Feldmessungen

[Rumgucker]

Hallo Bastelbruder,

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.

Das Elektrometer, Fadenvoltmeter usw. ist aber schon erfunden. Alles statische Messgeräte. Aber sowohl diese Geräte als auch die magnetischen Sensoren verbiegen das Feld. Sie entnehmen dem Feld keine Leistung. Sehr wohl aber Kraft.

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.

Das hatte ich schon geschrieben. Dadurch wird das Gesamtfeld weniger gestört. Da freut sich das Feld bestehend aus 1 Milliarde Feldlinien drüber. Der Winz-Sensor hat davon aber nichts. Statt 1000 Feldlinien misst er nun halt 10. Und die verbiegt er wie zuvor die 1000. Man hat den Sensor verkleinert und das SR-Verhältnis verschlechtert.

Vergiß' den Brumm einfach!

Am 10 Megohm Shunt in Reihe mit zwei Feldplatten ist es zum Vergessen. Bei noch höherohmigen Shunts zum Würgen. Aber irgendwann gibts ein Maximum. Wie es der kapazitive Spannungsteiler (Streukapazität zwischen Netzleitung und Sensor und Sensorkapazität) halt vorgibt.

Wie, nochmal, wird die Mühle kalibriert?
Es ist also doch ein Kondensator.

Ein Kondensator an Gleichspannung halt. Fließt weder Gleich- noch Wechselstrom durch.

Alle mir bekannten Amateurmühlen und die Wikipediamühle besitzen parallel zu dieser dort ungenannten Kapazität einen völlig krampfhaften, viel zu kleinen "Arbeitswiderstand"...

Ich finde Deine Idee wirklich geil.

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Ich habe mir eben einen anständigen Messplatz zusammengesetzt. Einfach drei gleich große Metallplatten mit 5mm Abstandsröllchen und Wäscheklammern zusammengeklemmt. Mit Absicht nehme ich Luft als Isolator und nicht mehr Platinenmaterial. Aber ich muss sofort wieder die Software umarbeiten.

Wenn ich zwischen der oberen und unteren Platte 10V einspeise, so soll das Messgerät zwischen der mittleren und der unteren Platte 5V anzeigen. Speise ich oben 5V ein, soll es 2.5V anzeigen. Wenn es das kann, gibts ne Eichkurve (Kennlinienschreiber steht schon bereit). Wenn es das nicht kann, ist es Schrott.

Genauso kann man auch Deine Feldmühle testen. Du setzt einfach eine Metallplatte mit Abstandshaltern auf Deine Dose und verbindest Dose und Metallplatte mit einem Niedervoltnetzteil.

Du kannst sogar noch das angelegte Feld umpolen, was mein Controller zur Zeit noch nicht hinbekommt. Vier Messwerte pro Polarität genügen und sind ja schnell in Excel eingetragen.

Günstigerweise schirmt die gespeiste Platte auch das Netzbrummen weitgehend ab. Ob das Messgerät später also wirklich praxistauglich ist, ist mit der Eichkurve allein noch nicht bewiesen.

Viele Grüße

Wolfgang

[ferdimh]

Das hatte ich schon geschrieben. Dadurch wird das Gesamtfeld weniger gestört. Da freut sich das Feld bestehend aus 1 Milliarde Feldlinien drüber. Der Winz-Sensor hat davon aber nichts. Statt 1000 Feldlinien misst er nun halt 10. Und die verbiegt er wie zuvor die 1000. Man hat den Sensor verkleinert und das SR-Verhältnis verschlechtert.

Nur hat der Raum 3 Dimensionen.
Wenn nun die Feldmühle auf einem flachen leitenden Stück aufliegt (ansonsten ist die Messung sowieso schwer unzulässig!) bringt eine Minimierung der Größe (und zwar der BauHÖHE) durchaus etwas. Eine Minimierung der Fläche erscheint mir unzweckmäßig (ist aber, soweit ich das sehe, auch nicht passiert).

[Rumgucker]

Hallo,

eigentlich wollte ich heute noch eins meiner drei Relais rauskürzen und die Eichkurve mit dem 2-Elektroden-System machen.

Und nun ist das daraus geworden....

Warum tu ich so?

Weil ichs kann...

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Moin,

bitte nehmt meine Feldrichtungspfeile in allen Schaltskizzen noch nicht so ernst. Ich kam mit Elektronenstromrichtung und technischem Strom bei der Influenz mehrfach durcheinander. Nach und nach verschmelzen Theorie und Messungen zu einer Einheit....

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

die erste Messreihe ist gelungen. Sogar schon mit positiven und negativen Feldrichtungen und mit lediglich zwei Elektroden und 3 Relais. Aber zeigen tu ich sie noch nicht. Das kann ich besser. Zur Zeit würde ich "halbquantitativ" dazu sagen.

Beispiel: Statt korrekter 10V an den Elektroden seh ich noch 1V und bin weiterhin bei steigenden Feldstärken stark unlinear, obwohl ich nur die Feldspannung verstelle und sonst nichts.

Meine 3-Elektroden/4-Relais-"Forschungsstation" von gestern funktioniert zwar allerbestens (mit der hab ich ja eben gemessen). Aber der zusätzliche Aufwand an Material und Software bringt bisher keinerlei Vorteile. Da stimmt also noch was in meiner Theorie nicht so ganz.

Egal. Es geht voran. Und es macht größten Spaß. Allein schon diese entsetzliche Hochohmigkeit des Reedrelais-Getriebes. Da speist man beispielsweise 2V ein und geht dann in Ruhe auf Klo. Und wenn man zurück kommt, werden da immer noch fast 2V ausgegeben. Obwohl alle 2 Sekunden der AD-Wandler Strom gefressen hat. Und alles brummfrei, stabil und vollständig linear. Bestimmt auch in anderen Projekten verwendbar.

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BTW: "Rotationsvoltmeter" betrachte ich mittlerweile als das, wie sie heißen: Da wird ein Voltmeter mit zwei Elektroden im eFeld rotiert. Weil mal die eine und mal die andere Messelektrode näher an der Anode dran ist, fließen Influenz- und sonstige Wechselströme zwischen den Elektroden. Und das wird gemessen.

Leider spielt dabei nicht nur das eFeld in die Messgröße mit hinein, sondern auch die kapazitiven Effekte. Denn wenn irgendwo in einem statischen Feld Wechselströme bzw. Spannungen rumschwabbeln, misst man automatisch auch Kapazitäten. Es wird also m.E. sehr leicht sein, so eine Feldmühle zu fehlerhaften Feldmessungen zu bringen. Man braucht beispielsweise nur den Abstand zu den felderzeugenden Elektroden zu halbieren und misst eine andere Feldstärke, obwohl man selbstverständlich die Feldspannung entsprechend halbiert hat.

Wahrscheinlich betonte Bastelbruder deswegen auch die Wichtigkeit der Kapazitäten (die in einem rein statisch gemessenen Feld z.B. per Elektrometer ja gar keine Rolle spielen).

Das wäre dann das nächste Experiment: Länge der Distanzröllchen verdoppeln bzw. halbieren, die Feldspannung entsprechend anpassen und dann die Feldstärke neu vermessen. Kommt was anderes bei der Messung raus, ist das Gerät Tonne.

Genug geschwafelt. Ich frickel mal weiter....

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

jetzt hab ichs auf 2 Elektroden, EIN Relais und Unipolar vereinfacht. Geht auch allerbest. Ändert aber nichts wesentliches an den Messwerten. Ich zeigs jetzt doch mal:

Links die erwartete (berechnete) Spannung.

In rot der AD-Wandler inkl. PWM. Gespeist vom verbrummten Sperrstrom (wenige Nanoampere) einer 1N4148, direkt an die Messelektrode angelegt. Also inkl. der ganzen Klappermimik. Auf das Hard- und Software-Getriebe kann man sich also unbedingt verlassen.

