Pudełko dezynfekujące UVC

---

1. Opis działania
2. Testy praktyczne
3. Opis budowy

---

1. Opis działania

Jest to proste urządzenie do naświetlania promieniami UVC, wyposażone w świetlówkę Osram Puritec
HNS S 7W. W aktualnej sytuacji epidemicznej przyda się do dezynfekcji maseczek lub innych przed-
miotów (trzeba je obracać), a elektronikom do kasowania pamięci EPROM (z okienkiem). Wymiary
zewnętrzne pudełka (długość/szerokość/wysokość): 200x184x116mm. Jego ścianki są wykonane ze
starych paneli podłogowych o grubości 8mm, połączonych samymi kołkami bez użycia kleju/wkrętów.
Szczegółowy opis budowy pudełka, znajduje się w punkcie 3.

Głównym elementem decydującym o skuteczności działania jest specjalna świetlówka, emitująca nie-
widzialne promieniowanie UVC, używane do dezynfekcji wody, powietrza i powierzchni. Jest ono szko-
dliwe dla wszystkich organizmów żywych (ludzi, zwierząt, roślin, bakterii i wirusów). Ekspozycja na bez-
pośrednie lub odbite promieniowanie UVC, powoduje u ludzi oparzenia skóry i uszkodzenie wzroku
(zapalenie spojówek). Może mieć również negatywny wpływ na niektóre materiały i powodować, np.
odbarwienie tkanin, czy przedwczesne starzenie plastiku.
W swojej konstrukcji użyłem nisko-ciśnieniowej świetlówki rtęciowej Osram Puritec HNS S 7W (GCF-
7DS/G23/SE/OF) z trzonkiem G23, która pracuje w pozycji poziomej (może pracować w dowolnej).
Posiada wbudowany zapłonnik (starter), znajdujący się w jej trzonku. Od zwykłej świetlówki fluorescen-
cyjnej różni się tym, że jej rura nie ma wewnętrznej powłoki luminoforu i jest zrobiona ze specjalnego
szkła kwarcowego, które przepuszcza promieniowanie ultrafioletowe UVC, ale tłumi fale o długości po-
niżej 240nm odpowiedzialne za powstawanie ozonu. Mimo że świetlówka nie wytwarza ozonu, to przez
kilka pierwszych godzin pracy emituje specyficzny zapach. Jej moc znamionowa wynosi 7W, ale moc
samego promieniowania UVC (długość fal 200-280nm z maksimum przy 253.7nm) to tylko 1.8W (UVC
irradiance). Moc ta jest mierzona pod kątem prostym w odległości 1m od ścianki na środku długości
szklanej rury świetlówki (w zakresie 0.3-3.0m jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości).
Nisko-ciśnieniowe świetlówki rtęciowe są najbardziej efektywnym źródłem promieniowania UVC,
ponieważ zamieniają na nie ok. 30% pobieranej mocy.
Istnieje możliwość zamontowania w pudełku innej świetlówki z trzonkiem G23 o mocy 5/7/9W, np.
z rodziny Osram HNS lub Philips TUV (PL-S). W poniższej tabeli znajdują się parametry możliwych
do użycia świetlówek.

Model	Moc [W]	Moc UVC [W]	Napięcie [V]	Prąd [A]	Wymiary maksymalne [mm]					Żywotność [h]	Natężenie UVC [uW/cm2]*
					A	B	C	D	E
Osram Puritec HNS S	5	1.3	35	0.18	63	83	108	28	13	8000	13
Philips TUV PL-S		1.1	34		67		105			9000	11
Osram Puritec HNS S	7	1.8	46		91	111	135.5			8000	18
Philips TUV PL-S		1.5		0.175	97	112.5				9000	15
Osram Puritec HNS S	9	2.5	60	0.18	122	142	165.5			8000	25
Philips TUV PL-S		2.3		0.17	129	145	167			9000	23

* - natężenie promieniowania UVC w odległości 1m od ścianki na środku świetlówki, obliczone wzorem H. Keitz'a.

Do działania świetlówki oprócz oprawki G23 jest potrzebny statecznik magnetyczny/indukcyjny (balast/dławik), który ogranicza jej prąd pracy. Świetlówka posiadająca wbudowany zapłonnik (2-piny) nie zadziała z żadnym statecznikiem elektronicznym (4-piny). Statecznik magnetyczny to w rzeczywistości cewka o dużej indukcyjności i mocy oraz małej rezy- stancji, nawinięta na rdzeniu wykonanym z blachy stalowej (podobnie jak transformator). Użyłem statecznika MB5-11 firmy Kanlux, mogącego za- silać świetlówki o mocy 5/7/9/11W. Przed zamontowaniem i włączeniem sprawdziłem go zwykłym omomierzem. Zmierzyłem rezystancję na jego zaciskach, która wynosiła 107.5 oma. Brak wskazania oznacza przerwę w uzwojeniu (przepalenie). Następnie przełączyłem omomierz na najwy-

