Feldmessungen

[duese]

Und selbst wenn alles hinhaut, ist die Kuh ja noch nicht vom Eis. Dann muss ich "duese" und "Bastelbruder" erklären, warum meiner Meinung nach die Vorrichtung das einwirkende elektrische Feld nicht stören kann.

Ich bin gespannt. Denn alles verändert das elektrische Feld, was nicht das selbe epsilon_r hat, wie der Feldraum. Von anderen Potentialen, die man über Zuleitungen einführt ganz abgesehen. Ich lass mich aber gern überzeugen.

[Rumgucker]

Hallo duese,

es gibt dynamische Feldstörungen durch Leck- und Umladeströme. Die kann ich voraussichtlich kleinreden.

Statische Feldstörungen durch spitze Elektroden oder ungeeignetes Elektrodenmaterial etc. kann ich noch nicht überzeugend wegdiskutieren. Dazu müsste ich besser wissen, wo wir stehen, sobald die Thread-Kiste gut läuft. Wenn unsere Entwicklung sich diesbezüglich nicht schlechter verhält als eine Feldmühle, so wäre m.E. schon mal alles gut.

--------------

BTW: Meine vorige Schaltung produziert eine Art PWM. Wenn man ein Multimeter verwendet, was mit der Mittelwertbildung Stress hat, sollte man besser ein Zeigerinstrument verwenden. Einfach eine RC-Kombination haut nicht hin. Das endet immer in einer Spitzengleichrichtung, da die 1N4148 ja nur Strom in einer Richtung fließen lässt. Man müsste dann noch zusätzlich einen "pulldown"-Widerstand verwenden. Ich mal ggfls. noch was auf, damit man freier in der Messgeräteauswahl wird.

Viele Grüße

Wolfgang

[Fritzler]

Hallo Fritzler,
ich schrieb ja, dass jeder pn-Übergang gehen sollte, wenn er von einem hochkapazitiven Leistungshalbleiter stammt. Nimm irgendeinen MOSFET, der ähnliche pn-Kapazitäten im Nanofarad-Bereich zeigt.
Gerätedesign ist mir noch sehr fern. Erstmal brauchen wir eine Vorrichtung, die zuverlässig funktioniert.

Achso
Das klang schon so euphorisch nach "funktioniert endlich" als obs fertig wäre.

[Spike]

Ich lese hier mit, bin aber aufgrund fehlender mathematischer/physikalischer Eignung nur bedingt kommentarfähig. Gerade weil es sich hier ja um eine "Grundlagenforschung" handelt.
Der angedachte Sensor ist ja wohl ein "vorgespanntes" System, dessen aufgenommene Energie bei einem hoffentlich spezifischen Trigger proportional messbar sein soll. Die Topologie des Sensors muss also in einer absolut reproduzierbaren Weise herstellbar sein, sonst wird kalibriert. Halte ich für sehr ambitioniert. Passive Systeme scheiden ja schon wegen der geringen transduzierbaren Energiemenge aus...
Wie kann der "Messkopf" mit dem IC denn ein von der Kabelage unabhängiges Signal erzeugen? In meiner E-Phys-Zeit als Zoologe habe ich schon so manche Radiosendung (spike train) als auch Körperbewegung (Summensignale kurz vor DC) im Aufbau gehabt... Das ist Voodoo pur.

[Rumgucker]

Hallo,

mit dieser Schaltung kann man x-beliebige Multimeter nehmen und auch gleich noch den Nullabgleich hinbekommen. Ist also ne richtige Messbrücke:

---------

@Fritzler,

fertig ist es, wenn ein Gehäuse drumrum ist. Bisher schlage ich Messschaltungen vor. Die aktuelle schlägt alles, was ich bisher auf dem Tisch hatte.

--------

@Spike,

ja. Ist "Voodoo pur", was ich hier treibe. Es geht um Feldmessungen, wie im Eingangsbeitrag beschrieben. Von Energiemessungen hat keiner was gesagt.

Viele Grüße

Wolfgang

[Fritzler]

fertig ist es, wenn ein Gehäuse drumrum ist. Bisher schlage ich Messschaltungen vor. Die aktuelle schlägt alles, was ich bisher auf dem Tisch hatte.

Das ist nen Argument.
Aber so gibts ja verschiedene Stufen von fertig bzw Interpretationen.
Erstmal muss das Messprinzip fertig sein und dann ein reproduziebarer Sensorprototyp.
Nenn wir es "Meilensteine".

Was ich noch vergessen hatte zu schreiben wegen dem obsoleten FET:
Du misst jetzt an diesem herum und entwickelst.
Nicht, dass das mit einem anderen FET dann ziemlich anders aussieht wegen einem anderen inenren Aufbau.
Moderne FETs sind ja für Schaltbetrieb ausgelegt und bestehen somit intern aus vielen parallel geschalteten FETs.

Der 2SK2611 gehört da noch zum alten Schlag, beim durchscrollen des DB sieht das aus wie ein FET im Silizium.
Du kannst ja mal mit einem IRFP250 gegentesten ob die Messwerte weiterhin so gut sind.

[Spike]

Von Energiemessungen hat keiner was gesagt.

Öh? Felder entstehen nicht aus dem Nichts.
Egal. Ich schau mir das, was Du da willst, mal an.
Dem Naturphilosoph ist ja nichts zu doof.
Aber Materie und Energie sind entropisch verwoben

[Name vergessen]

Also im Prinzip, für die Minderbemittelten wie mich: das zu messende Feld verändert die Dicke der Sperrschicht, genau wie eine normal angelegte Spannung, nur, dass das hier durch Influenz passiert. Dadurch ändert sich die Spannung, die man anlegen muss, damit die Diode leitend wird, entsprechend der Feldstärke. Die angelegte Spannung kann man leicht messen, ebenso den fließenden Strom, Letzteren, um ihn auf ein Mindestmaß zu regeln. Wenn man den Strom konstant hält, stellt sich ja auch automatisch eine feldproportionale Spannung ein. Das DVM erzeugt keine Spannung / Strom, die / der kommt vom Dreiecksgenerator.

Aber wozu ist jetzt der Dreiecksgenerator? Um die Diode zu entladen? Warum muss das sein, sie leitet doch? Und wie entlädt man mit einem pulsierenden Gleichstrom etwas?

[Rumgucker]

Hallo Fritzler,

der 2SK2611 war für meine parametrische Anwendungen günstig, weil er große Kapazitätsänderungen zeigt. Andere MOSFETs hab ich bisher nicht untersucht. Ich hab zur Zeit auch andere Prioritäten, als gängige Typen auszuwählen.

---------

Hallo Spike,

im Moment muss eine Eichkurve erstellt werden, die eine Abhängigkeit der Anzeigen vom einwirkenden Feld zeigt. Dabei verschieben sich nur ein paar wenige Elektronen, die gezählt werden müssen. Wenn das mit Klangschalen, Weihrauch oder Voodoo besser geht, dann mach ich das so. Das nachträgliche Philosophieren überlass ich dann Dir, wenn das Messgerät praxisgerecht arbeitet.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo "Name vergessen",

Also im Prinzip, für die Minderbemittelten wie mich: das zu messende Feld verändert die Dicke der Sperrschicht, genau wie eine normal angelegte Spannung, nur, dass das hier durch Influenz passiert. Dadurch ändert sich die Spannung, die man anlegen muss, damit die Diode leitend wird, entsprechend der Feldstärke.

Perfekt!

Die angelegte Spannung kann man leicht messen, ebenso den fließenden Strom, Letzteren, um ihn auf ein Mindestmaß zu regeln. Wenn man den Strom konstant hält, stellt sich ja auch automatisch eine feldproportionale Spannung ein. Das DVM erzeugt keine Spannung / Strom, die / der kommt vom Dreiecksgenerator.
Aber wozu ist jetzt der Dreiecksgenerator? Um die Diode zu entladen? Warum muss das sein, sie leitet doch? Und wie entlädt man mit einem pulsierenden Gleichstrom etwas?

