Cavendish experiment

[Michel Uphoff]

Stom dat ik die r vergat. Excuus.
 
Zijn absolute nauwkeurigheid is inderdaad niet zo van belang, maar ik wilde de sensor van de thermostaat en de twee van de Voltcraft er mee controleren.
Inmiddels verder, want bericht gehad van Voltcraft: Nieuwe batterijen en kastje mag absoluut niet warmer zijn dan 28 graden voor betrouwbare meting.
Dat laatste zou kunnen kloppen want gisteren stond, voor ik het raam open deed, dat ding achter glas in de volle zon te bakken en was mogelijk heel wat warmer dan 30 graden. En na een minuut of vijf in mijn hand is dat ding natuurlijk ook aardig opgewarmd.
 
Nieuw batterijtjes en kastje in de schaduw, en kort wat getest met de Labortherm: grootst gemeten afwijking tussen sensor van de thermostaat, beide Voltcraft sensors en de labortherm +/- 0,2 graden over een range van 24 tot 32 graden. Maar alleen zolang ik de digitale thermometer niet in de hand houd en teveel opwarm.
 
Het staat zelfs in het manual naar blijkt:
 

The accuracy of the gauge is only assured when the thermometer is operated at a  temperature range of +18 ºC to +28 ºC (excluding the temperature sensors). The thermometer (excluding the temperature sensors) must not be used outside  the  operating  temperature  range. 

 
Mailtje terug naar Voltcraft, dat het nogal curieus is dat een handheld digitale thermometer niet warmer mag worden dan 28 graden. Kijken of ze daar ook nog op reageren.
 
Zekerheidshalve de setup wat aangepast, en nu meet de Labortherm ook mee, zodat ik zo af en toe kan checken.

[Michel Uphoff]

Opmerking moderator

Diverse topics aangaande dit experiment samengevoegd in dit topic

[Michel Uphoff]

Inmiddels een stapje verder.
Een 48 uurs meting van de door de broedthermostaat geregelde temperatuur in de isolatiebox bracht goed en slecht nieuws.
 
Het ongeïsoleerde glazen meetkastje werd van binnen voorzien van de twee Voltcraft sensoren (rechtsachter onder en linksvoor boven) en volledig winddicht afgeplakt. Buiten dit kastje werd de sensor van de broedthermostaat ongeveer in het centrum van de isolatiebox geplaatst, terwijl door een klein gat in het Eps de Labortherm kwikthermometer ongeveer 20 cm diep in de koelbox werd gestoken. In een hoek van de isolatiebox het koelblok op een stuk Eps geplaatst zodat de 15 Watt verwarming en de ventilator van het koelblok de inhoud van de isolatiebox zo goed als mogelijk op constante temperatuur konden brengen.
 
Positief was, dat de temperatuur volgens de Labortherm kwikthermometer stabieler bleek dan gedacht. Met onregelmatige tussenpozen werd zijn temperatuur met een loep afgelezen en zo goed mogelijk op honderdsten van graden ingeschat. De temperatuurvariatie bleek volgens de kwikthermometer zeer beperkt. Ze bleek maximaal een tiende graad uiteen te lopen over 48 uur bij een kamertemperatuur die varieerde tussen 24 en 32 graden.
 
Ronduit negatief was echter, dat de twee sensoren van de Voltcraft digitale thermometer desondanks veel grotere afwijkingen vertoonden.
 
Daarom een nieuwe test gestart, waarbij zowel de sensor van de thermostaat als beide Voltcraft sensoren op het kwikreservoir van de Labortherm werden geplaatst, ingesmeerd met contactpasta met tape werden omwikkeld, en in de isolatiebox werden geplaatst. Mijn vrees werd bewaarheid:
 

temperatuur S1 S2 thermostaat en labortherm op zelfde punt in isolatiebox 899 keer bekeken

klik voor grotere weergave
 
De Labortherm (paarse lijn) week in de meetperiode slechts enkele hondersten van een graad af. Na opwarmen en uit-oscilleren bleef de temperatuur tussen 35,10 en 35,13 graden in een kamer waarin de temperatuur met 6 graden varieerde. De broedthermostaat blijkt inderdaad een zeer stabiele temperatuur te kunnen handhaven, dat is goed nieuws. 
 
Maar beide sensoren van de Voltcraft (rood, blauw) vertoonden op schijnbaar volslagen willekeurige momenten forse afwijkingen en lijken overall een stijgende tendens te vertonen.
 

Delta T S1 S2 thermostaat en labortherm op zelfde punt in isolatiebox 899 keer bekeken

klik voor grotere weergave
 
Het zou te verwachten zijn dat de delta T tussen beide sensoren zo goed als 0 graden moet blijven, een tiende graad of zo afwijking zou ik nog geaccepteerd hebben. Ze blijkt echter 1,3 graden te zijn. Dat maakt de Voltcraft voor deze metingen onbruikbaar.
 
