挑战杯作品成品

1、辽宁大学第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品静电除尘黑板擦学院：轻型产业学院专业：电气工程及其自动化创作团队：轻产科技部年级：11日期：2013.3内容摘要黑板、粉笔、黑板擦广泛应用于学校等文教场所，但粉笔字迹在用 传统的黑板擦清除时会抖落出大量粉尘。这些粉尘久而久之会对周围 人群造成呼吸道和肺部的严重伤害。因此，能够解决此问题的新型黑 板擦的出现就迫在眉睫。此款新型静电除尘黑板擦应用电场对带电粉 尘的吸附作用，能够有效地解决粉尘的残留问题。关键词：电场静电除尘粉尘吸附ABSTRACTBlackboard, chalk and erasers are widely used in sc

2、hools and other cultural places. But chalk dust would be released in a large amount with traditional erasers. Chalk dust can be harmful to humanbeings respiratory tract and lung. Thus, there is an urgent need for new type of eraser. This eraser below apply the theory that electric field can attract

3、dust, which be able to solve the problem of chalk dust remaining辽宁大学第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品目录 TOC o 1-5 h z 中文摘要1英文摘要1目录21引言1.研究目的和意义31.研究方法和原理32黑板擦制作2.1黑板擦原理图42.2黑板擦制作材料73新型黑板擦发展优势及使用前景74结语部分10新型静电除尘黑板擦1.1研究目的和意义本款新型黑板擦旨在解决当前社会中文教场所所使用传统黑板 擦清楚粉笔字迹是会携带大量粉尘的问题。因为这些粉尘会对所处 其中的人们的健康造成重大伤害，因此此种新型静电除尘黑

4、板擦的 研制会在很大程度上缓解此类问题。从而使广大师生朋友从中受 益。因为市场巨大，一旦此款产品投入市场生产将会产生巨大的经 济和社会效益。1.2研究方法和原理普通净化机采用滤纸来过滤空气中的灰尘，极易堵塞滤孔，灰 尘越积越多，不仅没有灭菌效果，而且容易造成二次污染。静电除尘 空气净化器利用高压直流电场使空气中的气体分子电离，产生大量 电子和离子，在电场力的作用下向两极移动，在移动过程中碰到气 流中的粉尘颗粒和细菌使其荷电，荷电颗粒在电场力作用下与气流 分向相反的极板做运动，在电场作用下，空气中的自由离子要向两 极移动，电压愈高、电场强度愈高，离子的运动速度愈快。2.1黑板擦原理图范德格拉夫起

5、电机原理图：当使用静电除尘黑板擦的时候，通过打开开关让黑板擦开始运作。擦落的粉尘通过微型风扇被吸进黑板擦内部工作空间。通过电机的转 动来使范德格拉夫起电机产生静电场，使含尘气体经过高压静电场时 被电分离，尘粒与负离子结合带上负电后趋向阳极表面放电而沉积。 在强电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子奔向正极过程中遇 到尘粒，使尘粒带负电吸附到正极被收集到储尘盒中完成除尘工作。 静电除尘原理：1 .气体电离和电晕放电由于辐射摩擦等原因，空气中含有少量的自由离子，单靠这些自 由离子是不可能使含尘空气中的尘粒充分荷电的。因此，要利用静电 使粉尘分离须具备两个基本条件，一是存在使粉尘荷电的电场；二是

6、存在使荷电粉尘颗粒分离的电场。一般的静电除尘器采用荷电电场和 分离电场合一的方法，如图2所示的高压电场，放电极接高压直流电 源的负极，集尘极接地为正极，集尘极可以采用平板，也可以采用圆 管。在电场作用下，空气中的自由离子要向两极移动，电压愈高、电场强度愈高，离子的运动速度愈快。由于离子的运动，极间形成了电流。 开始时，空气中的自由离子少，电流较少。电压升高到一定数值后， 放电极附近的离子获得了较高的能量和速度，它们撞击空气中的中性 原子时，中性原子会分解成正、负离子，这种现象称为空气电离。空 气电离后，由于联锁反应，在极间运动的离子数大大增加，表现为极 间的电流（称之为电晕电流）急剧增加，空气