Ganz einfach. Die Dreieckspannung übersteigt die Schwellspannung nur zu gewissen Zeiten. Nur dann leitet die Diode. Nur dann fließt Strom. Je höher die Schwellspannung, desto geringer der Stromflusswinkel. Es kommt also ne Art PMW raus. Die wird dann im Multimeter gemittelt bzw. mit meiner letzten Brückenschaltung (die allerdings Empfindlichkeit raubt und die ich mittlerweile nicht mehr so toll finde).

Man könnte auch Sinus nehmen. Aber Dreieck ist gewiss linearer bei der PWM-Erzeugung.

Für eine richtige PWM müsste der Strom noch limitiert werden. Daran arbeite ich gerade zur Zeit.

Wenn Strom fließt, kommt es gleichzeitig zum Ladungsträgerausgleich innerhalb der Diode. Sobald der Strom endet, vergrößert sich wieder der ladungsträgerfreie Raum zwischen der p- und der n-Schicht, Durch Influenz wird die Größe dieses Bereiches von der einwirkenden Feldstärke abhängig. So ist zumindest meine Theorie.

Viele Grüße

Wolfgang

[Name vergessen]

Aha, danke für die Erklärung! Also ist die Idee, dass die Influenz nur dann etwas bewirkt, wenn die Diode gesperrt ist, so dass man immer an- und abschalten muss? Ich hätte jetzt gedacht, dass die Influenz sich mit der angelegten Spannung addiert, wie eine normale zweite Spannung es auch täte. Falls nicht, könnte man das mit einem Oszi sichtbar machen, denn dann hätte nur die Einschaltflanke etwas mit der Feldstärke zu tun, nicht aber die Abschaltflanke. Dann käme man evtl. mit einer einfachen Gleichstromschaltung aus. Es könnte aber evtl. sein, dass dadurch das Feld stärker beeinflusst wird, bzw. dessen Beeinflussung stärker auf die Messung rückwirkt, weil man beim Dreieck quasi das Feld zuerst immer ohne Stromfluss angreift. Andererseits bewegt sich das ja im Millivolt-Bereich, während das Feld im Killervolt-Bereich unterwegs ist, allerdings nicht KV/µm, was dann wieder kleinere Spannungen pro µm ergibt. Müßte man testen.

Woraus besteht eigentlich Dein Dreiecksgenerator? Und woher kommt Dein Testfeld? Habe weder das eine noch das andere in der Kramkiste liegen, aber vielleicht geht das ja mit PC und Soundkarte im Feld eines geladenen Pullis?

[Rumgucker]

Moin "Name vergessen",

Laborgeräte hab ich rumstehen. Wenn immer ich bei irgendeinem Experiment Equipment vermisse, lass ich alles stehen und liegen und bau mir erstmal das fehlende Gerät zusammen. So ist im Laufe der Jahre ein praxistauglicher Fundus entstanden.

Ich will heute mal versuchen, eine Elektronik zusammenzustöpseln, die kein externes Equipment benötigt. Und ich hab noch eine Idee. Die kann ich bei der Gelegenheit gleich miterproben.

Viele Grüße

Wolfgang

[Bastelbruder]

Ich muß jetzt erst noch einen Praxislehrgang über Influenz absolvieren und so eine Mimik ausprobieren.
Bloß wann ... ich komm monentan eh zu nix. Vielleicht könnte ich die Stunde "Mittag" dazu heranziehen?

Die Schaltung der Mühle hab ich noch nicht gefunden, aber die rausgepinselte Schaltung einer kommerziellen Kelvinsonde. Jetzt bloß noch den Scanner flicken und dann hochladen.

[Rumgucker]

Moin Forum,

es gibt Erfreuliches zu berichten. Ich hab mich nochmal mit der solid-state-Feldmühle befasst. Es geht offensichtlich auch ohne Mühlenbewegung!

Ich bilde einfach mit zwei Europlatinen einen mit 430Hz schaltbaren faradayschen Käfig. Wenn der nFET einschaltet, ist die mittlere Messelektrode abgeschirmt. Und wenn er ausschaltet, influenziert das Feld durch die obere potentialfreie Platte auf die Messelektrode:

Leider ist der Aufbau noch "etwas" brummempfindlich und ich hab auch noch keinen Differenzverstärker. Bitte denkt Euch das Brummen einfach weg...

Aber trotzdem ist es so, wie erhofft. Ohne äußeres 5kV/m-Feld sieht man eine nur geringe 430Hz-Wechselspannung:

Sobald ich aber das Gleichfeld anlege, erscheint eine erhöhte Wechselspannung:

Das entspricht dem Verhalten der Feldmühle.

Nun fragt man sich natürlich, woher der Wechselstrom seine Energie bezieht. Es wird ja im 10 Megohm-Widerstand Leistung umgesetzt.

Ich denke, dass meine Energie direkt aus dem Feld entnommen wird. Das Feld wird also im Takt der 430Hz verbogen. Wenn man die Oszillogramme genau anschaut, ahnt man ja auch, dass die Umladungen bei 430Hz noch nicht abgeschlossen sind. Ich muss also noch an der Frequenz rumspielen.

Ob das bei einer Feldmühle wirklich anders ist (die Feldmühler schreiben ja, dass ihre Energie aus der Rotationsbewegung stammt), kann ich nicht beurteilen. Nach meinem heutigen Lernstand finde ich es auch sehr kontraproduktiv, irgendwelche Energie in die Sensorik einzutragen:

Bei meiner pn-Arie bin ich an Grenzen gestoßen. Das zyklische Überschwemmen der Diffusionszone mit Ladungsträgern entlädt zwar die Messgröße, bringt aber zusätzliche Energie in den Sensor, die ich dann schwer von der Messgröße trennen kann. Aus gleichem Grund hatte ich mich auch immer gegen Fotohalbleiter als Schalter gewehrt. Daher hatte ich mich wieder der passiven Feldmühle zugewandt.


Der Ansatz einer solid-state-Feldmühle scheint vielversprechend zu sein.

Viele Grüße

Wolfgang

[Spike]

Hast Du eine Möglichkeit, das Signal über ein paar Zyklen zu averagen?
Ich würde mich gerade beim zweiten Oszibild nicht trauen, da irgendwas zu interpretieren.

Wenn das mit Klangschalen, Weihrauch oder Voodoo besser geht, dann mach ich das so. Das nachträgliche Philosophieren überlass ich dann Dir, wenn das Messgerät praxisgerecht arbeitet.

Du hast Deinen Aufbau vom Meister nicht mit heiligem Kolophonium weihen lassen und eine Klangschale sehe ich auch nicht (trotz der fast 440 Hz Kammerton).

[Rumgucker]

Hallo Spike,

ich geh anders vor.

Zur Zeit prüfe ich meine steile These, ob sich ein Faradayscher Käfig allein durch den gezeigten FET-Kurzschluss bilden kann. Die Messungen sagen mir klar "ja". Auch die Literatur sagt ganz klar "ja". Ihr sagt auch nicht "nein". Es spricht also viel dafür, dass ich eine Messelektrode wahlweise einem elektrischen Feld aussetzen oder sie vor dem Feld abschirmen kann.

In einem nächsten Schritt möchte ich eine dauerhaft mit der untersten kurzgeschlossene Platte vor der Messelektrode oszillieren lassen. Also den Sensor einer Feldmühle nachbilden. Entweder ergeben sich dabei ähnliche oder ganz andere Messelektrodenozillogramme.

Wenn sich ganz andere Oszillogramme ergeben, hab ich was nicht begriffen. Dann ist Bewegung eben doch nötig.