In blau die Anzeige der Feldmessung mit den Elektroden. Noch ohne jegliche Tricks in der Software, mit auf nur 100pF drastisch reduzierten C1 und alle 2 Sekunden eine AD-Wandlung. Die Anzeigewerte haben also gewackelt und ich hab mir mit dem Auge den Mittelwert ausgedacht.

Die C1-Reduktion war nötig, weil ich früher mit Platinen Dielektrikum arbeitete und deswegen hochkapazitive Elektroden hatte. Nun verwende ich aber Luftelektroden mit ganz wenigen pF. Ich wollte mich möglichst gut an Bastelbruders Feldmühle annähern. Dass C1 mit dem nachfolgenden AD-Sample-Kondensator im Chip einen Spannungsteiler bewirkt, habe ich mit reingerechnet.

Naja... noch lange nicht perfekt. Aber muss man erstmal besser machen. Und ich schwöre hoch und heilig, dass ich keine Wechselspannung an den Elektroden angelegt hab. Da fließen keine kapazitiven Ströme. Ich seh dem zweiten Versuch mit geänderten Elektrodenabständen völlig gelassen entgegen. Aber zuvor will ich eine "etwas" schönere Messkurve erreichen...

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

so ist also der (minimalistische) Stand der Technik zur Zeit:

Als Sensor müsste auch ne zweiseitig kaschierte Platine gehen. Hab ich aber an dieser Schaltung noch nicht probiert. Meine Luft-Sensorkapazität beträgt zur Zeit 50pF. Die Zuleitung sollte verdrillt sein. Schirm sollte nicht nötig sein.

Die Schaltung ist brummkompensiert und bipolar, kann also Felder in beiden Richtungen messen und ausgeben. Es gibt also ne kleine Streichholzschaltel mit Batterie, die auf das Multimeter aufgesteckt wird.

Wenn die Schaltung die gröbsten Tests übersteht, mach ich ne PDF-Doku fertig, in der auch die Influenz ganz genau erklärt wird. Denn ohne Influenz könnte die Kiste nicht funktionieren.

Es fehlt allerdings noch Software-Feinschliff und Wechselfeldmessung. Aber der PIC hat ja noch ein Beinchen frei...

Viele Grüße

Wolfgang

[ferdimh]

Wahrscheinlich betonte Bastelbruder deswegen auch die Wichtigkeit der Kapazitäten (die in einem rein statisch gemessenen Feld z.B. per Elektrometer ja gar keine Rolle spielen).

In allen diesen Anordnungen geht es um kapazitive Effekte. Die ganze Elektrostatik ist die Welt der Kapazitäten.
Auch die Feldmühle und ihre Derivate sind am Ende kapazitiver Voodoo.

[Rumgucker]

Hallo ferdimh,

warum so defätistisch?

Ein empfindliches Elektrometer mit langer Integrationszeit und ruhenden Elektroden ist m.E. das Ziel. Influenzströme durch Wechselfelder mittelt es über die Integrationszeit aus. Und Gleichfelder stellt es dadurch dar, dass deren Influenzströme nicht ausgemittelt werden.

Der Influenzstrom ist m.E. die erste Ableitung der Feldstärke.

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Während ich diesen Satz schrieb, kam mir die Idee, dass man ja dann auf Relais und Kondensator auch komplett verzichten kann.

Man misst einfach den Influenzstrom zwischen zwei Elektroden per IE-Wandler und integriert dann per PIC. Und dann gibts eine "Tara"-Taste am PIC zum Löschen des Integrators.

Das wird mein heutiges Thema. Relais und Kondi raus. OPV, Widerstand und Tara-Taste rein.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

die Erkenntnis wächst langsam. Aber stetig:

Der Influenzstrom ist m.E. die erste Ableitung der Feldstärke.

Im Umkehrschluss: Integration des Influenzstromes ergibt die Feldstärke.

Das geht auch ganz ohne PIC-Geheimnisse. WENN man gefühlvoll die Drift abgleicht (ich hab nen Grob- und Feinabgleich gebastelt), kann man sogar mit dem LF356 ausreichend gut integrieren:

Der OPV sorgt dafür, dass seine beiden Eingänge immer auf gleichem Potential liegen. Die Sensorplatten arbeiten also auf einen scheinbaren Kurzschluss. Der dort hindurch fließende Strom lädt den Integrationskondensator auf und es erscheint am Ausgang dessen Ladespannung. Die Schaltung besteht also im Kern aus den beiden Platten im Feld, dem OPV und C1. Die Anordnung wird auch "Ladungsmessgerät" [Einheit "As"] genannt, weil es den Strom über die Zeit integriert.

Das nördliche Geraffel der Schaltung stellt lediglich Betriebs- und Offset-Spannungen zur Verfügung.

Die reale Messkurve:

Ich denke, das lässt keine Wünsche mehr offen. Da brummt nix. Da wackelt nix. Bidirektional ist es auch, also Feldrichtungserkennung. Außer, dass die LF356-Drift grottenschlecht auf Nulldrift zu justieren ist. Aber wenn man ein ruhiges Justagehändchen hat, kriegt man das auch hin. Oder man nimmt gleich geeignete OPVs mit Femtoampere Eingangsstrom. Hatte ich aber gerade nicht da.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

wegen Eurer Schweigerei hab ich das Gefühl, dass ich die Sache noch irgendwie besser erklären muss....

Mich erinnert unser eFeld-Integrator an die Kursregelung einer Rakete.

Die haben Beschleunigungssensoren innerhalb der Rakete versteckt. Scheinbar ohne Verbindung zur Außenwelt. Trotzdem weiß der Bordrechner jederzeit ganz genau, wie schnell die Rakete gerade unterwegs ist (und wo sie sich befindet).

Vor dem Start drückt man sozusagen auf die Tara-Taste.

Während des Fluges treten allerlei Beschleunigungen auf. Durch Integration erhält man die momentanen Geschwindigkeiten (und durch nochmalige Integration erhält man sogar die zurückgelegten Wegstrecken im Raum).

Wir machen es ganz ähnlich. Vor dem Eintauchen in den Feldbereich drücken wir die Tara-Taste. Dann tauchen wir ein und messen und integrieren die Feldänderungen. Ob die Feldänderungen durch Sensorbewegungen, durch Spannungsänderungen oder durch Inhomogenitäten oder sonstwas entstehen, ist uns egal. Wir messen nur die Änderungen und unser Integrator berechnet daraus die Feldstärke (wenn er nicht driftet) relativ zur Feldstärke im Tara-Punkt.

Um Felder messen zu können, die vor dem Einschalten des Gerätes schon da waren (Gewitterfronten), müssen wir die Elektroden vor dem Druck auf die Tara-Taste in einen faradayschen Käfig einschließen. Ein simpler Kurzschluss der Platten reicht nicht aus, weil er die Ladungsverschiebung durch Influenz nicht beseitigt.

Zurück zur Rakete:

Eine Feldmühle ist sozusagen ein direkt anzeigendes Tachometer. Wir dagegen berechnen die Geschwindigkeit durch Integration der Beschleunigung.

Ein köstlich schräger Ansatz in der Feldmesstechnik. Fast ein wenig magisch.

Viele Grüße

Wolfgang

[Bastelbruder]

Irgendwie habe ich zeitweise Probleme mangels Phantasie, welches Kraut rauchst Du?
edit: die letzte Erklärung mit dem Integrator ist wieder etwas vorstellbar, bloß sehe ich Schwierigkeiten in Form von Drift durch Leckströme.

Meine Mühle hab ich inzwischen nochmal inspiziert, der Gleichrichter hat tatsächlich nicht den sofort entdeckten Fehler, die beiden "oberen" Schalter sind nicht drin. Der dritte Schalter des 4066 funktioniert als Inverter und der Vierte hängt mit allen Beinchen an Masse. Das sieht ziemlich gleich aus wie bei hcrs, bloß mit anderen Werten.
Den auch bei mir selbstverständlich vorhandenen Offset habe ich rauskorrigiert durch Anhebung des Meßgeräte-Massepotenzials per 3k3 und 1,2Meg gegen Plus.