7、成了导体。放电极周围 的空气全部电离后，在放电极周围可以看见一圈淡蓝色的光环，这个 光环称为电晕开始产生电晕放电的电压称为起晕电压。对于集尘极为圆管的管式 电除尘器在放电极表面上的起晕电压按下式计算：V =呢=3引俨洗相0+0.03何瓦:衣1式中 m放电线表面粗糙度系数，对于光滑表面m=1，对于实 际的放电线，表面较为粗糙，m=0.50.9 ;R1放电导线半径，m ;R2集尘圆管的半径，m ;6相对空气密度。T玮T0、P一 准状态下气体的绝对温度和压力；T、P实际状态下气体的绝对温度和压力。从公式可以看出，起晕电压可以通过调整放电极的几何尺寸来实现。 电晕线越细，起晕电压越低。静电除尘黑板擦的

8、点击的尺寸和电晕线 都比较小，因此起晕电压也比较低。2.尘粒的荷电电除尘器的电晕范围（也称电晕区）通常局限于电晕线周围几毫米 处，电晕区以外的空间称之为电晕外区。电晕区内的空气电离后，正 离子很快向负（电晕）极移动，只有负离子才会进入电晕外区，向阳 极移动。含尘空气通过电除尘器时，由于电晕区的范围很小，只有少 量的尘粒在电晕区通过，获得正电荷，沉积在电晕极上。大多数尘粒 在电晕外区通过，获得负电荷，最后沉积在阳极板上，这就是阳极板 称为集尘极的原因。因此储尘盒要跟阳极板设置在一起，储尘盒的一 侧边是有阳极板来组成，这样当黑板擦停止工作时粉尘就会掉落在储 尘盒中，防止灰尘进入黑板擦内部空间。2.

9、2.2黑板擦制作材料：小型马达，黑板擦框架，中空金属球壳，电极，滚轴（2个，一 个需求金属制，一个需求丙烯酸玻璃制），导线，电源，小型风扇， 储尘盒，黑板擦毛料。3静电吸附式黑板擦使用优势及发展前景当前，黑板、粉笔仍然是教师授课的主要工具，虽然部分学校已 经开始采用白板代替黑板，但是全国大部分学校及其较为偏远的山区 及农村黑板仍居于主要地位，而且在短时间内不会改变。但是，由于 粉笔的固有性质，黑板擦在擦黑板的过程中会产生大量的粉尘，不仅 影响教师和学生的上课质量，长此以往也对教师及学生的身心健康产 生严重威胁。因此，对常用黑板擦的改良十分迫切，而且成熟产品的 应用市场即将十分广泛，必能带来可观

10、收益。3.1静电吸附式黑板擦优势分析老式黑板擦有使用寿命短；易坍塌、散架；每用一次就要拿到窗 外把上面的灰尘拍去，很费劲，很脏；用久后布面会凹陷，擦不干净 等缺点。最为重要的是在教师进行擦拭粉笔灰的过程中，粉笔灰会飘 落到教室的各处，在空气中滞留一段很长的时候，随着教师、同学的 呼吸，那些漂浮在空气中的粉笔灰会进入教师、学生的呼吸系统，对 师生的身体健造成很严重的伤害。于是产生许多传统板擦的改良产O口口。在对传统黑板擦的改良过程中，有许多独特的思路及设想，他们 各有自身优点及不足，现介绍如下：风扇黑板擦在黑板擦上设计个小风扇。用力擦黑板时带动小风扇，就可以 扇出风来。风扇用个罩子遮住，三面不通

11、风，这样产生的风就可以只 吹向一个方向。这种构思看起来似乎不错，但实行起来却是不合理的。 虽然所有的粉笔灰被吹向同一个方向，粉笔灰最终还是会在教室里飘 散。想让粉笔灰被吹到门口或者窗外也是非常有难度的，粉笔灰仍然 会在空气中飘散，不过是将它在室内飘逸转移到了在室外飘逸。这样 做虽然室内的人得到了保障，但室外的空气却有被污染了。这种构思 不符合环保概念，并且技术上的难度相当大。且造价必定不菲。雨刷式黑板擦一种能够自动擦黑板的黑板擦，其技术特征是将一特制长条黑 板擦固定在两根特制的自动伞杆的顶端；在长条黑板擦的左侧而上固 定一块长条N极(S极)磁铁，还有一块与之完全相同的磁铁，可将 它固定在黑板左