Wenn sich aber ähnliche Oszillogramme ergeben, weiß ich wo ich im Verhältnis zu klassischen Feldmühlen stehe und wie deren wahrer Wirkmechanismus ist. Dann kann ich direkt bei denen die Elektronik und alles abgucken und muss - letztlich - zu gleichen Messergebnissen wie die auch gelangen. Nur eben mit solid state.

Viele Grüße

Wolfgang

[Name vergessen]

Einen Effekt sehe ich da zwar, allerdings verstehe ich nicht, weshalb die Spitzen ihre Polarität periodisch wechseln. Das Rechteck ist wohl das Gate, also ist die Abschirmung an, wenn der Pegel high ist. Dann ist der Ausgang (fast) sofort und konstant 0V. Aber müßte nicht, wenn der Brumm einstreut, die Sägezahnspannung immer dieselbe Richtung haben? Für mich sieht das so aus, als lüde sich der Meßkondensator mit der Brummspannung auf, das sieht doch nach Hüllkurve aus...? Warum das allerdings bei angelegtem Feld stärker passiert, KA, hoffentlich nicht nur dadurch, dass der Feldgenerator den Brumm verstärkt / erhöht. Evtl. könnte man den Brumm mal ohne die 430Hz messen, mit und ohne Feld?

Oder habe ich einfach nur zu wenig Plan, um zu kapieren, wie das erwartete Signal aussieht?

[Rumgucker]

Hallo,

auch das von der Elektrodenspannung getriebene Wechselspannungsmessgerät zeigt klar mehr NF, wenn ein Feld anliegt. Um das Brummen zu mindern, hab ich zwischen Impedanzwandler und Messgerät einen Hochpass geschaltet. Das klappt so gut, dass ich mir vermutlich auch das ganze Differenzverstärker-Brimborium sparen kann.

------------------

Wie angekündigt, hab ich auch eine Elektrode rotieren lassen. Leider aber nicht mit 430 Zyklen pro Sekunde, sondern mit nur rund 10 Zyklen pro Sekunde. Um vergleichen zu können, hab ich dann auch meinen Taktgenerator von 430Hz auf 10 Hz reduziert. Es kam die gleiche Wechselspannung aus der mittleren Elektrode heraus. Geschaltete und rotierende Elektrode verhalten sich - zumindest grob - gleich.

Leider litt ich bei den 10Hz-Versuchen unter erheblichen 50Hz-Störungen und meine Mechanik hielt auch nur ganz kurz durch, bevor sich der Flügel mit einem Flopp löste und mir fast in die Fresse flog.

----------

Verblüfft bin ich allerdings über die Höhe der Wechselspannung. Ich messe zur Zeit nur so um die 10mV, was dann unter 5 kV/m Feldeinfluss bis 15mV steigt. Bei 430 Hz.

Bei 4 kHz seh ich dann gar keine Spannungsänderung durch das Gleichfeld mehr. Vermutlich stören mich dann die Elektrodenkapaziäten. Und bei niedrigeren Taktfrequenzen steigt mein Brummpegel immer mehr an und überdeckt dann regelrecht das eigentliche Messsignal.

----------

Meine Frage an Bastelbruder: was für ne Wechselspannung liefern Deine rotierenden Elektroden am 10 Megohm Shunt, wenn Du 5 kV/m anlegst? Kannst Du das rückrechnen? Wenn Du auch nur ein paar Millivolt Nutzsignal erzielst, wäre ich schon mal in der richtigen Größenordnung.

Vielen Dank

Wolfgang

[Rumgucker]

Moin,

die hcrs-Feldmühle:

http://www.hcrs.at/FELDMU.HTM

schafft 100mV DC bei 10kV/m. Allerdings hat das Ding einen Verstärker (einstellbar von 1 bis 11-fach) und zwei Elektroden. Und ich leg nur 5kV/m an.

Also haben auch die eine Wechselspannung an jeder Elektrode von wenigen Millivolt.

Ok. Somit stimmt zumindest schon mal die Größenordnung.

--------

hcrs schreibt:

Die Leistung, die das angeschlossene Messgerät benötigt, wird hierbei über die mechanische Rotation des Flügelrades erzeugt. Dem zu messenden Feld wird keine Energie entzogen und es bleibt somit von der Messung unbeeinflusst.

Das halte ich - zumindest nach meinem heutigen Kenntnisstand und mit aller Vorsicht - für ein Gerücht.

----------

Die Feldmühle ist also in meinen Augen nichts anderes als ein Faradayscher Käfig, bei dem man ab und zu eine Klappe öffnet, damit die Messelektrode Feldspannung sieht. Genau das erreiche ich auch mit einer potentialfreien Schirmplatte, die von einem elektronischen Schalter mit dem Käfig (untere Elektrode) verbunden wird.

**************

Nachdem das Mysterium der energiegewinnenden Rotation nun "gefallen" scheint, mach ich mich über die Schirmelektrode her. Denn ich denke, dass man auch auf sie verzichten kann.

Zuvor zeig ich aber erstmal die Elektrodenspannung der 3-Elektroden-solid-state-Feldmühle....

Bis gleich

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo Forum,

diese ganze Millivolt-Rumtrickserei mit pn-Übergängen und Feldmühlen fängt an, mich erheblich zu nerven!

Ich lege 5 kV/m an. Dann will ich bei zwei ins Feld eingetauchten Elektroden im 1.5mm-Abstand rund 5V sehen und nicht 5mV.

Warum geht das nicht?

Viele Grüße

Wolfgang

[Spike]

Um das Brummen zu mindern, hab ich zwischen Impedanzwandler und Messgerät einen Hochpass geschaltet.

430 Hz Signal und Hochpass - ist vielleicht eine schlechte Idee?

[Rumgucker]

Hallo Spike,

ich trenne das 50Hz-Gebrumme vom 430Hz-Nutzsignal mit einem Hochpass. Ich fand die Idee gut und sie funktionierte bestens.

------------

Hallo Forum,

die Millivolt-Kleckerei mit "pn" und "Feldmühle" hab ich erst mal zu den Akten gelegt. Nun will ich klotzen.

Ganz neuer Ansatz:

Die vier Reed-Relais werden von einem PIC getrieben. Ich brauche Einzelrelais, um alle Timings im Griff zu behalten.

Zuerst werden die Elektroden verbunden. Durch Influenz lädt sich die obere Elektrode positiv auf und die untere negativ. Dann werden die Elektroden getrennt. Die obere Elektrode ist negativ geladen, die untere positiv. Dann werden die Elektroden auf den C1 entladen, an dem sich nach und nach eine (hoffentlich) hohe Spannung bzw. Ladung aufbaut. Ich brauche allerbeste Isolation. Die Energie der Ladung entstammt dem eFeld. Bis inkl. C1 will ich das heute testen. Ich sitz gerade an der "Software", wenn man die paar Zeilen überhaupt so nennen will.

Erst wenn das super funktioniert, komm ich zu dem OPV-Geraffel... da wird dann C1 ggfls. noch mit C2 verschmelzen.

P.S.: ich befürchte charge-injection durch die Kapazität zwischen Relaispule und Kontakt. Ich konnte nicht rausfinden, welches Spulenende näher am Kontakt ist. Da muss ich ggfls. noch rumfrickeln.

Viele Grüße

Wolfgang

[Spike]

Hallo Spike,

ich trenne das 50Hz-Gebrumme vom 430Hz-Nutzsignal mit einem Hochpass. Ich fand die Idee gut und sie funktionierte bestens.

Aha. Dann ist ja gut. Die Idee kam mir nur, weil Du viel von dem das Du beschreibst sehr knapp hältst. Hochpassfilter zum Beispiel gibt es in verschiedenen Ordnungen in passiver und auch aktiver Variante... Zudem hattest Du keine Trennfrequenz angegeben - Aber gut, das Nutzsignal weg zu filtern wäre auch ein Fehler der eher mir passieren könnte (und ist ).
Dir scheint viel im Kopf herumzugehen und Du verfolgst Dein Ziel mit Vehemenz - Respekt. Ich kann Dir dabei allerdings nicht mehr helfen und klinke mich aus.
Alles Gute!