In der wikipedia habe ich außer den irreführenden Darstellungen in den Weblinks (auch "Ladungen & Felder - Oberstufe" erwähnt die häßlichen Widerstände) gaanz unten in den Einzelnachweisen Links gefunden die nicht den Begriff "Arbeitswiderstand" sondern den "Ladungsverstärker" beinhalten und ansonsten durch Geheimniskrämerei glänzen.

Durch akustische Messung vermute ich inzwischen die Drehzahl meiner Mühle auf etwa 5300 UPM, zumindest sind in der Nähe des Propellers die Frequenzen 176, 352 und 527 Hz hörbar.

Oszillogramme gibts nachher.

[Rumgucker]

Hallo Bastelbruder,

Oszillogramme gibts nachher.

mach Dir keinen Stress. Ich muss eh noch über nen driftfreien Integrator nachdenken.

Ich hab nach gleichem Prinzip auch mal ne Schlauchdruckmessung mit Piezos hinbekommen. Piezo-Plättchen einfach mit einem Gummi um den Schlauch gespannt. Piezos zeigen ja bei Dehnungsänderungen des Schlauches einen kurzen Ladungsimpuls. Wenn man den integriert, bekommt man den Absolutdruck wie mit einem Manometer angezeigt. So konnte ich blitzschnell eine rumzickende Reinstwasseranlage mit mehreren "poor man"-Manometern bestücken, ohne auch nur einen einzigen Schlauch abziehen zu müssen. Da war der Fluidik-Fehler schnell gefunden.


Viele Grüße

Wolfgang

[Finger]

Da war der Fluidik-Fehler schnell gefunden.

Fluidiks.... waren das nicht mit Druckluft betriebene Gatterfunktionen?

[Robby_DG0ROB]

Piezo-Plättchen einfach mit einem Gummi um den Schlauch gespannt. Piezos zeigen ja bei Dehnungsänderungen des Schlauches einen kurzen Ladungsimpuls.

Das gibt es auch handelsüblich in Form sog. Piezo-Klemmgeber, mit denen sich an den Einspritzleitungen bei Dieselmotoren Drehzahl, Förderbeginn/-ende usw. erfassen lassen.

[Rumgucker]

Hallo Finger,

Fluidiks.... waren das nicht mit Druckluft betriebene Gatterfunktionen?

in diesem Fall wars ne Reinstwasseranlage, bei der eine Filterkartusche durchgebrochen war. Über ihr entstand kein Differenzdruck.

Als "Fluidik" wird in der Chemie das ganze Flüssigkeits-Handling bezeichnet. Besonders dann, wenn man miniaturisierte Systeme meint. Aber so genau nehmen die Chemiker das nicht.

Aber Du hast völlig Recht. Ursprünglich war mit Fluidik Flüssigkeitslogik gemeint.

Viele Grüße

Wolfgang

[Finger]

Gibts da irgendwo noch Infos drüber?

[Bastelbruder]

In irgendeinem Jugendbuch aus der Hochzeit des kaltem Kriegs habe ich Fluidics in der Theorie kennengelernt. Angeblich wurden die in EMP-festen Flugzeug-Steuergeräten genutzt. In irgendwelchen KFZ-Automatikgetrieben könnte ich mir solche Logik auch vorstellen, zumindest gut versteckt im Labyrinth.
In der Wikipedia ist ein bißchen, und noch eins zu finden.

[Rumgucker]

Moin Finger,

Gibts da irgendwo noch Infos drüber?

es gibt so viele Spielarten und Einsatzbereiche von Fluidik.

Wir selbst hatten hier mal eine Studie "Labor auf der Chipkarte", auf der die Reaktionen zwischen Probe und zuvor aufgebrachter Chemie bestimmte Fluidik-Kanäle verstopfte. So konnten die Chipkarte eine komplette Analysekette ableisten und zum Schluss das Reaktionsergebnis auf Elektroden quantitativ auswerten.

Leider haben wir wohl vergessen, der Biochemie unsere Theorie genau zu erklären. Jedenfalls wollten die AG/AK-Reaktionen nicht so wie wir uns das dachten und die Studie floppte.

Ich spekuliere aber, dass Du mehr RIchtung Mechatronik denkst?

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

ein Fluidik-Integrator, bestehend aus einer Waage mit einem Behälter drauf, in den nach und nach influenzstromabhängige Wassermengen reintropfen, wäre der Hammer. Bis auf Verdunstung absolut driftfrei.

Aber weder Feld- noch Wassermühlen sind "solid-state". Also bleibe ich gezwungen, mit biederer Elektronenschubserei zu integrieren. Möglichst auch ohne Software, denn auch das Wort "Weichware" klingt irgendwie nicht gerade nach Kruppstahl.

Seit gestern martere ich mir das altersschwache Hirn, wie man mit meinen ebenso altersschwachen OPVs ultradriftarme Integratoren hinbekommen kann. Ich fand im Netz nichts. Entweder man kauft für viel Schotter die Femtoampere-OPVs. Oder es geht halt nicht.

WENN ich mich nicht täusche, werde ich "geht halt nicht" relativieren können. Simulationen sind leider nutzlos. Ich muss es gleich in der Praxis erproben. Daher dauerts noch etwas bis ich was sagen kann.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Heureka,

mein rein analoger Super-Integrator funktioniert grandios. Absolut stabil. Störungen und Driften interessieren ihn nicht.

Messwerte allerdings auch nicht.....

*grummel*

Also doch Weichware.

Viele Grüße

Wolfgang

[Robby_DG0ROB]

Mal eine OT-Frage:

Wieviel Zeit investiest du am Tag für deine etlichen, teilweise halbseitenfüllenden Beiträge? Wer soll das alles lesen und nachvollziehen können? Die Experimente dauern sicher schon lange genug, Recherche nach Bauteilen und anderen Dingen ebenso und man hat ja auch noch "paar" andere Dingen "nebenher" zu erledigen.

Übrigends: Du kannst auch deinen letzten Beitrag jederzeit ergänzen, statt immer wieder einen neuen dranzusetzen. Es gibt hier keine Sperrung der Bearbeitung, auch nicht nach Zeit.

[Weisskeinen]

Aber bei einer Bearbeitung werden Interessenten doch nicht neu informiert oder ist das jetzt anders?

[Rumgucker]

Hallo Robby_DGOROB,

wenn ich alte Beiträge ergänze, werden sie zu lang. Mein Startbeitrag wurde wegen schon wegen Überlänge kritisiert.

Für Deine Sorge um meine knappe Zeit danke ich Dir, auch wenn Dich mein reales Leben nichts angeht. Ich führe hier in Hamburg zwei Firmen und kann mich als Kaufmann gut organisieren. Ich will Dir aber versichern, dass ich mit der Entwicklung und Dokumentation meiner Entwicklungsschritte in diesem einzigen Thread hier im Forum keineswegs überfordert bin. Der ganze Spaß kostet mich pro Tag höchstens ne Stunde. Meist vor Arbeitsbeginn, in der Mittagspause oder nach Feierabend.

Wenn Dir das hier zu viel zu lesen ist, dann wärs doch das einfachste von der Welt, wenn Du hier im Thread einfach nicht mehr mitliest? Das wäre zumindest eine bessere Idee, als mich dazu zu veranlassen, meinen Arbeitsfluss Deinen Wünschen und Bedürfnissen zu unterwerfen und mich möglicherweise damit zu demotivieren. Kreative Menschen sind meist auch sehr sensibel....

Verpassen tust Du trotzdem nichts.

Ich fertige zum Abschluss einer erfolgreichen Entwicklung üblicherweise eine PDF an. Da kannst Du dann alles hübsch aufbereitet und nachvollziehbar und mit hübschen Bildern runter konsumieren.