ższy zakres pomiaru megaomów i zmierzyłem rezystancję, między każdym jego zaciskiem i odsłoniętą
z farby obudową. Wskazanie oznacza przebicie w uzwojeniu i zwarcie do obudowy. To uszkodzenie
jest szczególnie groźne, gdyż po włączeniu zasilania sieciowego może nastąpić wybicie bezpiecznika
instalacji elektrycznej lub na obudowie statecznika może pojawić się faza. Z ciekawości zmierzyłem
też pojemność na zaciskach (9.80nF) oraz między każdym zaciskiem i obudową (180pF) statecznika.
Miałem problem z pomiarem indukcyjności, ponieważ mój miernik Mastech MY6243 ma najwyższy za-
kres pomiarowy do 2H, na którym nie było żadnego wskazania. Indukcyjność statecznika ma większą
wartość, a udało mi się ją zmierzyć zrobionym kilka lat temu testerem elementów elektronicznych z za-
kresem do 20H. Tester wskazał wartość indukcyjności 3.10H (rezystancja 107.0 omów, dobroć cewki
Q=1.4 przy częstotliwości 9.1kHz).
Aby nie zajmować miejsca wewnątrz pudełka, statecznik zamontowałem na zewnątrz górnej pokrywy,
co zapewnia mu też lepsze chłodzenie. Ponieważ użyłem dwużyłowego kabla sieciowego, to metalowa
obudowa statecznika nie jest uziemiona. Dlatego po włączeniu zasilania występuje na niej napięcie 60-
90V (wartość zależna od położenia fazy w kablu sieciowym, po obróceniu wtyczki w gniazdku). Można je
zaobserwować przykładając do obudowy neonowy próbnik napięcia (będzie świecił dużo słabiej niż na
fazie) lub mierząc woltomierzem napięcie przemienne (AC), między obudową i zaciskiem statecznika
z podłączoną żyłą kabla sieciowego. Napięcie to indukuje się na obudowie statecznika, gdy prąd prze-
mienny przepływa przez pojemność jego uzwojeń (część energii zamienia się w pole elektromagnety-
czne). Indukowany w ten sposób prąd ma niską wartość i nie jest groźny dla życia zdrowego człowieka.
Jednak po włączeniu zasilania sieciowego, nie należy dotykać nieuziemionej obudowy statecznika.

W zależności od mocy zasilanej świetlówki, zmienia się jej prąd pracy oraz współczynnik mocy, które są
podane w tabeli przedstawionej na obudowie statecznika. Współczynnik mocy (PF - Power Factor) to
iloraz mocy czynnej (P) użytej przez odbiornik do wykonania danej pracy (np. świecenie) i mocy pozornej
(S = V*I) pobranej przez odbiornik ze źródła zasilania (PF = P/S). W obwodach prądu stałego (DC) moc
czynna (P) jest równa mocy pozornej (S). W obwodach prądu przemiennego (AC) również tak jest, ale
tylko jeśli odbiornik ma charakter rezystancyjny (np. żarówka, grzałka). Współczynnik mocy wynoszący
mniej niż 1 oznacza, że odbiornik nie zużywa całej pobranej mocy pozornej (S) na wykonanie pracy mo-
cą czynną (P), a jej część zostaje utracona przez powstanie w odbiorniku mocy biernej (Q). Przykład:
jeśli współczynnik mocy odbiornika wynosi 0.5, to tylko 50% dostarczonej do niego mocy pozornej (S)
jest wykorzystane na wykonanie przez niego pracy mocą czynną (P), a reszta jest tracona w postaci
mocy biernej (Q).
Moc bierna w większości jest zwracana przez odbiornik do źródła zasilania (sieci energetycznej), co
zwiększa prąd płynący przez kabel zasilający, a tym samym straty przesyłowe w całej sieci (zamieniane
na ciepło). Część mocy biernej odpowiada za wytwarzanie pola elektromagnetycznego, niezbędnego do
działania silników indukcyjnych i transformatorów oraz za ładowanie pojemności kondensatorów i linii
przesyłowych prądu przemiennego (AC).
Moc bierną odbiornika o charakterze indukcyjnym (np. silnik, transformator) można zredukować przez
dołączenie kondensatora o odpowiednio dużej pojemności, bezpośrednio do jego zacisków zasilających.
Dzięki temu powstająca w odbiorniku moc bierna nie wraca do źródła zasilania (krąży między dołączo-
nym kondensatorem i elementami indukcyjnymi odbiornika).

Dla statecznika MB5-11 zasilającego świetlówkę 7W podany prąd pracy wynosi 0.175A, a współczynnik
mocy 0.33. Jak widać jedynie 33% pobieranej przez niego mocy pozornej jest używane do zasilania świ-
etlówki, a reszta jest tracona w postaci mocy biernej. Na jego obudowie jest też narysowany schemat
podłączenia statecznika i świetlówki do zasilania sieciowego. Znajduje się na nim opcjonalny kondensa-
tor podłączony bezpośrednio do przewodów sieciowych, który służy do poprawy (podwyższenia) współ-
czynnika mocy. Jego podłączenie spowoduje nie tylko zmniejszenie poboru prądu przez statecznik, ale
także zredukowanie poziomu zakłóceń powstających przy włączaniu/wyłączaniu (fala przepięciowa) świ-
etlówki oraz w czasie jej pracy (fale elektromagnetyczne). Powinien to być kondensator typu MKP/MKT
o pojemności kilku uF i minimalnym znamionowym napięciu pracy 250V AC lub specjalny kondensator
typu MKSP do fluorescencyjnych lamp wyładowczych i silników indukcyjnych. Dla świetlówek o mocy
4-13W jego zalecana pojemność wynosi 2uF, aby uzyskać współczynnik mocy 0.9.
Ze względu na ograniczone miejsce w moim pudełku nie zamontowałem tego kondensatora, ale prze-
prowadziłem testy jego wpływu na parametry elektryczne urządzenia (przy napięciu sieci V = 240V):
I - pobierany prąd, P - moc czynna, PF - współczynnik mocy. Pomiary wykonałem watomierzem/liczni-
kiem energii Velleman NETBPEM5. Bez kondensatora: I = 0.18A, P = 13W, PF = 30 (0.3). Z kondensa-
torem 1uF: I = 0.11A, P = 13W, PF = 50 (0.5). Z kondensatorem 2uF: I = 0.06A, P = 13W, PF = 90 (0.9).
Wyniki potwierdziły wpływ kondensatora na podwyższenie współczynnika mocy przez obniżenie mocy
biernej statecznika, a tym samym obniżenie pobieranego przez niego prądu. Jak widać statecznik po-
biera ok. 13W mocy czynnej z czego świetlówka pobiera ok. 7W, a reszta mocy czynnej jest tracona
w stateczniku (zamieniana na ciepło).