[Rumgucker]

Hallo Spike,

ich danke Dir für Deine bisheriges Mitarbeit, Dein Mitdenken und Deine Mithilfe. Es würde mich freuen, wenn Du bei der Stange bleibst.

Leider kann ich nicht jede Anregung abarbeiten bzw. aufgreifen. Dazu ist das Thema noch viel zu sehr im Fluss. Details waren auch nicht so wichtig.

Wichtig war eigentlich nur die Erkenntnis, dass sowohl pn-Übergang als auch solid-state-Feldmühle nur ein paar Millivolt Nutzsignal bringen und dass auch hcrs mit einer richtigen Feldmühle nicht mehr Elektrodenspannung erreicht hat.

Millivolt messen, wenn man Kilovolt anlegt? Nicht so der Burner, finde ich.

Also Schwamm drüber und flugs die nächste Technologie erprobt. Meine Relais-Klapperei.

----------

Hallo Forum,

bis inkl. C1 funktioniert es bestens. Leider kann ich zur Zeit den C1 nur entladen und mich daran freuen, wenn ein heftiger Entladestrom fließt, wenn ich ein eFeld anliegen hatte und kein Entladestrom fließt, wenn ich kein eFeld eingespeist hatte. Selbst mein Vooltmeter mit Teraohm-Eingang entlädt einen 1nF-Kondi ziemlich zügig. Da sind nur qualitative Aussagen möglich.

Aber ich bin begeistert, weil ich alles auf dem Steckbrett habe und dieses und mein Styroflex offensichtlich ausreichend isoliert. PIC steuert 4 Relais:

Zur quantitativen Ladungsermittlung brauch ich den 2. Teil der Schaltung mit dem OPV.

Viele Grüße

Wolfgang

[Weisskeinen]

Millivolt messen, wenn man Kilovolt anlegt? Nicht so der Burner, finde ich.

Mal 'ne dumme Frage: warum nicht? 5mV ist doch schon ganz ordentlich und rauscharm um den Faktor 1000 verstärkt ist das auch schnell. Ich würde allerdings nur den Faktor 10 nehmen und ein Standard-Panelmeter dran hängen, die gehen nämlich üblicherweise nur bis 200mV, alle anderen Messbereiche werden durch Spannungsteiler 'erzeugt'. Dann noch den richtigen Dezimalpunkt auswählen und das war's.
Edit: 5kV/m ist doch gar nicht wild. Das hat man mit zwei Leitungen, die an 5V angeschlossen sind und einen Millimeter entfernt liegen, auch.

[Rumgucker]

Hallo Weisskeinen,

die Spannung der Elektroden wird durch relativ wenige freie Elektronen definiert und durch kapazitive Verkopplung mit Netzleitungen. Wenn ich optimistische 0.01 Picofarad Kopplungskapazität annehme, so fließen kapazitive Ströme von knapp 1 nA. An 10 Megohm Shunts tritt eine Brummspannung von 10mV auf. Die feldabhängige Spannung beträgt jedoch nur 5mV.

Man kann nun mit elektronischen Tricks arbeiten und rumskaiieren und rumverstärken, bis man schwarz wird. Machbar ist alles. Aber elegant geht anders.

Mir erscheint ein Messgerät dann elegant, wenn es 5V misst, wo 5V anstehen. Denn wenn ich sowas hätte, würden mich die 10mV Rumgebrumme überhaupt nicht weiter stören.

Viele Grüße

Wolfgang

[ferdimh]

Das halte ich - zumindest nach meinem heutigen Kenntnisstand und mit aller Vorsicht - für ein Gerücht.

Das ist aber so
Vergleiche auch die akustisch gesteuerte Feldmühle - das Elektretmikrofon.
Aus einem Feld selbst kann keine Energie entnommen werden. Das Feld ist "nur" ein Spannungszustand zwischen geladenen Objekten. Solange die Ladungsträger bleiben, wo sie sind (auf den Platten) und die Anordnung am Ende genauso aussieht wie am Anfang, ist die Energiemenge gleich geblieben, denn ich kann an den Platten, die das Feld "aufspannen" immer noch die gleiche Energiemenge entnehmen (nämlich 1/2 CU²).
Ich kann auch nicht aus einem Dauermagneten Energie entnehmen - gleiches gilt für ein Elektret.
Die Vorstellung, wie die Feldmühle tatsächlich mechanische Energie entnimmt, ist schwierig. Sinnvoll messbar wird das auch eher nicht. Ich überlege noch, wo ich das Skript dazu habe, wie es genau ging, will mir gerade nicht mehr einfallen. Es ging jedenfalls irgendwie mit viel Kräftepfeilmagie.

Die "JFET-Feldmühle" hat einen theoretischen Haken: Ersetzen wir den JFET mal durch einen ganz banalen schalter.
Wir haben also ein hypothetisches System aus 4 Platten:

1. Feld"quelle"
2. Schirmblech
3. Messblech
4. Masse

Wenn wir jetzt das Feld anlegen, lädt sich das Schirmblech auf und auch das darunter befindliche Messblech.
Wenn ich jetzt das Schirmblech auf Masse lege (über meinen Schalter), entlade ich diese Platte. Unterhalb dieser Platte passiert etwas (ich glaube, die Spannung geht auf Null, bin mir aber gerade nicht sicher). Nach kurzer Zeit geht der Strom durch den Schalter auf 0. Wenn ich den Schalter jetzt wieder öffne, passiert ... nichts, denn es fließt ja kein Strom, das System ist eingeschwungen.
Wenn das Ding wirklich so funktioniert, muss da irgendwo ein Effekt lauern, den mindestens ich nicht verstanden habe.

[Rumgucker]

Moin ferdimh, moin Forum,

meine momentanen Aufbauten arbeiten nach dem uralten Prinzip der Ladungstrennung im Feld:

(Wikipedia)

Während der Influenz sind die Elektroden also potentialgleich und haben keine Energie gespeichert. Nach der Influenz und galvanischen Trennung sind sie geladen. Diese Energie kann nur aus dem Feld stammen.

Dieser Trick wird im Elektrophor und in allen Influenzmaschinen genutzt. Zusätzlich nutzen diese Vorrichtungen noch einen zweiten Trick. Damit wird die Energie durch das Auseeinanderziehen der Kondensatorplatten vergrößert.

Diesen zweiten Trick nutze ich nicht. Ich mache lediglich Ladungstrennung im Feld wie gezeigt.

Auch die Feldmühle nutzt diesen zweiten Trick nicht. Auch wenn sich da 1000-mal was bewegt und man deswegen glaubt, dass das das Wirkprinzip der auseinander gezogenen Kondensatorplatten ist. Aber das geht nur mit isolierten Elektroden, die bei der Feldmühle nicht vorliegen.

--------------

Meine heutige Messschaltung wird so aussehen:

Das Feld liegt an. Per SMPL-Relais sind beide Elektroden verbunden. Influenz findet statt. Dann wird SMPL getrennt und die Elektrodenladung nach C1 mit dem Relais STR umgeladen. Nach und nach lädt sich der große C1 auf die Influenzspannung der Elektroden auf.
Irgendwann hat er so viel Energie gesammelt, dass ich ihn auf den (vergleichsweise niederohmigen) AD-Wandler mit dem Relais AD_CON schalten kann. Der Controller wandelt flugs die zusammenbrechende C1-Spannung und fertig.

Meine gestrigen Versuche mit dem OPV gingen in die Hose. Ich brauche viele zig Sekunden, bis ich C1 ausreichend geladen hab. In dieser Zeit driftete der OPV zu stark, um Messwerte gewinnen zu können. Die Controller PWM driftet dagegen nicht, selbst wenn C1 nur einmal in der Minute einen neuen Messwert liefern kann.

