低温等离子体消毒灭菌研究毕业论文.doc

低温等离子体消毒灭菌研究毕业论文目 录摘要I第一章低温等离子体消毒灭菌设备的概述11.1消毒灭菌的定义和介绍11.2低温等离子体的形成11.4低温等离子体的消毒机理11.5等离子空气消毒21.6低温等离子体的用途21.7低温等离子灭菌的优势2第二章低温等离子体发生器电源方案论证32.1 电源的系统结构32.2 工频整流滤波电路32.3 单相半控桥感性负载电路52.4 整流电路的选择72.5 滤波电路的选择72.5.1 滤波的基本概念72.5.2 电容滤波电路82.5.3 滤波电路工作原理112.6 DC/AC逆变电路112.6.1逆变电路的选择122.6.2电压型逆变电路的原理132.6.3逆变方案论证152.6.4脉宽调制（PWM）型逆变电路15第三章控制电路的论证163.1整流控制电路163.1.1 单结晶体管触发电路原理163.2 LM4651的引脚功能183.2.1 LM465主要参数与特点213.2.2 LM4651原理和应用电路213.3脉宽调制（PWM）型逆变电路233.4 LC滤波电路243.5变压器的计算253.6 基准正弦波电路的设计283.7输出电压显示仪的选择333.8频率表的选择343.9设计电路的计算36第四章系统总设计图元器件清单394.1元器件清单394.2系统设计原理图42 / 第一章 低温等离子体消毒灭菌设备的概述1.1消毒灭菌的定义和介绍所谓消毒，就是用物理、化学等方法杀死病原微生物以防止传染病传播的措施。

常用的消毒剂种类很多，有75%酒精、碘酒、红溴汞（红药水）、龙胆紫（紫药水）、氯等消毒剂一般只对细菌的营养体有效，而对芽孢很少有杀死作用所谓灭菌，就是用理化方法杀死一定物质中的微生物的微生物学基本技术灭菌的彻底程度受灭菌时间与灭菌剂强度的制约 微生物对灭菌剂的抵抗力取决于原始存在的群体密度、菌种或环境赋予菌种的抵抗力灭菌是获得纯培养的必要条件，也是食品工业和医药领域中必需的技术1.2低温等离子体的形成等离子体是指不断从外部对物质施加能量而使其离解成阴、阳电荷粒子的物质状态由于按照能级顺序，物质状态依次为固态、液态、气态、等离子体，因此等离子体习惯又称为第四态除存在于自然界外，等离子体也能通过人工方式获得通常是对气体施加电场，使荷粒子加速由于离子较重，所以被加速的都是电子通过电子与较重粒子碰撞而引起电离，最终形成等离子体在中低压状态下，作为等离子体质量主体的较重粒子（ 中性基团和离子）其温度要比电子低至少一个数量级，因此这种等离子体称之为低温等离子体或冷等离子体根据离子温度与电子温度是否达到热平衡，可把等离子体分为平衡等离子体和非平衡等离子体在平衡等离子体中，各种粒子的温度几乎相等在非平衡等离子体中电子温度与离子温度相差很大。

通常把电离度小于 0.1％的气体称弱电离气体，也称低温等离子体；电离度大于 0.1％的称为强电离等离子体，也称高温等离子体1.4低温等离子体的消毒机理关于低温等离子的杀菌消毒机理，迄今为止人们还不能够给出比较圆满的答案根据早期的试验，相继出现了各种有关机理的假说纵观各种假说，无论是从物理还是化学方面对杀菌消毒机理进行探索，归根到底不外乎又一下三种：等离子体形成过程中产生的大量紫外线直接破坏微生物的基因物质;紫外光子固有的光解作用打破微生物分子的化学键，最后生成挥发性的化合物如CO、CHx；通过等离子的蚀刻作用，即等离子体中活性物质与微生物体的电白和核酸发生化学反应，能够摧毁微生物和扰乱微生物的生存功能研究说明，在单一气体中，气体对细菌孢子的杀灭作用不尽相同，按杀菌效果强弱依次为O 2 、CO 2 、H 2 、Ar 和N 2 ；而利用混合气体激发等离子体，其杀菌消毒效果往往比单一中性气体好1.5等离子空气消毒当前，空气消毒原理国外通用的方法主要采用紫外线直接照射、臭氧消毒、喷洒消毒剂、层流洁净通风、等离子、静电吸附等技术1.6低温等离子体的用途低温等离子体用于切割.焊接.和喷涂以与制造各种新型的电光源与显示器等。

在军事上，采用等离子体对武器装备进行隐身具有许多使用其他物质所不具备的优点：第一，具有较大的吸波带宽,高于等离子体频率的雷达波都能进入等离子体并被衰减，强烈吸收雷达波，使飞行器隐身；第二，等离子体还能折射雷达波，这将使雷达回波进一步减弱，而且等离子体对雷达波造成的频谱离散和交叉调制，都不利于雷达发现目标；第三，在隐身的同时能够产生假目标；第四，利用专门设计的具有锐边界的等离子体还能作为转发器和天线，能够将与它共振的雷达波经延迟后转发回去在农业上，经过农业科技人员进行了不断地探索和研究在医学上，低温等离子体灭菌器适用于大中小型医院的供应室，手术室，牙科，肛肠科，美容科，急救中心，社区医疗，牙科门诊，消毒供应中心等企事业单位1.7低温等离子灭菌的优势优势：可取代传统的灭菌器,其灭菌速度快，可大大提升被灭菌器械的利用率，同时，灭菌后的器械没有药物残留，对医护人员没有伤害第二章 低温等离子体发生器电源方案论证2.1 电源的系统结构低温等离子体发生器电源主要有主电路和控制电路两部分组成，如图2-1所示其中，主电路由工频整流滤波电路、直流斩波电路、SPWM控制的DC/AC高频逆变电路、LC滤波电路与高频升压电路组成。