Aber dieses ist hier für mich wie ein Laborbuch. Hier wird gehobelt, diskutiert, experimentiert und Gedanken notiert. Hier fallen Späne. Und Irrungen und Wirrungen sind der Normalfall. Nur so entstehen neuartige Lösungen. Wie zum Beispiel die Idee, das eFeld einfach per Influenzstromzeitintegral zu messen.

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Ich leg Dir mal als Beispiel eine derartige Abschluss-PDF aus einem anderen Forum und mit einem Dir möglicherweise ganz fremden Thema in die Anlage (in drei Teilen, weil dieses Forum nur kleine Uploads akzeptiert)...

Teil1:

em80_1a.pdf

(1.03 MiB) 65-mal heruntergeladen

Teil2:

em80_1b.pdf

(758.78 KiB) 44-mal heruntergeladen

Teil3:

em80_1c.pdf

(536.84 KiB) 40-mal heruntergeladen

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

Aber bei einer Bearbeitung werden Interessenten doch nicht neu informiert oder ist das jetzt anders?

dann würde jeder nachträglich korrigierte Tippfehler ja gleich ne Benachrichtigungsmail auslösen.

Ich hab diese Benachrichtigungsfunktion sowieso immer ausgestellt. Sonst hätte ich den ganzen Tag nur Benachrichtungs-eMails zu lesen. In einem anderen Forum editierte ein User seine Beiträge - trotz meines Protestes - immer wieder nach. Er schrieb neue Fragen in seine alten Beiträge rein. Obwohl der Thread schon zwei Seiten vorangeschritten war.

Der User zwang mich so, den ganzen Thread jedesmal von vorne bis hinten nach irgendwelchen Nacheditierungen zu untersuchen. Das erinnerte mehr an ein Hütchenspiel als an ernsthaften Dialog.

Und auch gegenüber denjenigen, die schon einen Beitrag erfolgreich gelesen haben, empfinde ich ein Nacheditieren als frech. Denn auch die werden dann ja zumindest gezwungen, den ganzen Beitrag nach Änderungen und Erweiterungen von vorne bis hinten durchzustöbern.

Wenn ich einen Beitrag abgesetzt hab, dann korrigier ich nur noch kleinere Ausdrucks- und Rechtschreibfehler. Wenn ich Euch ne Mail schreiben würde, dann würde ich die auch nicht dauernd erweitern und verändern und Euch den ganzen Klumpatsch jedesmal wieder neu zusenden. Und Ihr dürft dann raten, was ich wo darin geändert hab.

Abstrus.

Viele Grüße

Wolfgang

[Robby_DG0ROB]

Lieber Wolfgang,

ich danke dir für deine Ausführungen und möchte damit keineswegs erwirken, dass du deine Arbeitsflüsse und Verrichtungen hier irgendwelchen Wünschen und Befindlichkeiten der undankbaren Leserschaft unterwerfen musst.

MfG…

[Rumgucker]

Hallo Robby_DGOROB,

was soll die Stimmungsmache? Ich hab kein Wort von "undankbarer Leserschaft" geschrieben.

Ignorier einfach diesen Thread bis die Entwicklung fertig ist und die Doku ladbar ist. Dann ist Dir geholfen. Und dann ist mir geholfen. Und dem Projekt ist auch geholfen. Wegen dieser Ansage muss man nun keine Fehde entfesseln und versuchen, eine "undankbare Leserschaft" gegen mich aufzuhetzen, oder?

Viele Grüße

Wolfgang

[Bastelbruder]

Soodele.
Jetzt hab ich mal das Oszi angeworfen, Fehler gesucht, eine Kalte Lötstelle und einen lahmen Widerstand repariert. Man sollte wirklich Hühnerfutter nicht zweimal verwenden.

Das gelbe Signal ist der Ausgang eines Ladungsverstärkers, das blaue Signal der Ausgang vom Synchrongleichrichter.

Brumm und Offset

+20 V

- 20 V

Und dann noch ein Bild mit gesiebtem Netzbrumm. Ist der wirklich relevant?

Brumm am Ausgang

[Rumgucker]

Hallo Bastelbruder,

sieht doch schonmal ganz gut aus.

Ich seh da allerdings nen Unterschied (45mV vs. 76mV) beim Feldpolaritätswechsel. Hast Du ein mittelwertbildendes Zeigerinstrument rumliegen? Damit könnte man vermutlich einfacher ablesen und das egalisiert auch den Brumm.

Aber soweit bin ich schon mal angetan. Gratulation.

Viele Grüße

Wolfgang

[Thorhall]

Hi,

ich finde den Thread hochinteressant. Kann da aktuell leider nix zu betragen. Aber ich hoffe es geht weiter mit den Berichten

Micha

[Bastelbruder]

Der Offset ist kein Problem. Wie man sieht, stört der Brumm auch nicht wirklich, das sind irgendwelche Millivolt.
Der in die falsche Richtung gewanderte Offset mit der verzinnten(?) Blechplatte ist ziemlich sicher der Elektronen-Austrittsarbeit geschuldet, jede Oberfläche hat ihre charakteristische Spannung, die Unterschiede der verschiedenen Materialien liegen im 10 Volt-Bereich.
Aufgefallen ist mir heute eine Zeitkonstante im 10sekundenbereich. Wenn ich die Polarität umschalte folgt der Ausgang nahezu verzögerungsfrei bis zur Hälfte der Änderung, etwa ab da gehts richtig laangsaam, erst nach vielleicht 20 Sekunden hat die Ausgangsspannung den Endwert erreicht. Ein Zeitglied in der Größenordnung habe ich zumindest nicht vorsätzlich eingebaut, ich vermute dielektrische Absorption entweder in den Bootstrap-Kondensatoren oder im Epoxid der Sektorenisolation.

Die Periodendauer der Dreieckspannung ist knapp 6 ms, zwei Perioden eine Umdrehung, das paßt zu den akustisch gemessenen 5300 UPM. Sogar den Netzbrumm kann man damit messen weil die Chopperfrequenz deutlich darüber liegt. Den Flügel hört man tatsächlich kaum, es hat sich auch nicht als nachteilig rausgestellt daß ich den damals vor dem Zusammenbau statisch gewuchtet habe.

Die Berechnung der Empfindlichkeit muß ich jetzt nochmal wiederholen weil ich natürlich kein normgerechtes Referenzspannungsfeld aufgebaut habe. Das probier ich später nochmal.

[Rumgucker]

Hallo Bastelbruder,

mach doch einfach ne Messkurve mit ein paar Messpunkten in positiver und negativer Feldrichtung. Das ist schnell gemacht und dann sieht man auf einen Blick, ob alles ok ist. Die 1-Punkt-"Eichung" von hcrs sollte ja nicht unser Vorbild sein.

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Mein analoger Super-Integrator ließ mir keine Ruhe. Selbst die Altvorderen konnten bestens langzeitstabil integrieren. Und das mit Röhren und diskreten Transistoren. Also muss ich Esel das doch auch irgendwie hinbekommen.

Und siehe da:

Wenn man nur mal etwas schräg denkt, kommen die erstaunlichsten Schaltungen und Anordnungen dabei heraus.

Formell ist die Schaltung eine stromgesteuerte Stromquelle, die am Eingang Picoampere zu Mikroampere am Ausgang wandelt und damit C1 auflädt. Sie wirkt aber auch als vollkommener Differenzverstärker, dem gleichphasiges Brummen an den Eingängen egal ist. Und es ist ein low-drift-Integrator, weil C1 nun 1000-mal größer ist, als in meinem ersten Integrator - und selbst der war schon brauchbar. Offset-Stromunterschiede sind also vernachlässigbar. Und bias-Ströme werden kompensiert,

Allerdings ist der Ausgang hochohmig. Wenn man ein DVM mit 10 Megohm Eingangswiderstand anschließt, dann wird C1 über diesen Innenwiderstand schnell entladen. Man muss entweder schnell gucken oder braucht ein DVM mit "min/max"-Funktion. Oder ein Multimeter mit Teraohm-Eingang. Zur Vervollkommnung der Schaltung könnte man auch zwischen Multimeter und C1 einen Impedanzwandler schalten.