Zestaw zawierający świetlówkę Osram Puritec HNS S 7W (nowa), oprawkę G23 i statecznik Kanlux
MB5-11 (demontowane z nowych, nieużywanych opraw) kupiłem za 45zł. (bez kosztów wysyłki) na
Allegro. Jestem zadowolony z ceny i jakości tych części.

---

2. Testy praktyczne

Istnieje kilka sposobów na sprawdzenie, czy dane źródło emituje promieniowanie UVC. Aktualnie wiele
ze sprzedawanych, tanich lamp/żarówek dezynfekujących (głównie z diodami LED) w rzeczywistości nie
emituje żadnego promieniowania UV, a jedynie zwykłe światło widzialne o niebieskim/fioletowym kolorze.
W przypadku diod LED można to rozpoznać już po samym ich wyglądzie. Jeśli dioda nie ma soczewki
wykonanej ze specjalnego szkła kwarcowego (fused silica) lub akrylowego/organicznego (plexiglass),
to nie może emitować promieniowania UV, gdyż inne materiały go nie przepuszczają.
Niżej są opisane dwa najprostsze sposoby na sprawdzenie obecności promieniowania UVC, przy użyciu
banana lub zaprogramowanego układu pamięci EPROM (z kwarcowym okienkiem). Oprócz nich można
do tego celu wykorzystać specjalne karty testowe, które pod wpływem promieni UV zmieniają na stałe
swój kolor (jednorazowe) lub ujawniają nadrukowane na nich wzory/napisy (wielokrotnego użytku).

2-1. Banan

Najprostszy test wykonałem przy użyciu banana ;) Na jego środku nakleiłem dwa paski taśmy izolacyjnej, zostawiając
2cm przerwy między nimi, a następnie włożyłem go do pudełka na 60 minut naświetlania (maksymalna grubość poło-
żonego na dnie banana wynosiła 36mm, a minimalna odległość jego skórki od ścianki świetlówki to UVl = 41mm).
Po tym czasie odsłonięta skórka znacznie pociemniała, a ta spod taśmy nie zmieniła swojego żółtego/zielonego koloru.
Różnica w barwie była widoczna gołym okiem. Pod wpływem promieniowania UVC w górnych warstwach skórki banana,
odkłada się czerwono-brązowy pigment. Efekt ten nie występuje na skórkach innych owoców, np. jabłek. Poniższe zdję-
cia prezentują banana przed i po naświetlaniu.



2-2. Pamięć EPROM

Kolejny test polegał na kasowaniu zawartości układów pamięci EPROM o różnych pojemnościach. Posiadają one
w swojej obudowie okienko wykonane ze szkła kwarcowego, które przepuszcza promieniowanie UV i znajduje się nad
matrycą komórek pamięci. Według not aplikacyjnych proces kasowania rozpoczyna się, gdy komórki matrycy pamięci
są wystawione na działanie promieniowania UV, o długości fali poniżej 400nm (4000A - angstremów). Słońce i niektóre
rodzaje zwykłych świetlówek fluorescencyjnych, emitują promieniowanie UVA/UVB o długości fali 300-400nm. Światło
słoneczne padające bezpośrednio na okienko matrycy pamięci może ją całkowicie wykasować w czasie do kilku tygo-
dni, a fluorescencyjne światło pokojowe może to robić nawet do kilku lat. Jednak wykasowanie pojedynczych bitów
pamięci nastąpi znacznie szybciej (nie wszystkie komórki kasują się w tym samym czasie).
Zalecaną przez producentów metodą kasowania pamięci EPROM jest wystawienie matrycy na działanie promieniowa-
nia UVC o długości fali 253.7nm (2537A) w minimalnej dawce UVd = 15J/cm2 (J = W*s). Minimalny czas kasowania
UVt tą dawką wyniesie ok. 21 minut, używając typowej świetlówki zapewniającej natężenie promieniowania UVr = 12
mW/cm2, przy odległości ścianki jej rury od powierzchni okienka pamięci UVl = 2.5cm (1"). Minimalny czas kasowania
można obliczyć ze wzoru: UVt [s] = UVd [J/m2] / UVr [W/m2] (każde podwojenie odległości UVl wydłuża czas 4-krotnie).
Przed obliczeniami trzeba dokonać konwersji jednostek miary: 1m2 = 10000cm2, 1J/cm2 = 10000J/m2, 1J/m2 = 100
uJ/cm2, 1W/cm2 = 10000W/m2, 1W/m2 = 100uW/cm2. Wykorzystując powyższe dane będzie to: UVt [s] = 150000
[J/m2] / 120 [W/m2], UVt [s] = 1250s / 60s = 20.83 minut. Przy odległości UVl = 5cm, czas UVt wydłuży się do 83.33
minut. Identycznego wzoru używa się do obliczania minimalnego czasu UVt, który jest potrzebny na dezynfekcję powie-
rzchni minimalną dawką UVd promieniowania UVC ze źródła o natężeniu UVr, znajdującego się w odległości UVl.
Przekształcenia tego wzoru, pozwalają na obliczenie: minimalnego czasu UVt [s] = UVd [J/m2] / UVr [W/m2], minimalnej
dawki UVd [J/m2] = UVr [W/m2] * UVt [s] oraz natężenia UVr [W/m2] = UVd [J/m2] / UVt [s] promieniowania UVC ze
źródła.

