L的另一端和交流接觸器KM的線圈的另一端接熔斷器FU5的另一端。
交流接觸器KM主觸點的另一端引出的三相火線U、V、W分別與六個超聲波驅動電源DP1～DP6相連，每一相上連接有兩個超聲波驅動電源，每個超聲波驅動電源供電端的一端接在火線U/V/W上，供電端的另一端接在零線N上。超聲波驅動電源DP1～DP6的一個輸出端分別與換能器T1～T6相連，超聲波驅動電源DP1～DP6的另一個輸出端分出直流12V電源DC1～DC6用於驅動風扇F1～F6散熱。
所述的流量控制模塊中流量計FL供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；流量計FL的輸出端接RS-485的一端，RS-485的另一端接串口伺服器SS。電磁閥S1供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；電磁閥S1的輸出端接遠程終端單元RTU1的一端，遠程終端單元RTU1的另一端接串口伺服器SS。串口伺服器SS接入計算機PC。
所述的自動排氣閥控制模塊中壓力計Pg供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；壓力計Pg的輸出端接串口伺服器SS。電磁閥S2供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；電磁閥S2的輸出端接遠程終端單元RTU2的一端，遠程終端單元RTU2的另一端接串口伺服器SS。串口伺服器SS接入計算機PC實現對反應釜內壓力的監測。
本實用新型的有益效果是：本實用新型所涉及的控制系統電路設計簡單，操作方便，易於維護等特點。該電氣設計在實現六個超聲波振子同時工作，提高了生產效率並保證了石墨烯產品高質量高品質的特性。本實用新型對石墨烯的製備特別設計了對石墨烯製備設備的流量控制和自動排氣閥的控制的電路設計，實現對流量和排氣閥的自動控制，從而保證剝離的石墨烯質量和石墨烯剝離進程的正常進行。對石墨烯產品製備的發展有一定的推動作用。
附圖說明
圖1是本實用新型超聲波驅動電源模塊的電氣示意圖；
圖2是本實用新型流量控制模塊和自動排氣閥控制模塊的電氣示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖進一步說明本實用新型的具體實施方式。
應用於製備石墨烯超聲設備的電氣設計包括超聲波驅動電源模塊、流量控制模塊和自動排氣閥控制模塊。超聲波驅動電源模塊用於驅動超聲波驅動電源，流量控制模塊用於調整超聲波驅動電源的頻率，自動排氣閥控制模塊電磁閥S2的開合。
如圖1所示，超聲波驅動電源模塊涉及的電路供電端為三相四線制，電壓為380V。外部電源線L1、L2、L3、N接至空氣開關AS的輸入端，從空氣開關AS的負載端引出的三相火線U、V、W分別接在熔斷器FU1、熔斷器FU2、熔斷器FU3的一端，熔斷器FU1、熔斷器FU2、熔斷器FU3的另一端與交流接觸器KM主觸點的一端相連接；從U相線所接的熔斷器FU1的一端引出一相火線接在熔斷器FU4的一端，從V相線所接的熔斷器FU2的一端引出一相火線接在熔斷器FU5的一端；啟動按鈕SB2與交流接觸器KM的常開輔助觸點並聯後的一端通過急停按鈕SB1與熔斷器FU4的另一端相連；提示燈L的一端和交流接觸器KM的線圈的一端接啟動按鈕SB2與交流接觸器KM的常開輔助觸點並聯後的另一端；提示燈L的另一端和交流接觸器KM的線圈的另一端接熔斷器FU5的另一端。急停按鈕SB1為常閉觸點，啟動按鈕SB2為常開觸點。當閉合總電源，閉合空氣開關AS，按下啟動按鈕SB2後，交流接觸器KM的線圈吸合，提示燈L亮。
交流接觸器KM主觸點的另一端引出的三相火線U、V、W分別與六個超聲波驅動電源DP1～DP6相連，每一相上連接有兩個超聲波驅動電源，每個超聲波驅動電源供電端的一端接在火線U/V/W上，供電端的另一端接在零線N上。超聲波驅動電源DP1～DP6的一個輸出端分別與換能器T1～T6相連，超聲波驅動電源DP1～DP6的另一個輸出端分出直流12V電源DC1～DC6用於驅動風扇F1～F6散熱。超聲波驅動電源採用220V供電，工作過程中可實現自動搜頻與跟頻，並可手動調節輸出功率。當閉合總電源，閉合空氣開關AS，按下啟動按鈕SB2後，六個超聲波驅動電源DP1～DP6同時工作，六個風扇F1～F6配合電路散熱，驅動六個超聲波換能器T1～T6產生超聲波振動，並將此振動能量向製作石墨烯原料中發射，從原料中剝離石墨烯。
如圖2所示，為流量控制模塊和自動排氣閥控制模塊。
流量控制模塊中流量計FL供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；流量計FL的輸出端接RS-485的一端，RS-485的另一端接串口伺服器SS。電磁閥S1供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；電磁閥S1的輸出端接遠程終端單元RTU1的一端，遠程終端單元RTU1的另一端接串口伺服器SS。流量計FL在管道口接入，串口伺服器SS接入計算機PC，通過調整超聲波驅動電源的頻率，實現對製備石墨烯設備的流量控制，從而保證石墨烯的剝離質量效果。
自動排氣閥控制模塊中壓力計Pg供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；壓力計Pg的輸出端接串口伺服器SS。電磁閥S2供電端的一端接220電源電壓，另一端接零線N；電磁閥S2的輸出端接遠程終端單元RTU2的一端，遠程終端單元RTU2的另一端接串口伺服器SS。串口伺服器SS接入計算機PC實現對反應釜內壓力的監測，在石墨烯剝離過程中，當超聲波在石墨烯產品製備的反應釜內產生空化作用，產生大量氣體，電磁閥S2打開，排出影響石墨烯剝離的氣體，從而保證石墨烯的正常穩定剝離進程。