Aber egal. Ich bin sehr stolz. Man erkennt zwar Ähnlichkeiten zur bekannten massebezogenen Stromquellenschaltung, aber die Kombination mit Stromeingang und Integrationskondensator ist m.E. neuartig. Gerade in den scheinbar "einfachen" Lösungen steckt oft besonders viel Gehirnschmalz.

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Ich mach mit dem neuen Integrator gleich auch nochmal ne Messkurve.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

neuer Integrator geht. Allerdings musste ich seine Betriebspannung von 9V auf 12V erhöhen, damit sein Gleichtaktbereich bei hohen Feldstärken durch das Brummen nicht überschritten wird. Wenn das passiert, wandert der Anzeigewert durch Spitzengleichrichtung bis an den Endanschlag. So ähnlich hat duese das von seinem Messgerät bei großen Feldern ja auch berichtet.

Angelegt hab ich die horizontal angetragene Spannung an den beiden äußeren Elektroden und den Influenzstrom zwischen den beiden inneren Elektroden abgegriffen. Der Abstand der Speise-Platten beträgt 15mm. Der Abstand der Messplatten 5mm.

10V entspricht 0,67 kV/m
20V entspricht 1,3 kV/m
30V entspricht 2 kV/m
40V entspricht 2.7 kV/m

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Im nächsten Schritt wäre der Abstand der Speiseplatten zu halbieren und alles nochmal mit halber Feldspannung zu messen. Idealerweise sollte das Gerät gleiche Spannungen anzeigen.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

Wikipedia schreibt

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrofeldmeter

Wie auch das Elektroskop entzieht das Elektrofeldmeter dem zu messenden Objekt keine Energie und verfälscht somit das Messergebnis nicht, ist aber viel empfindlicher. Abhängig von der Bauweise kann eine Auflösung bis herab zu 10 V/m (für Rotationsvoltmeter, bei handlicheren Elektrofeldmetern nur bis etwa 1 kV/m) erreicht werden

Der erste Satz ist Unsinn! So ein Mist schreibt einer vom anderen ab. Aber keiner durchdenkt es mal richtig.

Alle oszillierenden Elektroden variieren den Abstand zwischen Feld- und Messelektrode und somit die Kapazität. Wenn immer sich die Kapazität eines Kondensators in einem statischen Feld ändert, fließt Wechselstrom. Die Formel lautet "dI = dC x U x f", also bei gegebener Feldspannung und gegebener Oszillationsfrequenz ist der Wechselstrom direkt proportional zur Wechselkapazität.

Bei der Feldmühle mögen die Abstandsänderungen nur 1mm betragen. Bei Schwingern noch weniger. Aber in jedem Fall wird dadurch dem Erregerfeld dauernd Energie entnommen. Ansonsten müsste die Physik neu geschrieben werden.

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Auch der zweite Satz ist Unsinn. Was ist "Auflösung"? Meine "Auflösung" beträgt 1mV. Oder wenn ich ein anderes Messgerät anschließe, löst das sogar 10uV auf.

Meine Nachweisgrenze dagegen liegt bei 10mV. und Bestimmungsgrenze bei 100mV (Integratorausgangsspannungen). Also kann ich Felder ab 20V/m nachweisen. Mit modernen Femtoampere-Integratorchips auch um zwei Dekaden empfindlicher. Und das ohne dem Feld dauernd Energie zu entnehmen. Ich entnehme dem Feld nur dann Energie, wenn sich irgendwas am Feld oder meinen Elektroden verändert. In den Zwischenzeiten übt das Feld auf meine Ladungsträger in den Elektroden eine Kraft aus.

Viele Grüße

Wolfgang

[Name vergessen]

Edit: Argh, da war ja noch eine Seite! Der Text bezieht sich auf den Beitrag am Ende der vorigen Seite des Threads! /Edit

Ich editiere nur dann inhaltlich, wenn meiner der letzte Beitrag ist, und dann schreibe ich bei relevanten Änderungen "Edit" dran, aber das Problem des Nicht-Merkens besteht definitiv. Früher [TM] galt Mehrfachposten als unhöflich, aber genau wie top-Quoting bei Mails ist das Nacheditieren eigentlich die schlechtere Variante für alle Beteiligten.

BTT: jetzt hast Du aber den Grundsatz über den Haufen geworfen, dass nicht das Eintauchen relevant sein soll, sondern der Aufenthalt im Feld. Ob das in der Praxis relevant ist, KA, aber ich hatte das so verstanden, dass Dir das wichtig sei?

Edit 2: kann es sein, dass die Feldmühlen mittels dem von Dir genannten, durch die Kapazitätsänderung entstehenden, Strom messen und auf diesem Weg Arbeit ins System kommt? Das Äquivalent zum Hall-Sensor haben wir so also noch nicht, der kann ja auch Absolutwerte messen, basiert aber IIRC auf einem vergleichbaren Effekt wie die Elektronenstrahl-Ablenkgeshichte.

[Rumgucker]

Moin Name vergessen,

BTT: jetzt hast Du aber den Grundsatz über den Haufen geworfen, dass nicht das Eintauchen relevant sein soll, sondern der Aufenthalt im Feld. Ob das in der Praxis relevant ist, KA, aber ich hatte das so verstanden, dass Dir das wichtig sei?

Das ist auch unverändert so. Der Influenzstromzeitintegrator ändert seinen Anzeigewert nur dann, wenn sich irgendwas am elektrischen Feld ändert.

Um ein unbekanntes Feld zu messen, drückt man also außerhalb des Feldes auf Tara und taucht dann ein. Oder man drückt innerhalb des Feldes auf Tara und zieht dann die Elektroden aus dem Feld raus (dann bekommt man natürlich ein negatives Feld angezeigt).

Es ist ein relatives Messgerät, was relativ zum Feld an der Tara-Position misst.

Edit 2: kann es sein, dass die Feldmühlen mittels dem von Dir genannten, durch die Kapazitätsänderung entstehenden, Strom messen und auf diesem Weg Arbeit ins System kommt? Das Äquivalent zum Hall-Sensor haben wir so also noch nicht, der kann ja auch Absolutwerte messen, basiert aber IIRC auf einem vergleichbaren Effekt wie die Elektronenstrahl-Ablenkgeshichte.

Arbeit = Energie = Kraft mal Weg.

Bei jeder Wegänderung (z.B. von Ladungsträgern) muss Arbeit verrichtet werden.

Beispiele:

• wenn Du die Spannung einer gespannten Feder veränderst, musst Du Arbeit verrichten. Sobald die Veränderung beendet ist, musst Du Kraft aufbringen, um die neue Spannung zu halten.

• wenn Du einen Elektronenstrahl in einer Röhre z.B. elektrostatisch ablenkst, so musst Du im Moment einer Ablenkungsänderung Arbeit verrichten. Es fließt dabei ein elektrischer Strom. Sobald die neue Ablenkung erreicht ist, musst Du lediglich noch Spannung anlegen. Dann fließt kein Strom mehr.

• absolut gleiches gilt beim Hallsensor. Nur eben mit Magnetfeldern statt Elektrofeldern.

• absolut gleiches gilt auch beim Elektrometer. Nur, wenn Elektronen in das Gerät rein, oder aus ihm heraus fließen, muss Arbeit verrichtet werden. Sobald der Stromfluss beendet ist, ist die Anzeige - wie eine Feder - gespannt.

• und absolut gleich verhält sich auch mein Influenzstromintegrator. Leistung benötigt er nur, wenn sich was am von den Elektroden erfassten Feld ändert. Denn nur dann werden Ladungen zwischen den Elektroden bewegt (= "Influenzstrom"). Sobald die Elektronen jedoch die neue Lage gefunden haben, wird nur noch Kraft zur Beibehaltung der Ladungsposition benötigt.