控制电路由SPWM产生的电路、隔离驱动电路、基准正弦波电路、频率调节电路、过流保护电路、过压保护电路以与相应的显示电路组成2-1 电源系统结构图.2.2 工频整流滤波电路将交流电转换成直流电的变换称为整流，实现整流变换的装置称之为整流器整流器的主开关元件一般采用整流为二极管或晶闸管由整流二极管构成的整流器，由于其输出电压不可控的，称之为不可控整流；由晶闸管构成的整流器，其输出电压是可控的，故称为可控整流可控整流的电路一般由整流器的主电路（常简称为整流电路）与其触发控制电路组成在整流变换过程中，其平均功率（或能量）是从交流侧流向直流负载根据设计产品的方便性,可行性本设计整流部分选用单相桥式整流电路单相桥式可控整流电路设计单相桥式整流电路将交流电转换成直流电，且通过改变a触发角来改变输出电压的大小单相桥式可控整流电路又可分为单相桥式半控整流电路和单相桥式全控整流电路电阻负载单相半控桥式整流电路可控整流电路的作用就是把交流电能变换成电压大小可调的直流电能，而且其输出电压可以根据需要进行调节可控整流有多种电路形式，如单相半波、单相全波和单相桥式可控整流电路等当功率比较大时，常常采用三相交流电源组成三相半波或三相桥式可控整流电路。

本节主要以单相桥式电路为例来讨论其工作原理单相桥式可控电路如图2-2（a）所示，用晶闸管V1、V2代替了不可控整流电路中的二极管在电源电压的正半周，V1、V4承受正向电压，若晶闸管的控制极不加脉冲，V1不导通，此时负载中没有电流流过当ωt=α时，控制极加上触发脉冲，V1导通，电流流经V1、、V4由于晶闸管导通时管压降很小，所以负载上的电压这时V2和V3因承受反向电压而处于阻断状态当ωt=π时，降为零，V1又变为阻断在的负半周，V2、V3承受正向电压，当ωt=π+α时，触发V2而导通，电流流经V2、、V3，负载上的电压仍然为这时V1和V4因承受反向电压而处于阻断状态当ωt=2π时，V2恢复阻断状态由以上分析可见，在的一个完整周期，流过负载的电流方向是相同的，负载上的电压和电流波形如图2-2（b）所示图2-2 单相桥式可控整流电路2.3 单相半控桥感性负载电路图2-3 大电感负载单相半控桥式整流电路在过p进入负半周时，V3承受正向电压而导通，V4承受反向电压而截止如果电路中没有接入二极管V5，那么由于电感L感应电动势的作用，V1仍将维持导通状态，负载电流经V1和V3继续流通（续流），形成一个不经过变压器二次绕组的自然续流回路，此时电感释放能量，如果是大电感负载，储能很多，晶闸管V1将维持导通到进入下一个周期的正半周，V4承受正向电压而导通，V3承受反向电压而截止。

电流又流经V1、L、R、V4，电感储能，如此不断循环下去，进而导致处于直通状态的晶闸管因过热而损坏这种不需要外部触发脉冲，出现的一个晶闸管直通，另两个整流二极管轮流导通180°的异常工作状态称为失控现象为避免失控现象，在负载两端并联一个续流二极管V5，这样在过p进入负半周时，在电感感应电动势作用下，续流二极管承受正压导通，负载电流经过V5流通，电感释放能量，V5上的压降不足以使V1维持导通而令V1阻断如忽略V5的压降，在续流期间负载上的整流输出电压，这一续流过程一直持续到负半周期间触发V2导通时为止当在的负半周ωt=π+α时，触发V2导通，电流流经V2、L、R、V3，负载上得到与正半周相同波形的整流输出电压这时V1和V4因承受反向电压而处于阻断状态当过2p进入正半周时，负载电流又经V5形成续流，V2恢复阻断状态当ωt=α时，又触发V1导通，如此不断循环下去晶闸管和整流二极管的导通角为q=p-a，电路的工作波形如图2-4 所示参照电路工作波形图，可计算出如下数量关系：输出电压平均值 (2-2-5)晶闸管与整流二极管电流的平均值、与有效值、 (2-2-6) (2-2-7)续流二极管电流的平均值与有效值 (2-2-8) (2-2-9)变压器二次绕组的有效值 (2-2-10) 2.4 整流电路的选择普通二极管整流电路存在一个局限性：在输入的交流电压一定时，输出流电压也是一个固定值，不能任意调节，但在许多情况下，都要求直流电压能进行调节，即有可控、可调的特点，可控硅的出现有效地解决了这个问题，使半导体器件从弱电领域进入强电领域。

单相相控整流电路可分为单相半波、单相全波和单相桥式相控流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点下面分析各种单相相控整流电路在带电阻性负载、电感性负载和反电动势负载时的工作情况 单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），，且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点 单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半 鉴于消毒灭菌设备应用广泛，既可以用于工业、医疗机构、餐饮业等地的消毒灭菌，也可用与普通家庭因此选择单相电源会更加适宜本设计采用单相桥式半控整流电路（阻感性负载）2.5 滤波电路的选择2.5.1 滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联。