Als er iemand nog een idee heeft hoe ik het willekeurige gedrag van de Volcraft kan temmen, graag. Anders zal ik het ding niet meer gebruiken, wat heel vervelend is omdat ik dan aangewezen raak op handmatig aflezen van de kwikthermometer (waarvan ik er maar een heb). Dus ideeën zijn welkom:
 
- Batterijen vervangen door gestabiliseerde voeding?
- Voltcraft inpakken in aluminium folie?
- De meetsnoeren afschermen?
- Temperatuur Voltcraft controleren?
- Goedkoop en nauwkeuriger alternatief voor Volcraft?
- ?

[Pinokkio]

Mooi dat alle relevante topics nu samengevoegd zijn.
 
De Voltcraft gebruikt een beetje energie (heeft immers een batterij) en produceert dus een klein beetje warmte. Daardoor zal hij intern iets warmer zijn dan de kamerlucht. Als je hem inpakt met alufolie, of wat dan ook, wordt zijn interne temperatuur alleen maar hoger. Tenzij het je bedoeling zou zijn om opvallende zonnestraling met die alufolie te bestrijden, maar ik meen dat je eerder schreef dat de ramen verduisterd zijn tijdens de metingen. Niettemin kan het geen kwaad om een plaatje met alufolie als scherm boven de Voltcraft te plaatsen zodat hij niet door zonnestraling opwarmt op die tijden van de dag dat het raam niet verduisterd is. Je weet nu immers niet hoe warm hij intern al is op het moment dat je het gordijn sluit en de metingen beginnen.
 
Je kunt moeilijk gaan doen om de temperatuur van de Voltcraft constant te houden door er een gekoelde kast met thermostaat omheen te plaatsen. Als je toevallig nog een Peltier hebt liggen kun je die wellicht op een of andere manier daarvoor gebruiken, maar ik zie eigenlijk niet in waarom je meerdere temperatuursmetingen in de kast nodig hebt. Doordat de meetkast in een buitenkast van zeer constante temperatuur staat kan het toch niet anders dan dat de temperatuur in de meetkast overal ook constant is? Dus dan heb je aan alleen de Labortherm toch eigenlijk genoeg om af en toe de broedthermostaat te checken?

[WillemB]

Ik heb voorheen een tijd lang metingen gedaan aan x-tal ovens, en inderdaad heb je voor temperatuur metingen 
zeer goede multimeters voor nodig die volledig temperatuur gecompenseerd zijn,
 
ik gebruikte goede NTC weerstanden, en twee HP multimeters
de HP 3457A  (7 digits) of HP 3478A  (5 digits) deze laatste heeft iets slechtere specs.
 
Een NTC van 10 K en de HP 3457A las ik uit via de GPIB bus en een reken programma op de PC deed de rest.
daarmee waren betrouwbare metingen te doen tot 0,01 graad, nadat de HP wel minstens een dag had aangestaan.

[Michel Uphoff]

Doordat de meetkast in een buitenkast van zeer constante temperatuur staat kan het toch niet anders dan dat de temperatuur in de meetkast overal ook constant is? Dus dan heb je aan alleen de Labortherm toch eigenlijk genoeg om af en toe de broedthermostaat te checken?

 
Ik gebruik de Voltcraft van nu af aan alleen maar voor wat ruwe metingen (voordeel is dat ik de uitlezing kan vastleggen met de webcam en er niet bij hoef te blijven).
 
Wat ik nu weet, is dat de temperatuur op een bepaalde locatie in de koelbox mooi constant is. Maar dat is m.i. niet genoeg.
Het kan immers zijn, dat de temperatuur elders in de kast niet constant is, of dat er in de kast overal een constante, maar niet dezelfde temperatuur heerst. Zo zou het in de buurt van het verwarmingsblok heter kunnen zijn dan elders.
 
Wat ik van plan ben is het volgende:
 
In het deksel van de isolatiebox maak ik vier gaatjes (die ik met Eps plugjes kan dichten). Die gaatjes bevinden zich boven het midden van de korte en lange zijden van het meetkastje, net aan de buitenzijde van het glas. Ik ga een meetcyclus opzetten, als volgt:
 
Thermometer in een gaatje (andere dicht), tot bijna aan de bodem van het meetkastje. Na een half uur de temperatuur opnemen. Dan de thermometer omhoog halen tot het kwikreservoir net onder de bovenzijde van het meetkastje zit. Half uur wachten en weer opnemen. Dat herhaal ik voor alle vier de punten. Bij voorkeur doe ik deze cyclus twee keer, bij hogere en lagere kamertemperatuur.
 