Im Gegensatz dazu steht die Feldmühle. Sie "oszilliert den Weg" (= Elektrodenabstand). Deswegen benötigt sie dauernd Arbeit, denn es fließen ja auch dauernd Wechselströme.

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Arbeit kann ohne weiteres aufgenommen aber eben auch abgegeben werden. Wenn ich die Spannung einer Feder erhöhe, muss ich Arbeit hineinstecken. Wenn ich die Spannung einer Feder vermindere, liefert die Feder Arbeit. Kraft und Weg sind Vektoren. Also wirkt auch Arbeit in eine Richtung.

Die Feldmühle nimmt Arbeit auf. Aber sie gibt im nächsten Moment auch wieder Arbeit an das Feld zurück. Aber natürlich nicht zu 100%, denn intern gibt es ja Shuntwiderstände, die Leistung umsetzen. Und Leistung mal Zeit ist wieder Arbeit.

Wenn die o.a. Messgeräte nur Energie beim "Federspannungswechsel" benötigen, so wird bei der Feldmühle die Feder sozusagen rhythmisch gespannt und entspannt, weil die Messung von Wechselgrößen angeblich leichter sein soll. Dabei wird aber dauerhaft Wärme in der Feder umgesetzt und dem Erregerfeld wird Energie entnommen.

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Ein Experiment bzgl. des wahren Energiebedarfs ist ganz einfach.

Man lädt zwei Platten mit einer Spannung auf und trennt die Stromversorgung. Dann wird einmal eine Feldmühle innerhalb der Platten betrieben und einmal meine Elektroden miteinander verbunden, damit der Influenzstromimpuls fließen kann.

Am Anfang werden beide Messgeräte das gleiche Feld anzeigen.

Aber wie sieht es nach 10, 30 oder 60 Sekunden aus? Mein Gerät zeigt unverändert das gleiche an. Wenn der Integrator nicht driftet und die Isolation der äußeren Platten perfekt ist, würde es sogar noch in 100 Jahren das gleiche anzeigen, denn es hat sich ja nach dem Influenzstrompeak kein einziges Elektron mehr im Feldbereich bewegt.

Aber die Feldmühle benötigt bei jeder Rotation Arbeit. Und nach spätestens 60 Sekunden ist die äußere Elektrodenladung regelrecht verbraucht.

Viele Grüße

Wolfgang


BTW: während ich die Zeilen zum 100-jährigen Integrator schrieb, bildete sich in mir der Wunsch nach genau sowas. Mein heutiges Teilprojekt ist also mein 3. Integrator. Aber bei Driftfreiheit ist endgültig Software unvermeidlich. Überhaupt werde ich heute mal ein Gesamtschaltbild versuchen. Es soll ja langsam Richtung brauchbarem Gerät gehen.

[Rumgucker]

Hallo,

so ungefähr könnte der "100-Jahre Integrator" aussehen:

Zur Sicherheit hab ich mein vom "2. Integrator" übernommenes Elektrodeninterface simuliert:

Eingespeist hab ich Gleichtaktbrummen und ab 500ms den 1nA Influenzstrom. Man sieht schön im obersten Plot die Brummspannung. Im mittleren Plot wird gezeigt, dass zwischen den beiden Eingängen kein Spannungsabfall auftritt, denn wir wollen ja Strom messen. Und im unteren Plot erscheint die Ausgangsspannung am 500 kOhm Lastwiderstand. Das Brummen ist stark reduziert und es erscheinen stolze 1V pro Nanoampere.

Ein normaler invertierender Verstärker ("IE-Wandler") würde bei 1nA mit einem 10 Megohm-Widerstand zwischen Ausgang und invertierendem Eingang lediglich eine Ausgangsspannung von U = I x R = 1 E-9 x 10 E6 = 10mV erbringen.

Neben dieser Spannungsverstärkung hat die Schaltung auch einen reinen Stromausgang. Dadurch wird die Pegelverschiebung einfach. Der PIC hat seinen Nullpunkt bei +2.5V. Man kann die beiden Schaltungsteile "einfach so" zusammenschalten. Extrem elegant, finde ich.

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Der simulierte Teil entspricht weitestgehend dem o.a. Gesamtschaltbild. Das vom OPV derart aufbereitete Signal wird dann per PIC numerisch integriert und ist damit driftfrei und wird per PWM am Pin5 ausgegeben und gemittelt.

Durch Drücken der Tara-Taste wird der digitale Integrationsspeicher gelöscht und dem Controller die Offsetspannung des OPV aufgeschaltet, damit er die Nulllinie der Integration korrekt setzen kann. Dazu schließt per Relais C5 am OPV-Eingang Brummen und Influenzströme kurz. C5 wurde zuvor über den nA-Reststrom von D1 entladen.

Leider braucht das Kästchen zwei 9V Batterien, um mit möglichst hohen Brummfeldern klarzukommen.

Noch ist die Schaltung graue Theorie. Habt Ihr Verbesserungsvorschläge? Wär es zum Beispiel nicht eleganter, auf das externe Multimeter ganz zu verzichten und stattdessen ein Display mit den dann verfügbaren drei oder gar vier Pins des Controllers anzusteuern?

Viele Grüße

Wolfgang

[Name vergessen]

Ja, genau das meinte ich. Ich hatte das halt so verstanden, dass wie bei der Feldmühle eine kontinuierliche Messung gewünscht war., also ohne Tara und Wartezeit, was die Handhabung vereinfacht aber natürlich sonst keinen Unterschied macht.

Wg. Anzeige: klar wäre das eleganter. Wenn eh schon ein µC drin ist, kann der auch gleich die Anzeige machen, rechenleistungsmäßig sollte der ja nicht auf Kante genäht sein. Dann spart man sich ja auch die zusätzliche D/A-Wandlung, die mitunter ziemlich nerven kann, und kleiner wird es dann ja auch. Und man kann noch zusätzlich nette Funktionen einbauen, bzw. Zusatzinfos darstellen, was ein externes Meßgerät nicht kann. Nur die Auflösung eines echten Zeigerinstruments wäre evtl. ein Kriterium, alles andere kann man auf einem Grafikdisplay auch haben. Und ob die Ablesegenauigkeit beim Analogmeter wirklich besser ist, kommt auch auf dessen Größe und den Benutzer an. Beim Display kann man beides kombinieren und hat dann genaue Werte UND einen quasianalogen Ausschlag für's Grobe. Und die negative Polarität ist auch leichter anzuzeigen, man braucht kein Spezialinstrument mit Mittelstellung und entsprechend geringerem Ausschlag.

Nur das Nachbauen wird dann etwas erschwert, weil man dann dieses spezielle Display braucht, oder zumindest ein kompatibles und nicht einfach irgendein Multimeter anklemmen kann. Irgendwas ist halt immer. Und natürlich mehr Programmaufwand.

[Rumgucker]

Hallo Name vergessen,

danke für Deine Inspirationen zur weiteren Ausgestaltung. Mal gucken, ob ich überhaupt ein Display rumliegen hab, was sich mit so wenigen Steuerpins zufrieden gibt.

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Hallo Bastelbruder,

ich hab Deine Mühle mal simuliert:

Ich leg mal ein Feld von -20V und danach von +20V an. C1 ist die angenommene Kapazität zwischen Speiseelektrode und Mühlenelektroden. Und der Drehko simuliert Deine Mühlenflügel, wobei ich von 33pF Maximalkapazität ausgehe und dann bis runter auf 3.3pF sinusförmig mit 100Hz wobbel. V1 dient nur dieser Drehko-Steuerung und hat sonst nichts mit dem Stromkreis zu tun.

Man sieht schön, dass erhebliche Wechselströme im Feld fließen. Der Feldquelle werden in der Simulation 6.7 nJ Arbeit (bei 20V Feldspannung) entnommen. Bei 40V schon fast 20nJ, sagt LTSPice. Die Physik muss also nicht neu geschrieben werden.