Viele Grüße

Wolfgang

[duese]

Dass im oben verlinkten Plattenversuch die Energie aus dem mechanischen auseinanderziehen der Platten stammt, ist unstrittig, oder?

Jetzt denken wir uns mal einen großen Plattenkondensator. In die untere, geerdete Platte schneiden wir ein Loch und platzieren dahinter eine weitere Platte (Messelektrode) die erstmal ebenfalls geerdet (aus makroskopischer Sicht also einfach ein Teil der unteren Platte ist). Hinter der Messelektrode kommt wieder Erdpotential

Jetzt legen wir Spannung an den Plattenkondensator. Nachdem die Influenz stattgefunden hat fließt nirgendwo mehr Strom, alles eingeschwungen, stationär.

Jetzt schalten wir einen Messshunt in die Erdleitung der kleinen Platte. Es wird immer noch nichts passieren. Alle Elektronen bleiben wo sie sind, nichts zu messen.

Jetzt ziehen wir die Messelektrode vom Messfenster weg komplett hinter die untere Platte.

Aus Sicht des Feldes im großen Kondensator hat sich erstmal nix geändert. Der sieht an der unteren Platte immer noch nur Erdpotential.

Aber aus der Messelektrode wird ein Strom durch den Messshunt fließen dahin fließen, wo vorher die Messelektrode war. Auch hier kann doch die Energie nur mehr aus der mechanischen Bewegung kommen. Aus Sicht des Feldes hat sich ja nix geändert und auch in oder aus der oberen Plattenelektrode ist kein Strom geflossen, also kein Energieeintrag in den großen Kondensator.

An den Vorgängen ändert sich auch nix, wenn wir die Messelektrode still stehen lassen und das Messfenster mit einer geerdeten Platte abdecken. Und damit sind wir wieder beim klassischen Aufbau der Feldmühle.

[duese]

So, der obige Post war vom Handy aus der S-Bahn, jetzt am PC kann ich nochmal ein bisschen was nachliefern.

Dieser Trick wird im Elektrophor und in allen Influenzmaschinen genutzt. Zusätzlich nutzen diese Vorrichtungen noch einen zweiten Trick. Damit wird die Energie durch das Auseeinanderziehen der Kondensatorplatten vergrößert.

Die Energie wird aber eben nicht mit einem zweiten Trick vergrößert sondern erst da in die Ladungen eingebracht.

Selbiges gilt übrigens auch für die so genannte Reibungselektrizität (wenn ich mich am Teppich auflade):
- Die eigentliche Verteilung von positiven und negativen Ladungen passiert bei der Berührung (Triboelektrizität/Kontaktelektrizität). Dafür braucht es eigentlich keine Bewegung.
- Die Reibung sorgt dafür, dass mehr Oberfläche in molekularen Kontakt kommt und der Ladungsträgerübergang nur dann klappt.
- Erst wenn ich die vormals berührenden Oberflächen trenne und weiter auseinanderziehe, statte ich die Ladungen mit Signifikante viel Energie aus, die wiederum aus der mechanischen Bewegung kommt.

Auch die Feldmühle nutzt diesen zweiten Trick nicht. Auch wenn sich da 1000-mal was bewegt und man deswegen glaubt, dass das das Wirkprinzip der auseinander gezogenen Kondensatorplatten ist. Aber das geht nur mit isolierten Elektroden, die bei der Feldmühle nicht vorliegen.

Das geht eben auch bei nicht isolierten Elektroden, nur dass eben dann ein Strom fließt (im obigen Fall durch den Messshunt) und anschließen die Ladung ausgeglichen ist. Ist aber auch gut so, denn ich will ja was messen und dazu brauch ich den Strom.

Warum sollte es auch nicht gehen. Wenn ich Isolierte Elektroden habe und die nach der Bewegung verbinde fließt ein Strom. Wenn die schon bei der Bewegung verbunden sind, fließt der Strom schon während der Bewegung.

Wenn die Verbindung der Platten ideal niederohmig ist, dann wird dabei keine Energie umgesetzt und ich werde auch keine Kraft beim auseinanderziehen spüren, weil sich alles gleich ausgleichen kann. Wenn in der Verbindung aber ein Widerstand ist, fällt an dem beim Stromfluss eine Spannung ab und damit wird Leistung umgesetzt, die irgendwo her kommen muss und die kommt eben aus der Bewegung, bei der ich dann auch eine Kraft spüre.

[Bastelbruder]

Die Art der Bewegung bei der Feldmühle ist auf den ersten Blick ein Zerschneiden des Felds. Auf den zweiten Blick - wenn man das Detail Flügelkante und den um die Kante gebogenen Feldlinienverlauf betrachtet - wird daraus wieder eine Bewegung längs zum Feld.

Die Schaltung meiner Mühle hatte ich wohl bloß im Kopf, also kurz abgepinselt. Meßwerte vielleicht morgen Mittag.

[Rumgucker]

Moin duese,

Dass im oben verlinkten Plattenversuch die Energie aus dem mechanischen auseinanderziehen der Platten stammt, ist unstrittig, oder?

Die Energie der initiale Ladungstrennung während der Influenz stammt aus dem Feld. Das scheint strittig zu sein.

Zusätzlich kann man dann noch die Platten auseinanderziehen, um die Energie weiter zu erhöhen. Das ist allseits unstrittig.

Und damit sind wir wieder beim klassischen Aufbau der Feldmühle.

Ja. Sehr überzeugend dargestellt. Danke!

Trotzdem bleibt es sonderbar, dass meine solid-state-Feldmühle und die hcrs-Motormühle die gleichen Elektrodenwechselspannungen produzieren.

Naja....vielleicht hab ich mich nur vermessen.

Gleiche Spannungen wären aber ganz leicht erklärlich, wenn man sich erkennt, dass bei beiden Feldmühlen die Feldspannung einmal um die Messelektrode herum abgeleitet wird (faradayscher Käfig) und im nächsten Takt auf die Elektrode einwirken kann.

Aber wie gesagt: im Moment bin ich von der Feldmühle gedanklich weit weg. Deren SR-Abstand erscheint mir bedenklich.

Die Energie wird aber eben nicht mit einem zweiten Trick vergrößert sondern erst da in die Ladungen eingebracht.

Nein. Das Auseinanderuiehen ungeladener Kondensatorplatten bewirkt keine Energiesteigerung. Dieser "zweite Trick" funktioniert nur, wenn schon eine Initialladung vorhanden ist. Dann erhöht die mechanische Energie die elektrische Energie.

Anyway. Theoriediskussionen sind letztlich bedeutungslos. Entscheidend ist die Praxis. Ich will mehr Spannung aus den Sensoren. Letztlich soll mir das auch egal sein, ob es sich um "freie Energie" oder Voodoo handelt. Sobald ich was in der Hand hab, können wir dann immer noch überlegen, woher es stammt. Und wenn es mir nicht gelingt, so muss ich halt noch was lernen, was ich zur Zeit noch nicht ganz begriffen hab. So oder so können wir nur (Erkenntnisse) gewinnen.


Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo Bastelbruder,

vielen Dank für Deine Schaltung. Sehr interessant. Aber irgendwas kommt mir bei Deinem Synchrongleichrichter komisch vor.

Wenn S1 und S4 geschlossen sind, hast Du ne "-1"-Verstärkung.

Wenn aber S2 und S3 geschlossen sind, hast Du ne "+2"-Verstärkung.

Man müsste S3 einfach nur weglassen, wenn ich mich nicht vergrübelt hab.

Viele Grüße

Wolfgang

[duese]

Nein. Das Auseinanderuiehen der ungeladener Kondensatorplatten bewirkt keine Energiesteigerung. Dieser "zweite Trick" funktioniert nur, wenn schon eine Initialladung vorhanden ist.

Richtig. Ich kann Energie in das System der getrennten Ladungen nur einbringen, wenn Ladungen da sind. Dafür muss aber noch nicht zwangsläufig Energie in der Anordnung der Ladungen stecken.