Zijn de temperaturen overal (nagenoeg) gelijk, dan weet ik genoeg en mag ik er van uitgaan dat in het meetkastje overal een mooi uniforme temperatuur moet heersen, zodat luchtverplaatsing (los van barometerverschillen) uitblijven.
 
En als dit zo blijkt te zijn, de torsieslinger aanbrengen (wat nog een heel gepruts wordt met zo klein mogelijke dubbele beglazing voor de laserstraal en een zeer precies gaatje bovenin om de draad naar binnen te laten) en de stabiliteit van de slinger nogmaals over langere duur meten.
 
Lijkt jou dit een goed plan?
Wat zou de meest geschikte locatie voor de thermostaatsensor zijn?

[Benm]

Ik weet niet wat de specificatie van Voltcraft is voor die meters, maar wellicht valt dit gewoon binnen de gangbare toleranties. Ze blijven pakweg binnen een halve graad van elkaar, geen idee hoe ver dat van de waarheid is. 
 
Een andere oplossing zou zijn om het zelf met een microcontrollertje te gaan oplossen, en een paar temperatuursensors. Die sensortjes kosten een paar dollar, maar pas wel op voor imitatie. Communicatie gaat digitaal, dus het hele uitlees gebeuren kun je straffeloos een eind van de sensors plaatsen. Resolutie is 0.01 graad, nauwkeurigheid ca 0.5, maar belangrijk: repeatability 0.1 graad. Je kunt ze dus in software ijken, erg handig. 

[Michel Uphoff]

twee HP multimeters

 
Ja.. maar die heb ik niet. En het moet wel een tientjesproject blijven.
Zag net ergens een twee kanaals digitale thermometer met een resolutie van 0,001 graad en +/- 0,008 graden nauwkeurigheid. Om te smullen O:) . Slechts 2000 $ =;

[WillemB]

Ik had wat meer context moeten geven, met minder dan dit type HP meters kan er niet electronisch gemeten worden, met 
deze nauwkeurigheid die gewenst is.
 
Ook wat Benm aangeeft kan niet, met een micro controller heb je de zelfde problemen als met de Voltcraft.
 
Je hebt namelijk om elektronisch de temp te meten, een zeer nauwkeurige DAC en een Voltage reference (LTZ1000) nodig
die volledig temperatuur gecompenseerd zijn, inclusief de omliggende electronica, en dat is niet goedkoop.
 
In een een standaard microcontroller zit dat echt allemaal niet.

[Pinokkio]

Lijkt jou dit een goed plan?
Wat zou de meest geschikte locatie voor de thermostaatsensor zijn?

Laten we eerst eens wat rekenen. Daarvoor is o.a. nodig:
1) luchtcapaciteit van de cpu fan die je gebruikt in de kast?
2) vermogen (Watt) van die fan?
3) heeft het verwarmingselement een controlelampje of zoiets? ik bedoel: kun je zien hoe lang de verwarming telkens aan is, en hoe lang telkens uit? Of is het geen aan/uit-regeling maar is dat ding constant aan en regelt de thermostaat continu het vermogen?
4) indien aan/uit regeling: wat is het vermogen van het verwarmingselement?
5) wat is het uitwendig oppervlak van het blok waarin de verwarming gestoken is?
6) heb je een foto van hoe de situatie van dat blok plus fan eruit ziet?

[WillemB]

Michel, kan je de berekening van de kracht van de maan op de gewichten eens een keer kunnen plaatsen ?
 
Als ik het probeer uit te rekenen kom ik iedere keer op een veel grotere kracht van de maan ondanks de kwadraat afstand,
welliswaar is die kracht van de maan op beide gewichten, dat zou het het effect enigszins opheffen.
 
Echter zou het dan wel een schommel effect optreden als de maan van recht voor naar recht achter beweegt tov de gewichten.

[Michel Uphoff]

1) luchtcapaciteit van de cpu fan die je gebruikt in de kast?

 
Niet bekend. Zal nog even doorzoeken. Het type fan is: Foxconn PVA070e12L:

IMG_20170619_193303150 898 keer bekeken

 
[edit]
Inmiddels gevonden: 1,7 m³ / u bij de toegepaste 12 volt voedingsspanning.
[/edit]
 

2) vermogen (Watt) van die fan?

 
12V 0,2A
 

3) heeft het verwarmingselement een controlelampje of zoiets? ik bedoel: kun je zien hoe lang de verwarming telkens aan is, en hoe lang telkens uit? Of is het geen aan/uit-regeling maar is dat ding constant aan en regelt de thermostaat continu het vermogen?

