Wimshurst elektriseermachine

[HansH]

Ik kom op ongeveer 800 MΩ voor die 22 cm strip celleron, ruim 36 MΩ per centimeter.
Maar kennelijk is innig contact (de strip is voorzien van ingeschroefde meetpuntjes) van groot belang,

Wat je in ieder geval uit deze meting kunt concluderen is dat we werkelijke weerstand kleiner is dan 36 MΩ per centimeter vanwege het weerstands verhogende effect van de randen. en 36 Mohm per cm is waarschijnlijk al veel te laagohmig voor dit doel.

[Michel Uphoff]

36 Mohm per cm is waarschijnlijk al veel te laagohmig voor dit doel

Ja, dat is de essentie en in ieder geval een (hopelijk dé) reden dat de machine niet kon werken.
Het acrylaat afwachten en dan de betreffende onderdelen vervangen, ik meld mij dan weer.

[Michel Uphoff]

Zijpad.. (in afwachting van perspex):

JKien kwam met de tip een elektroscoopje te bouwen. Ik heb het binnenwerkje af, kastje volgt nog:

Deze uitslag krijg ik nu bij 750V aangelegde spanning. Sluit ik de kleine Wimshurst aan dan ligt de klepel veel verder horizontaal.

Nu de vragen:
- Is er een handige manier om zo'n ding een beetje te ijken, zodat ik er een schaalverdeling bij kan maken? Iemand tips?
- Het lijkt mij dat in theorie de uitslag te berekenen moet zijn op grond van aangelegde spanning, dimensies en materialen. Alleen lijkt mij dat een hele klus want: Wijzigende hoek, afstand, richting. Maar is het mogelijk, en zou iemand zich daaraan willen wagen als ik de dimensies en massa verstrek?

[jkien]

- Is er een handige manier om zo'n ding een beetje te ijken, zodat ik er een schaalverdeling bij kan maken? Iemand tips?

Stel bij de kartonnen wimshurst de spleetafstand achtereenvolgens in op 1 mm, 2 mm, 3 mm, etc. Dan nadert hij tot een spanning van 3 kV, 6 kV, 9 kV, etc. Dat moet je kunnen markeren bij de elektroscoop.

Overigens kun je voor een paar euro een weerstand van 10 GΩ kopen. Als je die in serie zet met je multimeter heb je ineens een nauwkeurige digitale hoogspanningsmeter. (Bovendien kun je daarmee de kortsluitstroom van de elektriseermachine meten.) Als je niet het risico wilt nemen met je vertrouwde multimeter kun je voor dit doel de spotgoedkope multimeter van de Action nemen. Als voltmeter heeft die een ingangsweerstand van 1,0 MΩ, dus elke volt die hij meet betekent dan 10 kilovolt. 1

[HansH]

Nu de vragen:
- Is er een handige manier om zo'n ding een beetje te ijken, zodat ik er een schaalverdeling bij kan maken? Iemand tips?
- Het lijkt mij dat in theorie de uitslag te berekenen moet zijn op grond van aangelegde spanning, dimensies en materialen. Alleen lijkt mij dat een hele klus want: Wijzigende hoek, afstand, richting. Maar is het mogelijk, en zou iemand zich daaraan willen wagen als ik de dimensies en massa verstrek?

Het gebruikte principe is natuurlijk verre van lineair en daardoor lastig te ijken. Omdat blijkt dat jij erg handig bent in het zelf maken zou ik me kunnen voorstellen dat je ditzelfde principe zou kunnen upgraden naar een wel lineair principe. Dat heeft als voordeel dat je maar 1 ijkpunt nodig hebt. of zelfs helemaal geen als je het goed kunt berekenen.

elektroscope 939 keer bekeken

links de standaard versie
rechts mijn voorstel voor een lineaire versie.

onderdeel daarvan is een weegschaal die de afstotende kracht meet tussen 2 evenwijdige platen die op korte afstand zitten. Als je de lading kunt uitrekenen op die 2 platen als functie van de spanning kun je de kracht berekenen en is neem ik aan evenredig met de spanning bij constante afstand d tussen de platen. Dan kan vast iemand we even snel uitrekenen.
Nu komt de truuk:
1 plaat bevestig je op het weegplateau van de (keuken) weegschaal en de andere plaat zit daar vlak boven, maar is via 2 staafjes (die door 2 gaatjes lopen van de onderste plaat) mechanisch verbonden met de onderkant van de weegschaal. Dat betekent dus dat de kracht tussen de 2 platen rechtstreeks al gewicht wordt geregistreerd.
Het geheel geisoleerd ophangen en klaar is je statische hoogspanningsmeting.

[HansH]

Nog even verder nagedacht. Het verband tussen potentiaal en laging is natuurlijk de capaciteit. Maar in dit geval is het de capaciteit naar de omgeving en de omgeving is slecht gedefinieerd. Wat je dus kunt doen is een 3e plaat (metaal, dat was ik nog vergeten) aan te brengen die met de 2e plaat een capaciteit vormt waarvan je 1 plaat dan aard.. nu is het verband tussen lading en capaciteit wel goed vastgelegd en kun je dus de lading berekenen op elke condensatorplaat en 1 daarvan is dus verdeeld over de 2 platen die elkaar afstoten en wat je dus als gewicht ziet.

elektroscope1 932 keer bekeken

[Michel Uphoff]

@HansH: Het moet een klein en handzaam ding blijven. Ik vrees dat ik met jouw oplossing daar niet aan toe kom.