Minimalny czas kasowania UVt pamięci EPROM zależy od wymaganej, minimalnej dawki UVd promieniowania UVC
oraz jego natężenia UVr emitowanego przez świetlówkę przy danej odległości UVl, między ścianką jej rury i powierz-
chnią okienka w obudowie układu. Czas ten jest nieco inny dla różnych układów, a zależy głównie od rozmiaru i konstru-
kcji komórek pamięci. Im mniejsza jest ich powierzchnia, tym mniej promieniowania UVC pochłaniają i wydłuża się czas
naświetlania, niezbędny do rozładowania zgromadzonego w nich ładunku. Dotyczy to zwłaszcza najnowszych i pojem-
niejszych układów (wykonanych w technologii 0.5um), które mają mniejsze i bardziej zagęszczone na matrycy komórki
pamięci (nawet kurz znajdujący się wewnątrz obudowy może uniemożliwić wykasowanie niektórych z nich). Wyjątkiem
są najstarsze układy (wykonane w technologii 1.3um), których komórki pamięci mimo dużych rozmiarów kasują się
najwolniej.
Nawet lekko zabrudzone okienko (np. odciski palców, przeźroczysty klej z etykiety) może znacznie ograniczyć prze-
nikanie promieniowania UVC do komórek pamięci i wydłużyć proces ich kasowania. To samo dotyczy zabrudzeń na
szkle rury świetlówki. Najmniejsze zabrudzenia, należy dokładnie wyczyścić (np. alkoholem izopropylowym IPA) przed
rozpoczęciem naświetlania.
Kolejnym czynnikiem mającym wpływ na czas kasowania jest algorytm programowania. Standardowy algorytm z dłuż-
szym impulsem programującym (50ms/bajt), powoduje zgromadzenie w komórkach pamięci większego ładunku, niż
algorytm szybkiego programowania (np. Inteligent, Fast, Turbo, Rapid, Flashrite, Quick Pro, Quick-Pulse, SNAP! Pulse,
Presto/II/III). Im większy jest ich ładunek, tym więcej promieniowania UVC potrzeba do jego rozładowania, co wydłuża
niezbędny czas naświetlania.
W notach aplikacyjnych pamięci EPROM niektórych producentów można znaleźć informacje, o zwiększonej minimalnej
dawce UVd promieniowania UVC przy kasowaniu i/lub ewentualnej konieczności wydłużenia jego czasu. W przypadku
układów NMC27C16-55/32-55 firmy National Semiconductor jest informacja, że całkowite wykasowanie może trwać do
60 minut (przy UVd = 15J/cm2, UVr = 12mW/cm2, UVl = 2.5cm). W notach układów CY27C64/128/256/512/010/020/
040 firmy Cypress, podano większą minimalną dawkę promieniowania UVd = 25J/cm2 oraz wydłużony czas kasowania
do 35 minut (przy UVr = 12mW/cm2, UVl = 2.5cm). Dla układów M27C160/322/400/800/801 firmy ST-Microelectronics
(SGS-Thomson), podano 2 razy większą minimalną dawkę promieniowania UVd = 30J/cm2 oraz wydłużony czas kaso-
wania do 30-40 minut (przy UVr = 12mW/cm2, UVl = 2.5cm).

Pamięć EPROM można odczytywać nieograniczoną liczbę razy, ale liczba cykli kasowania/zapisu jest ograniczona przez
maksymalną łączną dawkę UVdmax promieniowania UVC, po której przekroczeniu komórki pamięci są przekasowane
(over-erased) i przestają prawidłowo działać. Objawia się to tym, że nie można ich zaprogramować bo nie gromadzą ła-
dunku (bity mają stałą wartość 1) lub po pewnym czasie od zaprogramowania tracą swój ładunek (bity zmieniają wartość
z 0 na 1). Wykasowane i nie zaprogramowane komórki pamięci nie posiadają ładunku, więc ich bity mają wartość 1.
Sprawna pamięć zachowuje zaprogramowane w niej dane przez ok. 10-20 lat.
W notach aplikacyjnych starszych układów firmy Intel i Cypress podano wartość maksymalnej dawki UVdmax = 7258
J/cm2, co oznacza możliwość wykonania 483 kasowań standardową dawką 15J/cm2 bez uszkodzenia pamięci. Maksy-
malna liczba kasowań jest nieco inna dla różnych układów - zwykle wynosi ok. 1000 razy.
Aby wydłużyć żywotność pamięci EPROM, należy je kasować minimalną skuteczną dawką UVd promieniowania UVC.
Można ją ustalić doświadczalnie, bez wykonywania żadnych obliczeń. Wystarczy zmierzyć minimalny czas naświetlania
UVt, po którym wszystkie komórki pamięci zostają wykasowane. Ja robiłem to przy użyciu mojego pudełka UVC, stopera
i programatora TL866II Plus. Najpierw wyczyściłem alkoholem izopropylowym (IPA) okienka wszystkich testowanych
układów. Później kasowałem je w moim pudełku przez 5 minut i programowałem całą pamięć bajtami o wartości $00.
Następnie odmierzałem stoperem cykle naświetlania po 30s (pierwszy cykl może wynosić np. 60 sekund). Po każdym
cyklu sprawdzałem w programatorze, czy cała pamięć jest już pusta (opcja "Blank check"). Jeśli nie, to wykonywałem
kolejny cykl. Jeśli była pusta, to uzyskiwałem minimalny czas kasowania UVt, który jest łącznym czasem wszystkich prze-
prowadzonych cykli naświetlania. Czas ten weryfikowałem przez ponowne zaprogramowanie pamięci zerowymi bajtami,
a następnie kasowanie jej przez uzyskany wcześniej czas UVt-10s. Jeśli po naświetlaniu pamięć nie była całkowicie
pusta, to powtarzałem opisany proces zwiększając o 5s czas UVt. Jeśli była pusta, to uznawałem uzyskany minimalny
czas naświetlania UVt za prawidłowy. Podczas wkładania układu do pudełka starałem się, aby okienko pamięci było za-
wsze umieszczone dokładnie na środku podwójnej rury świetlówki. W tym celu na dnie pudełka zaznaczyłem ten środko-
wy punkt dwoma przecinającymi się liniami, według których ustawiałem położenie okienka.
W praktyce minimalny czas kasowania powinien być dłuższy i wynosić od 1.5*UVt do 3*UVt, aby całkowicie rozładować
zgromadzony w komórkach pamięci ładunek, co zwiększa niezawodność działania układu w całym dopuszczalnym za-
kresie jego napięcia zasilania i temperatury pracy. Dlatego producenci zalecają kasowanie przy użyciu tak dużej dawki
promieniowania UVC.
Poniższa tabela zawiera zmierzone przeze mnie minimalne czasy naświetlania UVt, które były potrzebne do całkowitego
wykasowania różnych układów pamięci EPROM w moim pudełku UVC, po ich jednokrotnym zaprogramowaniu bajtami
$00 (przy domyślnych ustawieniach VCC=5.5/6.5V, VPP=12/13V, długość impulsu 100/200us).