 
Ja dat is prima te zien. Het verwarmingselement wordt pulsbreedte gemoduleerd. Bij 24 graden kamertemperatuur en 35 graden boxtemperatuur is de duty cycle ongeveer 50%. Het verwarmingselementje is opgegeven voor 15 Watt. Samen met het geschatte vermogen van de fan wordt er dan 7,5 + 2,4 = ongeveer 10 Watt vermogen de box in gestuurd. Dat lijkt ruwweg overeen te komen met de geschatte R waarde (ergens tussen 1,05 en 1,5) en het effectieve oppervlak van 1,2 m²
 

4) indien aan/uit regeling: wat is het vermogen van het verwarmingselement?

 
15 watt maximaal, maar dus pwm gemoduleerd. Ongeveer 1 graad onder de streeftemperatuur begint de duty cycle af te nemen van 100% naar het percentage dat nodig is om de sensor op de ingestelde temperatuur te houden. De aan/uit duur van de Led geeft de duty cycle weer.

IMG_20170619_193118189 898 keer bekeken

 

5) wat is het uitwendig oppervlak van het blok waarin de verwarming gestoken is?

 
Lastig, zie foto. Het blok is 70*70*50 mm. Ik schat het op 1200 cm².

IMG_20170619_193043100 898 keer bekeken

 

6) heb je een foto van hoe de situatie van dat blok plus fan eruit ziet?

 
Zie boven. Voor de foto heb ik het blok van positie veranderd. Ik heb het schuin het in een hoek staan, zodanig dat de ribben een hoek van 45 graden met de zijden van de box maken.
 
Inmiddels begonnen aan de 8 punts metingen zoals eerder omschreven.

[Michel Uphoff]

Als ik het probeer uit te rekenen kom ik iedere keer op een veel grotere kracht van de maan ondanks de kwadraat afstand,
weliswaar is die kracht van de maan op beide gewichten, dat zou het het effect enigszins opheffen.

 
Als de Maan exact haaks op de torsiearm staat, is er geen resulterende torsiekracht, en hetzelfde geldt als de Maan precies in het verlengde van de arm staat. Dan is het gravitatieverschil tussen beide massa's weliswaar het grootst, maar de richting ligt in het verlengde van de arm en levert dus geen torsie op.
 
Bij een armhoek van 45 graden t.o.v. de Maan is de torsiekracht door het gravitatieverschil het grootst, bij mijn opstelling moet de Maan dan in het noordoosten of het zuidwesten pal op de horizon staan. Berekenen we het gravitatieverschil veroorzaakt door het afstandsverschil, dan krijgen we volgens F=G.(m1*m2)/r² ongeveer het volgende, waarbij de arm tegen de klok in wil gaan draaien.
 

Image1 899 keer bekeken

 
Reken je dit uit, dan komt er een torsiemoment van ruwweg 6.10^-14 N op de draad te staan. De torsieconstante van de draad is ongeveer 1,7.10^-7 Nm per graad rotatie. Dit (benaderd) doorgerekend geeft een hoekverschil van ongeveer 0,001 boogseconden. Mijn minimaal meetbare hoek schat ik rond de 30 boogseconden.
 
Inderdaad heeft de gravitatie van de Maan ook een kanteling van de twee massa's tot gevolg; de draad zal niet zuiver loodrecht naar het massacentrum van de Aarde wijzen. Maar ook dat zal de torsiehoek niet merkbaar beïnvloeden.

[Pinokkio]

Inmiddels gevonden: 1,7 m³ / u bij de toegepaste 12 volt voedingsspanning.

Dat lijkt me onwaarschijnlijk laag. Ik had voor een 70 mm cpu-fan een debiet in de orde van 40 m³/h verwacht.
 
Anderzijds schreef je in post #37 "Op dat koelblok een cpu fan op halve toeren."
Debiet is evenredig met toerental, dus wellicht dat die fan op halve toeren dan iets in de orde van 20 m³/h doet.
 
Hoe lager het luchtdebiet des te groter het temperatuursverschil tussen lucht in en lucht uit het fanblok. Met 20 m³/h is dat al meer dan je zou willen, met slechts 1,7 m³/h zou dat zeker een probleem zijn.
 

Bij 24 graden kamertemperatuur en 35 graden boxtemperatuur is de duty cycle ongeveer 50%.

Mooi, maar hoeveel minuten of seconden duurt dan elke aan-fase?
 

 

[Michel Uphoff]

Volgens deze site is het 1,7 m³. Ik nam aan per uur. Maar er staat ook 60 cfm, en dat is ruim 100 m³ per uur.
 
Die halve toeren zijn inmiddels achterhaald, de fan draait als gemeld inmiddels op 12 volt.
De huidige duty cycle is ongeveer 0,7 seconde aan en 0,8 seconde uit. Kamertemperatuur 26 graden, boxtemperatuur 35 graden.