Wenn ich polare Moleküle im einem Feld ausrichte (also ein Feld anlege und die Moleküle drehen), dann muss ich evtl. Energie aufwenden, weil die Drehung reibungsbehaftet ist. Die Energie ist nachher aber nicht in der Orientierung der Moleküle gespeichert sondern per Wärme aus der Anordnung entfleucht.

So kann man es sich mit den Ladungen in den zwei sich berührenden Platten, die ich in ein Feld einbringe auch vorstellen.

Negative und positive Ladungsträger (ich weiß im Metall sind es einfach mehr oder weniger Elektronen die wandern, aber für die Vorstellung sollte es passen) sind mit einer Feder verbunden. Ich hab also ein Hantelförmiges Gebilde. Diese Hanteln sind in zufälliger Orientierung im Metall verteilt. Ich lege jetzt ein Feld an und die Hanteln drehen sich entsprechend des Feldes. Noch sind Sie aber nicht gespannt, haben also noch keine Energie aufgenommen.

Erst wenn ich die Platten auseinander ziehe wird Energie gespeichert.

[Weisskeinen]

Anyway. Theoriediskussionen sind letztlich bedeutungslos. Entscheidend ist die Praxis. Ich will mehr Spannung aus den Sensoren.

Ähhhmmmm, nööö. Oder zumindest Jein. Denn wenn man nicht verstanden hat, was man macht und was man machen müsste, ist das tappen im Dunkeln. Ist manchmal auch ganz nett und manchmal geht's auch nicht anders, aber komplett ignorieren sollte man die Theorie dann doch nicht. Sonst begibt man sich auf irrige Pfade. (Es ist erschreckend, wie viele Kollegen hier im Institut (wissenschaftliches Forschungsinstitut) der Homöopathie vertrauen und der eine Wirkung zusprechen oder sogar noch abstruserer Schwurbelscheiße anhängen, die nicht nur der Theorie sondern auch der nachprüfbaren Praxis widerspricht. Richtig Gruselig. Aber das ist ein anderes Thema.)
Dueses Beispiel mit der Molekülausrichtung im Feld, deren Energie aus der thermischen Energie kommt, wird übrigens bei der magnetischen Kühlung (https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_K%C3%BChlung) verwendet (sinngemäß). Und das Beispiel der Permanentmagneten, aus deren Feld sich auch keine Energie entnehmen lässt (sonst gäbe es schon Perpetuum Mobilees) kann man auch auf elektrische Felder übertragen. Wenn ich aus dem elektrsichen Feld zwischen zwei geladenen Platten Energie entnehmen könnte, könnte ich das ja beliebig oft machen, weil sich an der Ladung der Platten selbst nichts ändert, solange ich die schön isoliert halte. Da das sämtlichen physikalischen Erkenntnissen widerspricht, muss die Energie von irgendeinem Vorgang in einem Feld von irgendwas anderem kommen, also auch wieder aus der thermischen Energie, einer Bewegung oder sonst was. Aber nicht aus dem Feld selbst. Sonst könnte man schon wieder so ein schönes Perpetuum Mobile bauen.

[Bastelbruder]

Den Fehler muß ich mir nochmal genau ansehen, ich will das nicht ausschließen. Vielleicht hab ich beim Abpinseln auch beschissen, spätestens mit der Messung wissen wir's genau.
Irgendwann ist mir auch gekommen daß tatsächlich ein einziger Schalter vom Plus-Eingang nach Masse ausreicht, um die 180° Phasenumkehr zu realisieren.

Die Mühle hab ich in relativer Hektik schnell zusammengepfuscht um die Wirksamkeit diverser ionisierender Statikvernichter testen zu können, dafür war die super nachdem die Motorwelle geerdet war. Auch die Austrittsarbeit unterschiedlicher Metalloberflächen konnte ich dann messen. Viel später habe ich noch einen Aufsatz mit einer Gegenelektrode gefeilt, um tatsächlich ekelige Spannungen diverser ungewollt geladener Objekte statisch messen zu können.

[Rumgucker]

Hallo Jungs,

ich strahle gerade wie ein Honigkuchenpferd

Es ist gelungen!

Schaltbild:

Vor irgendwelchen Messungen hab ich mir die Drift bei irgendeiner gespeicherter Spannung zwischen 0V und +5V und offenen Klemmen angeguckt. Wenige Millivolt pro Minute! Die Verstärkung der AD-Wandlers und der PWM-Bildung beträgt exakt "1". Wenn man also 2.5V an die Elektroden anlegt, gibt die PWM auch 2.5V raus.


Zeigeranzeige ohne angelegtes Feld:

Zeigeranzeige (knapp 1V) mit angelegtem 5kV/m-Feld (mit 1.5mm Platinendicke gemessen):

Source:

efeld.txt

(2.25 KiB) 28-mal heruntergeladen

Bei Anfrage gerne auch als HEX-Datei zum direkten Brennen des 12F675.

Die Kuh ist vom Eis. Wir haben ein praktisch stromfreies Voltmeter erschaffen, was Feldspannung direkt messen kann. Statt der erhofften "5V" kommt knapp "1V" raus. Aber das ist vermutlich der schlechten Isolation des Steckbrettaufbaus geschuldet. Und das Timing der Software ist noch nicht optimiert.

Ich hab nun Oberwasser!

Viele Grüße

Wolfgang (der Influenzversteher)

[Weisskeinen]

Schön, dass es funktioniert. Eine Anmerkung hätte ich noch: der 1nF-Kondensator wäre mir ehrlich gesagt bei 120pF Samplig-and-Hold-Kapazität im µC etwas knapp. Da dürften sich schon deutliche Messfehler zeigen (>10%!). Vielleicht funktioniert das ja auch noch mit einem größeren Kondensator gut (genug)?

[Rumgucker]

Hallo Weisskeinen,

vielen Dank für den Hinweis. Das gibt wegen der Ladungsverteilung nur einen konstanten Minderbefund von rund 10%. Ich habs notiert. Mit C1 muss ich aber etwas aufpassen. Wenn er zu groß wird, brauchen die Elektroden zu viele Zyklen, um seine Spannung in erträglicher Zeit hochzupumpen. Überhaupt muss ich mal etwas rumrechnen. Elektrodenkapazität vs. C1 etc.

BTW:
1. ich habe die Feldrichtung im Schaltbild falsch herum gezeichnet.
2. Meine Vorrichtung kann zur Zeit nur eine Feldrichtung messen.
3. die Relais sind "Meder SIL05-1A72-71D". Die sind schön billig und klein.

hcrs schreibt übrigens:

Das Messen der elektrischen Feldstärke ist grundsätzlich sehr einfach. Da diese als Volt pro Meter definiert ist, reicht es prinzipiell aus, eine Spannungsmessung an zwei, in einem definierten Abstand befindlichen Elektroden vorzunehmen, um die Feldstärke berechnen zu können. Das Problem dabei ist, dass fast alle Voltmeter einen gewissen Strom für die Anzeige benötigen.

Der Satz stimmt. Aber DAS Problem ist mit der gezeigten Schaltung deutlich gemindert. Reedrelais isoliert vollständig. Halbleiter nur halb.

Viele Grüße

Wolfgang

[Automator]

Zum Thema Ladungstrennung: Die Messplatten sehen doch so aus, oder?

Die Ladungen trennen sich doch nicht auf die obere und untere Platte, nur weil der Schalter außerhalb des Feldes geschlossen wird, oder?

[Rumgucker]

Hallo Bastelbruder,

jetzt finde ich endlich mal etwas Zeit zum entspannten Cyber-Klönschnack....

Irgendwann ist mir auch gekommen daß tatsächlich ein einziger Schalter vom Plus-Eingang nach Masse ausreicht, um die 180° Phasenumkehr zu realisieren.

Ja. Das erinnert mich dann an eine Allpass-Schaltung. Sollte gehen.