Układ UVt [s]* NMC27C64QE-200 (8942) 490 MBM27256-20 (8613) 70 AM27C512-150DC (9109) 140 M27C512-15F1 (9440) 270 MBM27C1000-20Z (9102) 100 M27C4001-80XF1 (0120) 160 * - minimalny czas kasowania przy      odległości UVl = 68mm.

Ponieważ programator TL866II Plus nie obsługuje układu MBM27C1000, aby go przetestować wykonałem prosty adapter (dwie podstawki DIP uło- żone jedna nad drugą, żeńskie piny precyzyjne pomiędzy nimi i dwa kabelki), który zamienia miejscami położenie sygnałów A16 i OE między wyprowadze- niami nr 2 i 24. Następnie z listy obsługiwanych układów wybrałem bliźnia- czą pamięć MBM27C1001, która ma nawet identyczną sygnaturę $04E5. Programowanie przebiegło bez problemów, gdyż obie te pamięci różnią się tylko rozmieszczeniem dwóch wspomnianych sygnałów. Choć na liście obsługiwanych układów znajduje się pamięć MX27C1000, to ma ona zupełnie inny algorytm programowania. Po jej wybraniu i odznaczeniu pola "Check ID", programowanie układu MBM27C1000 włożonego bezpo- średnio w podstawkę ZIF40 programatora, od razu zakończyło się niepowo- dzeniem.

Padające na matrycę pamięci światło widzialne/promieniowanie UV podczas działania/kasowania układu, powoduje
powstawanie w niej ładunków elektrycznych (foto-prądów) o wartości zależnej od jego natężenia. Podczas kasowania
ładunki te w najgorszym wypadku mogą uszkodzić pamięć, wywołując różnicę potencjałów między jej wyprowadzeniami
i wyładowanie elektrostatyczne ESD (ElectroStatic Discharge). Dlatego wszystkie wyprowadzenia naświetlanego układu
powinny być zwarte (np. przez położenie na aluminiowej blaszce lub włożenie do specjalnej, przewodzącej pianki ESD).
Podczas normalnego działania ładunki te mogą wywoływać krótkotrwałe błędy/przekłamania w odczytywanych z pamięci
danych. Takie zjawisko można zaobserwować oświetlając okienko pamięci silnym światłem (np. latarką LED) z bliskiej
odległości w czasie jej odczytywania programatorem. Dane odczytane przy silnym świetle będą inne, niż odczytane przy
normalnym oświetleniu. Silne światło powoduje zmianę wartości tylko komórek posiadających ładunek (bity o wartości 0
są odczytywane jako 1), nie wpływa na wartości komórek bez ładunku (bity o wartości 1). Przykładowo w testowanym
przeze mnie układzie NMC27C64QE-200, silne światło zmieniało jego sygnaturę z $8FC2 na $FFFF.
Dlatego po zaprogramowaniu pamięci EPROM zaleca się zasłonięcie jej okienka (np. nieprzeźroczystą naklejką), aby
uniknąć przypadkowego wykasowania danych (np. przez światło słoneczne) oraz chwilowych zakłóceń w działaniu (np.
pod wpływem silnego światła), spowodowanych powstawaniem ładunków elektrycznych (foto-prądów).

Aby otrzymać konkretną wartość minimalnej skutecznej dawki UVd [J/m2] = UVr [W/m2] * UVt [s] promieniowania UVC,
należy jeszcze obliczyć jego natężenie UVr [W/m2] emitowane przez świetlówkę podczas naświetlania powierzchni
okienka, które jest umieszczone pod kątem prostym w odległości UVl od ścianki na środku długości rury świetlówki.
Służy do tego poniższy skrypt języka VBS (Visual Basic Script) systemu Windows.

'Obliczanie natężenia promieniowania UVr [W/m2] świetlówki według wzoru, który
'pochodzi z książki "Light calculations and measurements" - H. Keitz, 1971.