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Bei der Gelegenheit hab ich dann auch gleich simuliert, wie es sich denn mit einer auf 25pF halbierten C1-Kapazität bei doppelter Feldspannung (40V) verhält. Eigentlich sollte dann ja die gleiche Feldstärke angezeigt werden. Die simulierte Mühle zeigt aber in dem Fall glattweg 30% mehr an. Verstanden hab ich den Effekt noch nicht.

Vielleicht verhält sich die reale Mühle auch anders.

Viele Grüße

Wolfgang


/EDIT: kleine Rechnung hilft. Es geht um die Reihenschaltung von C1 mit dem Drehko.

Wenn ich 33pF mit 50pF in Reihe schalte, ergibt das 20pF.
Wenn ich aber 33pF mit auf 25pF halbiertem C1 in Reihe schalte, ergibt das 14pF.
Bei herausgedrehtem Drehko gibts in beiden Fällen rund 3pF Gesamtkapazität.

Da sich im zweiten Fall die Gesamtkapazität auf nur 70% reduziert hat, die Spannung aber verdoppelt, bekomme ich 35% mehr Wechselstrom in den Spitzen. Spice hat sich also nicht getäuscht.

Das ganze Feldmühlenkonzept erscheint mir im Moment höchst bedenklich.

[Name vergessen]

Mal gucken, ob ich überhaupt ein Display rumliegen hab, was sich mit so wenigen Steuerpins zufrieden gibt.

Da wird man wohl irgendwas Serielles, z.B. I2C nehmen müssen, aber Aktualisierungsgeschwindigkeit ist bei den Zeitkonstanten hier ja eher nicht das Problem. JTAG- oder ISP-Pins kann man ja ggfs. auch mit dem Display doppelt belegen.

[Rumgucker]

Hallo Name vergessen,

ja. Seh ich auch so. IIC hab ich sogar rumliegen. Aber viel zu groß und nur Alnum. OLED wäre besser. Für die Dinger hab ich schon Vollgrafik-Treiber unter Tiny85 gemacht. Ob ich nun unter PIC oder Tiny arbeite, ist mir Banane.

Ich brauch nur noch mehr Motivation, was "Vernünftiges" zu entwickeln. Erstmal muss die Kiste super laufen. Ob das mein aktueller Schaltungsentwurf schon kann, muss ja noch bewiesen werden.

Und wenn alles bestens läuft, dann frag ich mal nach, wer denn sowas überhaupt haben will. Denn wenn das sowieso keinen interessiert, dann mach ich mir auch gar nicht die Mühe mit dem Display usw. Dann dengel ich schnell ne Minimalversion zusammen und pack sie in die Schublade. Wann muss ICH schon mal Felder messen?

Eigentlich war das Projekt ja für Euer Schwesterforum gedacht, weil die eben nicht gemessen haben, sondern ihre Spannungen mit der Funkenüberschlagsweite schätzten. Wie zu Teslas Zeiten.

Ich würdige das dortige Forum allerdings keines Blickes mehr. Aber wenn die hier dazu stoßen und bzgl. des Finishings und der weiteren experimentellen Absicherung in netter und konstruktiver Form mitwirken wollen, dann wäre ich nicht nachtragend. Die haben vielleicht ganz andere Ideen, als ein kleines OLED-Display im Feldbereich eines 3MV-Generators ablesen zu müssen?

Viele Grüße

Wolfgang

[Name vergessen]

Naja, es wäre zwar schöner, den Sensor allein im Feld zu haben und die Auswertung anderswo, aber vermutlich läßt sich das mit der verdrillten Leitung auch nicht beliebig verlängern, also müßte zumindest der µC dann mit im Sensor sitzen. Der Anzeigeteil ließe sich ja absetzen, im Zweifelsfall sogar über ein optisches Kabel für die Daten. Vielleicht bräuchte das dann nicht einmal einen zweiten µC, denn man kann I2C auch über lange Leitungen schicken, und eine optische Leitung wäre ja erstens nicht langsam, störanfällig usw., sondern bräuchte evtl. auch den Rückkanal nicht, solange nur das Display als Slave dranhängt und immer schnell genug ist. Der "Ultra fast Mode" ist ohnehin nur unidirektional spezifiziert, 5Mbit/s sollten ja reichen. Wird zwar durch die optischen Transceiver um einige Teile komplizierter, aber ein Sensor am Stiel wäre ja wirklich netter als mitten im Feld zu stehen. Aber wenn das nur ein Medienkonverter ist, kann man das ja je nach Einsatzzweck machen oder direkt verbinden.

[Rumgucker]

Moin Name vergessen,

Du bist sehr inspirierend!

Der native Raum für die o.a. Elektronik ist m.E. zwischen den Messelektroden. Denn so lange Influenzströme in allen drei Dimensionen fließen können, ist es innerhalb der Platten feldfrei wie in einem faradayschen Käfig.

https://de.wikipedia.org/wiki/Faradaysc ... y_cage.gif

Die per Influenzstrom umgeschaufelten Ladungsträger kompensieren stets das äußere Feld.

Ich glaub, dass wir wie folgt vorgehen sollten:

Wir lassen den Sensor gleich in drei Dimensionen messen! Ich stelle mir also einen Plastikwürfel vor, dessen 6 Seiten mit sechs voneinander isolierten Platinen beklebt sind. Oder die sechs Platinen bilden gleich das Gehäuse. Die Elektronik befindet sich im feldfreien Innenraum. Per USB-Buchse wird der Sensor versorgt und abgefragt.

Zwischen jeweils zwei gegenüber liegenden Seiten werden mit drei OPVs und drei AD-Eingängen am Controller die Influenzströme der XYZ-Komponenten erfasst. Wenn ich nen Tiny nehm, kann ich sogar die sensorinterne Temperatur gleich mit dazu packen, weil der Chip seine eigene Temperatur messen kann. Dann wird ein Datentelegramm geschnürt und verschickt.

Genial wäre es, wenn der Sensor eine USB-Tastatur emuliert! Als Empfänger dient ein Tablet mit beispielsweise einer geöffneten Tabellenkalkulation (z.B. kostenloses Open Office). Der Sensor tippt seine XYZ-Messwerte dann direkt in die Tabellenkalkulation. Er könnte zum Beispiel einmal pro Sekunde messen oder einmal pro Minute.

Das wär schon stark, denn genau sowas hatte ich mal zur 3-Kanal-Analog-Erfassung plus Temperatur für den Tiny zusammgefrickelt:

Was man in der Tabellenkalkulation dann mit den Daten anstellt, soll uns egal sein. Datenlogging. 3D-Visualisierungen. Ich hatte bisher damit Kennlinien gezaubert:

Ein derart ausgestalter Sensor wäre also schon weitestgehend entwickelt. Es fehlt nur der Software-Integrator und die Ladungspumpe zur Stromversorgung der OPVs aus der USB-Spannung (nehm ich MAX680).

Als "Tara" stell ich mir vor, dass man am Tablett einfach den USB-Stecker rauszieht. Der Sensor macht nach dem Einschalten automatisch Tara. Dann spart man sich auch noch die Taste. Dann gibt es nichts mehr am Sensor, was man bedienen oder warten muss.

Sinnvoll wäre es noch, wenn man den Sensorwürfel mit zwei Bindfäden ausstattet, damit man ihn irgendwie ins Feld baumeln kann.

Ein 3D-solid-state-Elektrofeldsensor. Es wird immer besser hier!

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

ich hab mich noch mal mit der Feldmühle befasst. Um zu prüfen, wieviel Kraft der Rotor fordert, hab ich der kapazitätsproportionalen Spannungsquelle V1 einen kraftproportionalen Strom entnommen. So kann Spice auf die momentane Rotorleistung umrechnen.