Die Mühle hab ich in relativer Hektik schnell zusammengepfuscht

Ich fand Deine Schirmung vorbildlich. Alles sehr kompakt. Vermutlich hast Du deswegen auch keinen Stress mit Störungen gehabt.

Besonders interessant finde ich Dein dynamisches Eingansgwiderstands-Bootstrapping. Dadurch erscheint Dein Shunt viel hochohmiger und Du bekommst gleich Verstärkung in der ersten Stufe und nicht erst im Nachhinein wie hcrs. Das ist signaltechnisch günstig.

Deine Elektrodenspannung nähert sich also meinem heutigen - weitgehend kapazitiven - Messgerät.

Andererseits verstärkst Du aber auch das Netzbrummen mit. Du und hrcs leben vom Differenzverstärker. Um dessen Gleichgewicht zu stören, sollte allerdings schon ein kleiner Streukapazitäten-Unterschied ausreichen.

Und dann geschieht unweigerlich etwas sehr hässliches: Deine Motordrehzahl ist in der gleichen Größenordnung wie die Netzfrequenz. Du kannst dann schwer unterscheiden, ob Du feldbedingten Wechselstrom oder kapazitiv eingeschlepptes Brummen siehst.

Wenn sich die Motordrehzahl ausreichend vom Brummen unterscheidet, gibt es allerdings relativ hochfrequente Schwebungen, die Dein nachfolgendes Messgerät ausmittelt.

Ich finde es grandios, wenn Du trotzdem damit so tolle Messungen gemacht hast. Das ist ein Beweis, dass Du eben keinen Pfusch gebaut hast.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo Automator,

Zum Thema Ladungstrennung: Die Messplatten sehen doch so aus, oder?feld0815.jpg
Die Ladungen trennen sich doch nicht auf die obere und untere Platte, nur weil der Schalter außerhalb des Feldes geschlossen wird, oder?

m.E. spielt es keine Rolle, ob der Schalter sich innerhalb oder außerhalb des Feldes befindet. Wenn der Schalter geschlossen ist, können freie Elektronen fließen und sich so dem anliegenden Feld entgegen stemmen. Sobald der Schalter geöffnet wurde, sind die Elektronen gefangen und können als feldabhängige Ladung gemessen werden.

Aber ich bin nicht der große Theoretiker hier im Thread. Ich hab mir nur für meinen Hausgebrauch eine Theorie zusammengeschustert, die objektiv falsch sein kann. Die mich aber trotzdem zu einer Vorrichtung geführt hat, die zwei Dekaden mehr Nutzspannung liefert als meine pn- und Feldmühlenbversuche und somit schon fast das theoretische Spannungsmaximum anzeigt.

Viel mehr weiß ich eigentlich auch nicht...

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo Forum,

ich hab mal den von Weisskeinen empfohlenen 10nF-Kondi eingesetzt. Keine merkliche Änderungen. Aber ich musste die Timings anpassen. Gefällt mir aber soweit gut, wenn er nur nicht so groß wäre.

Erste Feldabstandsmessungen hab ich schon gemacht. Aber es scheint nicht linear anzuzeigen. Eher quadratisch. Vermutlich ist mein Feld eher kugelförmig.

Es fühlt sich unverändert sehr gut an. Ich bin allerbester Hoffnung, dieses WE endlich sowas ähnliches wie eine Eichkurve hinzubekommen.....

Viele Grüße

Wolfgang

[Bastelbruder]

1) Die Feldmühle ist bestimmungsgemäß für Feldstärken im Bereich "Killervolt pro Meter" bestimmt.
2) Um messen zu können darf das Feld durch Einbringung des Meßgeräts nicht nennenswert verzerrt werden.
3) Praktischerweise verwendet man Strecken deutlich unter einem Meter zur Kalibrierung.

Beispiel: Ich habe eine Mühle die maximal 5 kV/m messen soll. Bei 10 cm Abstand sind das noch 500 Volt, in einem "Kondensator" mit 10 cm Plattenabstand läßt sich solch ein Sensor in der Praxis auch wunderbar kalibrieren. Blöh(!)derweise hat irgendein Depp die Mühle nicht mit Erde sondern mit Atomstrom-L verbunden, es tritt in den 10 cm also eine 50Hz-Störkomponente mit 2,3 KVeff / 3,25 kVss auf, die unabhängig von Interferenzen mit der Flügeldrehzahl spätestens am Ausgangs-Tiefpaßfilter ins Jenseits befördert wird.
Dieser brutale Fehler dürfte in der Praxis nicht auftreten, ich behaupte deshalb: Netzbrumm ist vollkommen irrelevant!

Zu meiner Eingangssschaltung: Da ist keine Verstärkung, die Spannung an den Sektorplatten wird 1:1 an den Addierer durchgereicht. Lediglich die 10Meg-Eingangsimpedanz wird um gut eine Zehnerpotenz nach oben transformiert und der Widerstand dadurch irrelevant.

Ich habe Fläche und Kapazität (incl. Zusatzkapazität) der Flügel gemessen und denke, daraus die Spannung berechnen zu können noch bevor morgen die erste Messung veranstaltet wird. Zur Kalibrierung der Mühle wird diese üblicherweise in ein Loch der "unteren" Kondensatorplatte versenkt, so daß die Mitte zwischen Flügel und Propeller in einer Ebene mit der Kondensatorplatte ist. (Um vorhersehbare Fehler durch Feldverzerrung zu minimieren, habe ich von Anfang auf möglichst flache Ausführung der ganzen Mimik geachtet, 13 mm sind es geworden ) Die Feldlinien zwischen den Kondensatorplatten dürfen somit als parallel betrachtet werden, was die folgende Berechnung erleichtert. Ein Plattenkondensator mit 10 cm Luftdielektrikum und 15,8 / 2 = 7,9 cm² Plattenfläche hat laut RFSim99 140,8 fF (Femtofarad), bei 500 Volt an der oberen Platte (5kV/m) sollte an den Sektorpaaren eine Wechselspannung von 500 V / 33p x 140 f = 2,1 Vss entstehen. Vermutlich ist der Ausgang des Synchrongleichrichters dann schon übersteuert.

Heute habe ich etwas Trollinger-Überschuß, wenn der abgebaut ist baue ich das mal zusammen. Auch ich bin neugierig wie gut meine Theorie funktioniert.

[Name vergessen]

Falls sich bewahrheitet, dass die "unbewegte Feldmühle" funktioniert, dann muss die Energie aus anderer Quelle stammen, um der Energieerhaltung zu genügen. Das ist ja auch wünschenswert, da das Feld ja möglichst gar nicht verändert werden soll. Kann es nicht sein, dass dies im Reed-Relais passiert, das durch den Schaltvorgang ja mechanische Energie liefern kann? Also z.B. dadurch, dass die gespeicherten, getrennten Elektronen das Schließen (und / oder Öffnen) der Kontakte erschweren, wodurch letztlich die Energie für deren Trennung durch die Relais-Spule eingebracht wird?

[Rumgucker]

Moin Bastelbruder,

ich behaupte deshalb: Netzbrumm ist vollkommen irrelevant!

Wenn Du zwei Platten mit 33pF Kapazität mal mit dem Eingang Deines Oszis mit 10Megohm Eingangswiderstand verbindest und in die Luft baumelst, dann relativiert sich "vollkommen irrelevant".

Zu meiner Eingangssschaltung: Da ist keine Verstärkung, die Spannung an den Sektorplatten wird 1:1 an den Addierer durchgereicht.

Wenn Deine Elektroden eine eingeprägte Spannung liefern, hättest Du recht. Ist aber nicht so. Wenn Dein Oszi den 10-fachen Eingangswiderstand hat, misst Du auch die 10-fache Spannung.