PI = 3.1415926535897932846264338327950288

'Parametry świetlówki Osram Puritec HNS S 7W
P = 1.8 'moc promieniowania UVC (w odległości 1m od ścianki na środku długości rury) [W]
L = 0.091 'długość szklanej rury (łuku elektrycznego w jej wnętrzu) [m]
UVl = 0.068 'odległość naświetlanej powierzchni od ścianki na środku długości rury [m]

alfa = atn(L/(2*UVl)) 'kąt alfa w radianach
UVr = P / (2*PI^2*L*UVl) * (2*alfa + sin(2*alfa)) 'natężenie promieniowania [W/m2]

msgbox "UVr = "&UVr&" [W/m2]"&chr(10)&"UVr = "&UVr/10000&" [W/cm2]",64,"UVC intensity"

W zmiennych trzeba podać moc promieniowania UVC [W] i długość szklanej rury (łuku elektrycznego w jej wnętrzu) [m]
użytej świetlówki - dane te można znaleźć w jej nocie katalogowej (długość rury można zmierzyć). Prostego obliczenia
wymaga odległość UVl, między ścianką rury na środku świetlówki i naświetlaną powierzchnią okienka układu pamięci.
Odległość między dnem i górną pokrywą pudełka (wysokość boków) wynosi 100mm (UVl = 100mm). Odległość między
górną pokrywą i ścianką rury włożonej do oprawki świetlówki wynosi 11mm, a średnica tej rury to 12mm (UVl = 100-23
= 77mm). Wysokość położonej na dnie ceramicznej obudowy układu pamięci EPROM, wynosi 8.5-9mm w zależności od
jej grubości i długości wyprowadzeń (UVl = 77-9 = 68mm). Po odjęciu tych wszystkich wymiarów od 100mm, otrzymałem
poszukiwaną odległość UVl = 68mm, między ścianką rury na środku świetlówki i powierzchnią naświetlanego okienka
pamięci. Oczywiście odległość UVl można zmniejszać, podkładając pod kasowaną pamięć obiekt o odpowiedniej
grubości.
Po uzupełnieniu wszystkich parametrów, skrypt należy zapisać w pliku tekstowym z rozszerzeniem ".VBS". Teraz można
go uruchomić w każdej wersji systemu Windows, przez podwójne kliknięcie jego ikony lewym przyciskiem myszki. Po
tym pojawi się okno z obliczoną wartością natężenia UVr promieniowania UVC świetlówki. Pierwsza wartość natężenia
UVr jest wyrażona w [W/m2], a druga (podzielona przez 10000) w [W/cm2].
Z obliczeń dla podanych wyżej parametrów mojego pudełka wynika, że umieszczona w nim świetlówka 7W kasuje pa-
mięci EPROM promieniowaniem UVC o natężeniu UVr = 31.0W/m2 = 3.1mW/cm2 (przy odległości UVl = 2.5cm natę-
żenie wynosi UVr = 119.48W/m2 = 11.94mW/cm2). Jednak wartość ta dotyczy natężenia promieniowania UVC w otwa-
rtej przestrzeni, emitowanego we wszystkich kierunkach dookoła rury świetlówki, którego tylko część pada na naświetla-
ną powierzchnię. W zamkniętym pudełku z odblaskowymi ściankami, natężenie promieniowania UVC może być prawie
2 razy wyższe ze względu na występowanie promieniowania odbitego, emitowanego przez rurę świetlówki w innych kie-
runkach niż naświetlana powierzchnia, którego część po odbiciu od ścianek również na nią pada.
Zależy to jednak od wartości współczynnika odbicia Rf (reflectance) promieni UVC (zwłaszcza o długości fali 253.7nm)
materiału, użytego do pokrycia/budowy ścianek pudełka. Współczynnik ten określa, jaki procent promieniowania UVC
padającego na powierzchnię danego materiału zostanie od niej odbity. Jeśli jakiś materiał dobrze odbija światło widzia-
lne, to nie znaczy że równie dobrze odbija promieniowanie UVC. Najlepszym, najtańszym i łatwo dostępnym materiałem
do tego celu jest aluminium w różnych postaciach. W poniższej tabeli znajdują się wartości współczynnika odbicia Rf
promieni UVC, o długości fali 254nm dla różnych materiałów.

Materiał Rf [%] Arkusz PTFE (teflon) 93 Aluminium polerowane 60-89 Aluminium wytrawiane 88 Aluminium na szkle 75-85 Aluminium anodowane 65-75 Aluminium nieobrobione 40-60 Folia aluminiowa 73 Duraluminium 16 Farba aluminiowa 40-75 Farba olejna biała 5-10 Farba wodna (emulsja) biała 10-30 Stal ocynkowana 28 Stal nierdzewna 25-35 Chrom 35-45 Nikiel 38

Materiał Rf [%] Srebro 22 Tynk (wapienny) biały 40-60 Tlenek magnezu 75-88 Węglan wapnia 70-80 Glazura czarna 5 Glazura biała 5-10 Płótno 15-20 Papier biały 25 Wełna biała 4 Bawełna biała 30 Szkło 4 Len 17 Tapeta kość słoniowa 30 Tapeta biała 20-30

Pamięć EPROM o największej pojemności M27C322 (4MB = 32Mb = 2Mb*16-bit), została wyprodukowana przez firmę
ST-Microelectronics (SGS-Thomson) w 1998 roku. Powstała też wersja M27V322 zapewniająca działanie (odczyt) przy
niższym napięciu zasilania 3.3V. W planach firmy była również pamięć M27C642 (8MB = 64Mb = 4Mb*16-bit), ale nigdy
nie została wyprodukowana.
Z ciekawości przy użyciu mikroskopu USB o deklarowanym powiększeniu optycznym 20-800 razy, wykonałem zdjęcia
matrycy pamięci testowanego przeze mnie układu MBM27256-20 (pochodzi ze starej drukarki igłowej Citizen 120D).
Pierwsze dwa zdjęcia zrobiłem zwykłym aparatem kompaktowym, który nie pozwala na uzyskanie większych zbliżeń bez
utraty ostrości. Na ostatnim zdjęciu, wykonanym przy maksymalnym powiększeniu mikroskopu widać napis "FUJITSU
MBM27256", który według pomiarów oprogramowaniem dołączonym do mikroskopu, ma ok. 70-80um wysokości (prze-
ciętna grubość ludzkiego włosa wynosi 50-100um). To pokazuje skalę miniaturyzacji uzyskiwaną przy użyciu technologii
sprzed kilkudziesięciu lat.