Links unsere Schaltung. In der Mitte das um das Kraftfeature erweiterte Drehko-Modell. Und rechts die Leistungsplots:

• Rechts oben die dem Feld entnommene Leistung (gemittelt 6,8 nW entnommen)

• In der Mitte die dem Motor entnommene Leistung (gemittelt 670 nW entnommen)

• Und unten die vom Lastwiderstand aufgenommene Leistung (gemittelt 440nW aufgenommen)

Die fehlenden 240nW werden im Drehko und C1 umgsetzt, sagt Spice. Um solche Feinheiten gings mir aber nicht. Mir gings um die Verhältnisse.

Das Gerücht, dass die Feldmühle ihre Leistung allein dem Motor entnimmt, bleibt falsch. Aber richtig ist, dass die allermeiste Leistung dem Motor entnommen wird und nur ganz wenig Leistung dem Feld.

Viele Grüße

Wolfgang

[Rumgucker]

Hallo,

das wäre dann die gesamte 3D-Schaltung:

Das hat schon irgendwie Charme, finde ich.

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Ich bin aber auch etwas enttäuscht! Die Chinesen haben den 3D-eFeld-Scanner nicht nur längst erfunden - sie scheinen ihn sogar auf 6D erweitert zu haben und serienmäßig in Autos zu installieren. Diese Punkte finde ich übrigens viel hübscher als meine momentanen noch etwas drögen Arbeitsbezeichnungen "X+", "X-", "Y+", "Y-", "Z+" und "Z-". Und die scheinen irgendwas mit Funk statt USB eingebaut zu haben. Auch vorbildhaft.

Quelle: Alibaba

Aber ansonsten sind die Chinesen und ich völlig d'accord. Genauso hab ich mir unseren Feldscanner auch vorgestellt. Auch von der Größe her.

Viele Grüße

Wolfgang

[Name vergessen]

3D ist ja mal der Oberknaller, da kann man beim Messen eigentlich nichts mehr falsch machen! Die Variante mit der USB-Tastatur ist super, dann braucht man keinen Spezialtreiber und kann wirklich so ziemlich jede Software nehmen. Würde man jetzt noch Beschleunigungssensoren einbauen, könnte die Auswertung sogar selbsttätig ausrechnen, wie das Feld aufgebaut ist und man kann durch relativ unkoordiniertes Herumfuchteln trotzdem die Feldform ermitteln. Aber das sprengt dann etwas den Rahmen und der Sensor soll ja möglichst klein sein. Ohne kann man trotzdem die Feldstärke errechnen, ohne die Sensorausrichtung zu kennen.

Die Bindfäden braucht man ja nicht, dafür hat man ja das USB-Kabel, das eh benötigt wird. Vielleicht gibt es die ja auch in robust, dann kann man das sogar über ein Lager am Ende des Stocks abrollen. Sowas wie eine Angel...

Das Gehäuse müßte evtl. eine doppelseitige Platine sein, denn die äußeren Flächen dürfen sich ja nicht berühren, innen hingegen dürfen sie ja. KA, ob das isolations- bzw. abschirmtechnisch überhaupt ein Problem gäbe, denn die Platinen werden ja ohnehin nicht angefast, sondern stumpf auf Kante gesetzt, wodurch sich sowieso ein Abstand von einer Platinendicke ergibt. Vielleicht kann man mit dem Teil ja auch in der Landschaft rumrennen und Felder suchen, wer weiß, was man so alles findet... "Ich geh' mit meiner Laterne"... ist ja bald soweit.

[Rumgucker]

Hallo Name vergessen,

ich hab schon alles zusammengesteckt. Überschaubarer Aufwand.

Die eigentlichen Tests und Arbeiten gehen morgen los. Ist auch beim Debuggen der Integratoren äußerst günstig, wenn ich Daten ausspucken kann.

Ich dachte an einfach kaschierte Platinen. Kupfer nach innen, Pertinax nach außen. Und eine intern im faradayschenKäfig montierte Elektronikplatine.

Ich werde die Platinen mit der CNC fräsen. Mit Verzinkung und natürlich das Kupfer soweit runterschruppen, dass nichts kurzschließen kann. Für die acht Ecken mach ich mir kleine Pertinaxblöcke, die dann auch gleich die Platine tragen.

Mal gucken.

Das mit der Positionsgeschichte ist ein guter Einwand. Wie man aus Beschleunigungen die Position im Raum feststellt, haben wir ja hier im Thread erarbeitet. Einfache Integration der Beschleunigung gibt die Geschwindigkeit. Nochmalige Integration die Position. Ich denke nur, dass die typischen MEMS-Chips aus dem Handy mit ihrer Corioliskraftmessung dafür viel zu ungenau sind.

Das müssen wir noch durchdenken. Einen Pin haben wir noch frei. Und wir sind im feldfreien Innenraum des faradayschen Käfigs. Wir könnten sogar nen Kompasschip mit IIC abfragen.

Egal. Wir sind in jedem Fall auf einem sehr guten Weg. Wer hat schon nen 3D-Feldscanner? Und dann zu so einem Spottpreis: unsere Bauteile kosten € 5,--. Es würde mich nicht mal sonderlich wundern, wenn wir die ersten Entwickler sind, die sowas auf die Beine stellen.....

Viele Grüße

Wolfgang

[ferdimh]

Zur mich bezüglich der Wissenschaftlichkeit massiv aufregenden Frage der Energieentnahme aus dem Feld sei mir eine ganz blöde Frage erlaubt:
Ich sehe I(V2) und U(V2) miteinander multipliziert. Dabei ergibt sich eine Blindleistung im µW-Bereich. Wenn der Klemme "TEST" nichts entnommen wird, muss also ein Gleichstrom durch C1 fließen. Dann müsste also die Spannung zwischen C1 und dem Drehko immer weiter ins Negative wandern.
Tut er das denn? Wenn nicht, haben wir ein Genauigkeitsproblem.
Die entnommene Leistung liegt bei 3 Promille der Blindleistung. Das braucht schon verdammt genaue Integration. Ein numerisches Verfahren ist für dieses Gedankenexperiment auch nicht wirklich geeignet, denn die Zahl, die da rauskommt, MUSS von Null verschieden sein.

Hier kommt der Punkt, wo die so gehassten Mathesemester von der Uni nützlich wären. Dann könnte die verrichtete Arbeit algebraisch integrieren. Vielleicht finde ich morgen die Zeit, das mal vorzuexerzieren.

[Rumgucker]

Moin ferdimh,

sehr guter Einwand!

Es fließt kein Gleichstrom in der Feldbatterie, weil das ja C1 verhindert. Folgerichtig kann sie sich auch nicht entladen. Folgerichtig wird dem Feld auch keine Energie entnommen. Punkt.

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Sie entlädt sich aber eben doch:

(wenn ich C1 entferne, bleiben die 20V wie ein Strich stehen).

Wie kann ein Gleichstrom fließen, ohne dass ein Gleichstrom fließen kann?

Du hast übersehen, dass der Drehko den Wechselstrom nicht nur bewirkt, sondern zugleich auch verzerrt. Obwohl der Mittelwert des Stromes Null ist, ist der Effektivwert (und um den geht es bei der Wirkleistung) keineswegs Null!

Wenn Du Dir die Oszispannungen von Bastelbruder

--> https://www.fingers-welt.de/phpBB/viewt ... 05#p289405

anschaust, dann siehst Du dort auch sehr schön diese durch den Drehko produzierten Verzerrungen:

Wie die Verzerrungen im Detail aussehen, hängt von der Ausgestaltung der Plattenform ab. Wichtig fürs Wirkprinzip ist nur, dass beide Halbwellen (um die mittlere Kapazität herum) unterschiedlich geformt sind. Dafür sorgt schon "C ~ 1 / d".

Viele Grüße

Wolfgang

[Bastelbruder]

Wechselspannung und Kapazitätsveränderung. Jetzt sind wir schon fast wieder beim parametrischen Voodoo!
Und die Kinderschaukel zeigt uns, wo die Energie dann herkommt.