Ein Plattenkondensator mit 10 cm Luftdielektrikum und 15,8 / 2 = 7,9 cm² Plattenfläche hat laut RFSim99 140,8 fF (Femtofarad), bei 500 Volt an der oberen Platte (5kV/m) sollte an den Sektorpaaren eine Wechselspannung von 500 V / 33p x 140 f = 2,1 Vss entstehen. Vermutlich ist der Ausgang des Synchrongleichrichters dann schon übersteuert.

So ganz verstehe ich Deine Rechnung nicht. Du berechnest einen kapazitiven Spannungsteiler. Wir haben aber kein Wechselfeld von 500Vss sondern ein statisches Gleichfeld von 500V.

Auch ich bin neugierig wie gut meine Theorie funktioniert.

Ich wäre neugieriger, ob Dein Gerät bei 10 Megohm das gleiche Nutzsignal wie hcrs, meine pn-Verbindung und meine solid-state-Mühle produziert. Entweder dadurch, dass Du nen 10 Megohm parallel zu den Elektroden einsetzt oder dadurch, dass wir zurückrechnen.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Moin "Name vergessen",

Falls sich bewahrheitet, dass die "unbewegte Feldmühle" funktioniert,

So ganz unbeweglich sind meine Relais aber nicht...

Das ist ja auch wünschenswert, da das Feld ja möglichst gar nicht verändert werden soll.

Das Thema "Feldpflege" ist m.E. völlig überbewertet.

Wenn ich einen Materieblock in ein Feld stelle, dann passieren grundsätzlich und unvermeidlich ganz schreckliche Dinge mit dem Feld. In allen Feldmessgeräten werden letztlich Ladungen verschoben. Die dazu benötigte Kraft kommt aus dem Feld und bewirkt Feldverbiegungen.

Auch eine Verkleinerung des Materieblocks hilft nicht. Zwar wird das gesamte Feld weniger verbogen. Aber in dem Einzugsbereich unseres Sensors ist alles wie gehabt. Ein materieller Sensor misst also immer in einem lokal verbogenen Feld.

Na und?

Viele Grüße

Wolfgang

[Fritzler]

Das wird ja immer besser bei der Funktionalität.
Feldtheorie ist jetzt nicht so mein Gebiet, daher hab ich erstmal nur ne Weile hier mitgelesen.

Aber zum ADC kann ich jetz was sagen
Wenn der Ausgang deiner Messanordnung jetzt nur borderline stark genug ist einen ADC Eingang zu treiben, dann schalt doch noch einen JFET Opamp davor.
Die haben Eingangsströme im nA Bereich.
Weiterhin kannste mit dem noch etwas verstärken um den Eingangsbereich des ADC besser auszunutzen.

Wir wollen hier ja nicht im Bitrauschen schätzen, sondern messen.

[Bastelbruder]

Da kommt mir noch was. Das magnetische Feld verhält sich analog zum elektrischen. Definiert meßbar ist die Energie aus einer das Magnetfeld umgebenden Leiterschleife beim Verlassen (und Eintritt) in selbiges. Eine Drehung um 90° ist äquivalent, eine Drehung um (mehr als) 360° mit Integration und (synchroner) Gleichrichtung praxisgerecht. Jeder Bauer weiß daß man dem Feld ohne Einsatz von Energie (= Arbeit) nichts entnehmen kann (ich meine den Agrarier). Das magnetische Feld läßt sich aber mittels Feldplatten und Hall-Sensoren vollkommen statisch detektieren, zumindest seine ungefähre Größe. Jetzt müssen wir bloß noch das elektrische Äquivalent erfinden. Was sich ebenfalls messen läßt ist die gegenseitige Anziehungskraft der beiden Kondensatorplatten oder Magnetpole.

Zurück zur Aufgabe:
Um das Feld (und damit seine zu messende "Stärke") nicht zu stören und einen parallelen Feldlinienverlauf ohne Randeffekte sicherzustellen, gibt es einen simplen Trick. Das Meßgerät muß verschwindend klein sein. Ich störe mich nicht am vorhersehbar vielleicht 20%igen Fehler, deshalb erlaube ich mir in dieser Größenordnung zu bescheißen pfuschen.

Die Relevanz des oben beschriebenen GAU in Form der falschen Erdungsmaßnahme ist tatsächlich null, erstens ist die dadurch verursachte Störung größenmäßig innerhalb des (hoffentlich) linearen Meßbereichs, zweitens sind Brummspannungen dieser Größenordnung wirklich nicht üblich. Ein Audioverstärker würde angesichts einer Brummspannung von 100 V/m von der Klippe springen. Vergiß' den Brumm einfach!

Natürlich ist das zu detektierende Feld / die zu messende Feldstärke nicht Bestandteil eines Kondensators - oder etwa doch? Wie, nochmal, wird die Mühle kalibriert?
Es ist also doch ein Kondensator.

Dessen untere Platte verbinde ich mit Erde / Masse oder so, die Platte am Meßgerät nenne ich im Folgenden "Sektor", das Mühlenrad "Flügel".

Ich habe weiter oben versucht, die Spannungsverhältnisse bei der Mühle zu berechnen. Fakt ist, daß die Feldstärke über und unter einer ideal dünnen in das Feld eingebrachten und nirgends angeschlossenen Platte (Sektor) weiter die ursprüngliche Feldstärke ist. Die im zu messenden (Kalibrier-) Kondensator gespeicherte Energie teilt sich entsprechend den Plattenabständen der zwei neuen Kondensatoren. Daran ändert sich auch nichts wenn ich den Kondensator unter dem Sektor durch ein anderes Modell gleicher Kapazität ersetze. Den unteren Kondensator aus Luft, Epoxy, Keramik und Silizium habe ich gemessen mit ca. 33 pF, den oberen ausgerechnet mit bekannten Formeln, die natürlich bloß dann genau sind wenn Randeffekte (s.o.) ausgeschlossen werden. Vergessen habe ich tatsächlich die Kapazitätsveränderung Sektor - Masse wenn sich der Flügel bewegt, der Fehler ist aber relativ gering.

Dann entlade ich den unteren Kondensator per (gebootstraptem) Ableitwiderstand, der ist wirklich nur für die ordentliche Funktiom des Verstärkers notwendig.

Wenn ich jetzt den geerdeten Flügel hinein- und heraus bewege, ändert sich die Feldstärke oberhalb des Flügels (fast) nicht, zwischen Flügel und Sektor tritt aber die Differenz der zu messenden Feldstärke und Null (Flügelspannung) als Wechselstrom auf. Dieser Strom bewirkt an der Kapazität Sektor - Erde eine Wechselspannung, die hochohmig gemessen wird. Zur Abschwächung (Meßbereichsumschaltung) können weitere Kondensatoren der Sektorkapazität parallel geschaltet werden.

Alle mir bekannten Amateurmühlen und die Wikipediamühle besitzen parallel zu dieser dort ungenannten Kapazität einen völlig krampfhaften, viel zu kleinen "Arbeitswiderstand" der allein die Abhängigkeit der Meßspannung von der Flügeldrehzahl begründet.

[Rumgucker]

...dann schalt doch noch einen JFET Opamp davor.
Die haben Eingangsströme im nA Bereich.

Moin Fritzler,

ich habe 10nF und 1V Messspannung und Du schlägst Restströme von I=5nA vor. Ich würde 0.1V Schwund hinnehmen. Mal maximale Messzeit ausrechnen, die mir dann verbleibt....

C = Q / U = I x t / U, also t = C x U / I

C = 10nF = 10 E-9 F
I = 5nA = 5 E-9 A
U = 0.1 V

t = 10 E-9 F x 0.1 V / 5 E-9 A = 200 ms

Meine Messzeit beträgt aber mindestens 1, besser 10 Sekunden. Aus diesem Grunde kommen mir keine Halbleiter an meinen C1 ran. Außer während der kurzen Zeit der AD-Wandlung. Ansonsten nur Luft, etwas Plastik und Reedkontakt-Glas.

Viele Grüße

Wolfgang