       

       

---

3. Opis budowy

Ścianki wykonałem ze starych paneli podłogowych o grubości 8mm: 4x 100x184mm (boki), 2x 200x184mm (dno i górna
otwierana pokrywa). Po wycięciu na pilarce stołowej, wewnętrzne powierzchnie wszystkich ścianek okleiłem dwoma war-
stwami samoprzylepnej taśmy metalizowanej o szerokości 48mm (używana do wykonywania połączeń paroizolacyjnych
i wentylacyjnych). Działa ona odblaskowo i powoduje równomierne oświetlenie całego wnętrza pudełka. Niestety jest
bardzo cienka i nawet przez dwie jej warstwy przenika światło, ale nie wiadomo jak odbija promieniowanie UVC (zwła-
szcza o długości fali 253.7nm). Lepiej użyć grubszej, samoprzylepnej taśmy aluminiowej lub zwykłej aluminiowej folii
spożywczej (przykleić ją do ścianek, np. dwustronną taśmą klejącą), która ma lepszy współczynnik odbicia Rf promieni
UVC.
Ścianki oklejałem w poprzek krawędzi o długości 184mm, dzięki czemu na każdej mieściło się niecałe 4 paski taśmy.
Ciąłem je dłuższe niż sama ścianka, nie przejmując się wystającą poza jej krawędzie taśmą. Pierwszy pasek kleiłem na
równo z krawędzią ścianki, a następne jak najbliżej siebie tak, aby nie było między nimi zbyt dużej przerwy i żeby na sie-
bie nie nachodziły (wymaga to precyzji i pewnej ręki). Po naklejeniu każdego paska wygładzałem go palcami i szmatką.
Po naklejeniu całej pierwszej warstwy taśmy na ściance, kładłem jej oklejoną stronę na równej powierzchni (kawałek pa-
nela) i ostrym nożykiem/skalpelem, obcinałem tuż przy krawędzi wystającą taśmę. Pierwszy pasek drugiej warstwy taśmy
kleiłem na równo z krawędzią ścianki, przy której był ostatni (węższy) pasek z pierwszej warstwy. Następnie procedura
klejenia wyglądała tak, jak przy pierwszej warstwie: cięcie dłuższych pasków, ich precyzyjne łączenie, wygładzanie i ob-
cięcie nadmiaru taśmy. Na pierwszej warstwie taśmy nie pojawiały się żadne bąble, ze względu na chropowatą spod-
nią powierzchnię paneli. Natomiast na drugiej pojawiło się sporo bąbli, które przebijałem czubkiem nożyka/skalpela
i wyciskałem z nich powietrze.
Ścianki (boki i dno) połączyłem kołkami (bambusowe patyczki do szaszłyków) o średnicy 2.8mm i długości 16mm (bez
użycia kleju/wkrętów). Na wiertło o takiej samej średnicy nakleiłem taśmę izolacyjną w odległości 16mm od jego wierz-
chołka tak, aby uzyskać jednakową głębokość wiercenia przez dwie ścianki. Na dwóch bokach narysowałem po dwie
linie proste w odległości 4mm od ich krótszych krawędzi (środek grubości łączonych boków) i zaznaczyłem na nich rów-
nomiernie rozłożone punkty, w których będą kołki. Boki mają wysokość 100mm, więc zastosowałem po 3 kołki na każdą
linię. Dwa skrajne kołki znajdują się w odległości 10mm od końca linii, a trzeci jest między nimi. Następnie punktakiem
zrobiłem w tych miejscach zagłębienia i wywierciłem otwory przez całą grubość boku. Przy użyciu ścisków stolarskich
i na równej powierzchni, przyłożyłem we właściwych miejscach i połączyłem ze sobą pod odpowiednim kątem wszystkie
cztery boki jednocześnie. Wkładałem wiertło w wywiercone wcześniej otwory w jednym boku i wierciłem w środku gru-
bości drugiego, przyległego boku na głębokość wskazywaną przez naklejoną na wiertło taśmę. Przy ściąganiu ścisków,
należy dokładnie zapamiętać położenie wszystkich boków, aby wywiercone otwory pokrywały się ze sobą przy łączeniu
kołkami. W boki z otworami wywierconymi na środku ich grubości wbiłem do oporu kołki (powinny wystawać 9-10mm),
a następnie nałożyłem na nie boki z otworami wywierconymi przez całą ich grubość, co wymagało lekkiego i równomier-
nego dobijania. W ten sposób zrobiłem ramę pudełka.
Na dnie narysowałem cztery linie proste w odległości 4mm od jego krawędzi (środek grubości łączonych boków) i zaz-
naczyłem na nich równomiernie rozłożone punkty, w których będą kołki. Dno ma wymiary 200x184mm, więc zastosowa-
łem po 5 kołków na każdą linię. Dwa skrajne kołki znajdują się w odległości 10mm od końca krótszych linii, a dwa kole-
jne 18mm od końca dłuższych linii (doliczona grubość boku). Następnie punktakiem zrobiłem w tych miejscach zagłębie-
nia i wywierciłem otwory przez całą grubość dna. Przy użyciu ścisków stolarskich i na równej powierzchni, przyłożyłem
dno do zrobionej wcześniej ramy z boków i połączyłem ze sobą. Wkładałem wiertło w wywiercone wcześniej otwory
w dnie i wierciłem w środku grubości przyległych boków, na głębokość wskazywaną przez naklejoną na wiertło taśmę.
Przy ściąganiu ścisków, należy dokładnie zapamiętać ułożenie dna, aby wywiercone otwory pokrywały się ze sobą przy
łączeniu kołkami. W otwory wywiercone na środku grubości boków ramy wbiłem do oporu kołki (powinny wystawać 9-