12、侧墙壁上。特制长条黑板擦就是靠自动伞杆上的弹簧 弹力和磁铁向的斥力的作用在黑板上来回运动从而将黑板上的标记 擦掉的。实施起来难度比较大。首先要在黑板上做改动，实行难度较 大。其次这种方法的构思建造复杂，成本过高。且过于花哨，影响学 生的注意力。全自动黑板擦使用遥控控制方向的黑板擦。黑板擦是用四个电动机作动力，其 中两个电动机装在一个与黑板同样大的框架上，并且通过减速器使一 条横梁作上下移动，另外两个电动机使一排软毯做圆周运动，并由其 擦去黑板上的粉笔字迹。有一排长盒槽能罩去软毯与粉尘，使用者只 要按动按钮即可使它动与停止。每个软毯即可紧贴黑板，也可不紧贴 黑板。在一排横梁外有一条长的盒槽。所以

13、，当需要擦黑板时，就无 需人工的用黑板擦，而是可以控制开关，使它移动到我们需要的地方 开始自动的擦去粉笔字迹，这样就给使用者带来不少便捷之处。但是 四台电动机的耗电量很大，不够节约，应该教育学生养成艰苦朴素的 好习惯。电动机会发出比较大的声音，影响教学效果构思建造复杂， 不容易实现，改进这些所需要的成本也过高。有这些常见改良产品基本原理可知，它们都存在这样或那样的缺 点和不足。为了弥补这些不足，本产品从一个全新的视角设计而来。本产品 采用静电吸附的原理，使在擦黑板的过程中产生的粉尘在电晕极附近 荷电从而受到静电力的作用从而吸附在集尘极上，最后滑落至黑板擦 下部的粉尘收集盒中，从而达到了除尘效果

14、，另外，粉尘收集盒中的 粉尘可以回收，体现了环保的思想。除此之外，本产品基于传统黑板 擦的基础上改造而来，其体积和传统板擦相差不多、使用方法也没有 大的差别、使用过程中无噪音、擦过的黑板不影响再次书写、不需要 对黑板本身做任何改动，这些特点都决定了该产品易于广大师生接 受、易于在市场上推广。另外，本产品采用干电池作为电源，对人身 安全不构成伤害。故而，本产品体现了安全、绿色、环保的思想。新型黑板擦发展前景众所周知，黑板作为传统的教学工具早已在广大教师学生心中占 据了重要地位，虽然随着科技的进步和教学硬件设施的提高出现了白 班和多媒体等更为先进的教学设备，但是这些并不能替代黑板在广大 师生心中的

15、重要地位。因此，黑板和黑板擦必将在较长时间内存在与 教学设备之中。但由于粉笔和传统板擦的固有缺陷及现有改良产品存 在的不足，本新型板擦在多方面弥补了这些产品的不足，是一款不错 的改良产品。因此，必将拥有较为广阔的市场，带来可观的经济效益 和环境效益。4结语本作品实现了对多学科多专业知识的综合应用，是款科技含量较 高的新一代黑板擦。经理论和实践论证该产品能够有效地达到预期效 果。投入市场后将会大大改善各类仍在使用粉笔黑板的文教场所的环 境。且能够实现对粉尘等的集中收集。其前景非常广阔。由于时间和 个人能力水平的限制，作品还存在若干可继续提高的地方。此次作品设计融入了我们四个队友的的共同努力，是我们智慧与 汗水的结晶。这个过程中我们遇到了种种困难，但在我们的共同协作 下还是把之一一克服。同时，在这个过程中我们能够把知识融会贯通， 而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识， 开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和 动手能力方面有了质的飞跃回首我们