10mm), a następnie nałożyłem na nie dno, co wymagało lekkiego i równomiernego dobijania.
Mimo pewnych nierówności wyciętych ścianek, połączone w ten sposób trzymają się mocno i nie chwieją. Większe szp-
ary (zwłaszcza na rogach) wypełniłem klejem do drewna. Wystające na 1-2mm kołki spiłowałem mini wiertarką, używając
głowicy z papierem ściernym.
Po zmierzeniu długości zawiasu, zaznaczyłem na górnej pokrywie jego wyśrodkowane położenie. Na zrobioną wcześniej
konstrukcję (boki z dnem) nałożyłem (równo z bokami) górną pokrywę (można użyć ścisków stolarskich), na nią zawias
w zaznaczonym miejscu tak, aby przylegał równolegle i prostopadle do górnej pokrywy i tylnego boku, do których będzie
przykręcony. Oznaczyłem położenie otworów montażowych zawiasu na górnej pokrywie, wywierciłem je i przykręciłem go
do niej. Ponownie przyłożyłem górną pokrywę z przykręconym zawiasem tak, aby przylegał do tylnego boku, na którym
oznaczyłem położenie otworów montażowych, wywierciłem je i przykręciłem zawias. W ten sposób zrobiłem pudełko
z otwieraną górną pokrywą.
Górna pokrywa jest połączona z resztą pudełka zawiasem meblowym 60x40mm (długość/szerokość po rozłożeniu) ze
starej szafy, który przykręciłem do pokrywy i tylnego boku czterema śrubami M4 z gwintem o długości 12mm. Konieczne
było wywiercenie nowych otworów w zawiasie, aby mocujące go śruby po zamknięciu pokrywy nie kolidowały ze sobą,
ani z tylnym bokiem do którego jest przykręcony. Na górnej pokrywie środki śrub w zawiasie znajdują się w odległości
15mm od jej krawędzi, a ich rozstaw wynosi 38mm. Na tylnym boku środki śrub są oddalone o 6mm od jego krawędzi,
a ich rozstaw wynosi 26mm.
W górnej pokrywie wywierciłem też otwory na: dwie śruby mocujące oprawkę świetlówki, dwie śruby mocujące statecz-
nik, kabel sieciowy 230V, jedną żyłę kabla sieciowego do statecznika i jeden przewód z oprawki świetlówki do statecz-
nika. Plastikową oprawkę świetlówki typu G23 umieściłem na środku szerokości (184mm) górnej pokrywy, aby wnętrze
całego pudełka było równomiernie oświetlone. Przykręciłem ją dwoma śrubami M4 z gwintem o długości 12mm, ale ich
łby musiałem schować w pokrywie (przez rozwiercenie otworu na szerokość/głębokość równą wymiarom łba). Jeśli łby
śrub nie zostaną schowane, to muszą mieć gwint o długości 14mm. Środki śrub mocujących oprawkę znajdują się w od-
ległości 80mm od górnej i dolnej krawędzi (rozstaw 24mm) oraz 32mm od prawej krawędzi pokrywy. W pudełku można
zamontować świetlówki o mocy 5/7/9W, które różnią się długością (105/135/165mm). Odległość między górną pokrywą
i ścianką rury włożonej do oprawki świetlówki wynosi 11mm (rura ma średnicę 12mm).
Metalowy statecznik świetlówki typu MB5-11 umieściłem na zewnątrz górnej pokrywy, aby nie ograniczać ilości wolnego
miejsca wewnątrz pudełka i zapewnić mu lepszą wentylację. Przykręciłem go dwoma śrubami M4 z gwintem o długości
12mm. Środek jednej śruby mocującej statecznik jest w odległości 50mm od lewej i 47mm od górnej krawędzi pokrywy.
Środek drugiej śruby mocującej jest oddalony o 50mm od prawej i 31mm od górnej krawędzi pokrywy.
Użyłem płaskiego, dwużyłowego kabla sieciowego 230V (bez uziemienia), pozyskanego z jakiegoś starego odtwarza-
cza DVD. Wykonałem na niego otwór o wymiarach 6x4mm, którego środek jest w odległości 26mm od prawej i górnej
krawędzi pokrywy. Od wewnątrz owinąłem go warstwą taśmy izolacyjnej, aby zapobiec jego wypadaniu i przypadkowe-
mu wyrwaniu. Jedna żyła kabla sieciowego 230V jest podłączona do statecznika, dlatego w pokrywie wywierciłem na
niego otwór o średnicy 2.3mm. Jego środek znajduje się w odległości 36mm od prawej i 42mm od górnej krawędzi po-
krywy. Przed przykręceniem miedzianej końcówki żyły kabla do zacisku statecznika trzeba ją pocynować.
Jeden przewód z oprawki świetlówki jest podłączony do statecznika, dlatego w pokrywie wywierciłem na niego otwór
o średnicy 2.1mm. Jego środek znajduje się w odległości 36mm od prawej i 52mm od górnej krawędzi pokrywy. Przed
przykręceniem miedzianej końcówki przewodu do zacisku statecznika trzeba ją pocynować.
Po wywierceniu każdego otworu usuwałem nożykiem/skalpelem resztki taśmy i/lub odłamki panela, znajdujące się wokół
niego. Po wywierceniu każdego otworu na śrubę M4 wkładałem ją do niego, a z drugiej strony ścianki zakładałem stan-
dardową, okrągłą podkładkę M4 o średnicy 9mm, którą ustawiałem dokładnie na środku pod nakrętką i dokręcałem,
żeby się nie przesuwała. Następnie ostrym nożykiem/skalpelem przecinałem warstwy taśmy wokół przykręconej pod-
kładki. Po jej odkręceniu i zdjęciu, odklejałem i usuwałem wycięty z taśmy okrąg. Dzięki temu przy dokręcaniu nakrętek,
taśma wokół nich nie będzie się zwijać, marszczyć i odklejać.