@JKien: Ja die 3 kV/mm is mij bekend, maar ook erg onnauwkeurig. In de praktijk ligt het tussen 1 en 3 kV/mm.

[HansH]

hier ook nog een leuk ideetje. met een shutter die beweegt en de lading op een van de 2 platen van een capaciteit om en om blokkeert of doorlaat. dit meet je dan met een wisselstroomversterker, dus ingangsimpedantie oneindig voor DC.
https://www.semanticscholar.org/paper/F ... d/figure/2

[HansH]

@HansH: Het moet een klein en handzaam ding blijven. Ik vrees dat ik met jouw oplossing daar niet aan toe kom.

De wereld zit vol met compromissen helaas.

[Michel Uphoff]

Dit grafiekje helpt mij wat verder:

Bron: Hackaday (klik)

Er blijkt uit dat het verschil in doorslagspanning tussen een naald en een bol inderdaad zo groot is als verwacht, maar dat tot 50 kV de diameter van de bol weinig verschil maakt.

Natuurlijk spelen ook zaken als luchtdruk (Paschencurve) en luchtvochtigheid een rol, maar volgens researchgate:

Bron: Researchgate, zie bijgesloten paper.

Maakt het tussen ruwweg 30 en 90% luchtvochtigheid weinig uit. Dus denk ik zo mijn instrumentje wel ruwweg te kunnen ijken.

Doorslag onder atmosferische condities

(682.92 KiB) 170 keer gedownload

[Michel Uphoff]

Ik vraag mij af waarom men die elektroscoopjes meestal zo fragiel bouwt. Gisteren (zie de eerdere foto) heb ik zelf ook van dun staalfolie zo'n dingetje gemaakt, en vandaag een tweede poging, maar nu met veel steviger 2 mm dik aluminium. Dat werkt dus in de praktijk net zo goed, en kan tegen een stootje.

Bijkomend voordeel is dat je de gevoeligheid van de klepel af kan stellen. Hier heb ik dat gedaan met een (naar verhouding zwaar) stalen boutje dat in- en uitgedraaid kan worden en zo is het maximale koppel (horizontale klepel) regelbaar tussen 20 en 60 µNm. Daarmee was deze versie nog gevoeliger af te stellen dan het voorgaande exemplaar.

Inmiddels is de behuizing ook af op de schaalverdeling na (die maak ik pas als ik het elektroscoopje kan ijken met de nog af te bouwen Wimshurst).

Perspex is binnen, dus take 2 komende dagen.

[Michel Uphoff]

De celleron dwarssteun is vervangen door een van plexiglas (hier met de folie er nog op), en nu kostte het totaal geen moeite om de kleine Wimshurst vonken tussen de elektroden van de grote machine te laten trekken. De isolatie is prima nu. Als de kleine Wimshurst van de grote wordt losgekoppeld (zie krokodillenbekje links aan de kunststof staaf), blijft de elektroscoop linksonder vele minuten lang ongewijzigde lading aangeven. Met de kleine (kartonnen) machine was dat enige seconden.

Omdat de bollen van de grote machine echt goed rond en glad gepolijst zijn, overbrugt de vonkoverslag slechts maximaal 14 mm, terwijl dit bij de kleine machine 24 mm was. Maar de bolletjes op die kleine machine zijn gemaakt van aluminium kleeffolie met allemaal kleine vouwen en oneffenheden. Dus is de maximale spanning die de kleine machine op kan bouwen (zie de grafiek twee berichten terug) ongeveer 40 kV.

Het ziet er goed uit. Aan de slag met de Leidse flessen.

[Michel Uphoff]

Alle nieuwe onderdelen zijn gemaakt.
Hier zijn de Leidse flessen, 6 mm dikwandige perspex buis met perspex voet en kap. Ze zijn nog niet voorzien van condensatorplaten (het binnenwerk ligt rechts, en het buitenwerk zit het nog op een rol aluminiumfolie), dat komt morgen.

Als het een beetje meezit, morgen vonkbruggen?

[Michel Uphoff]

Inderdaad vonkbruggen, maar.. :



Bij een vonkbrug langer dan een centimeter of 4 begint de vonkoverslag te haperen en lichten de Leidse flessen op. Kennelijk is daar toch iets mis met de isolatie. Maar ik begrijp nog niet wát. Hier de opbouw van zo'n Leidse fles:

Een perspex buis 62 mm uitwendig, 50 mm inwendig, dus wanddikte 6 mm. Bodem en deksel van 10 mm dik perspex. Bodem met UV lijm in de buis gelijmd.

De buis is aan de buitenzijde omwikkeld met 0,1 mm dik zelfklevend aluminiumfolie, beginnend 30 mm vanaf de bovenzijde van de fles.

Het aluminium loopt door tot aan de bodem van de fles, en is daar ingevouwen zodat het contact maakt met het aluminium van het verbindingsstuk tussen beide condensatoren.

In de buis drukt een plaatje dun staal rondom tegen de binnenzijde en fungeert zo als condensatorplaat.

Een centrale aansluitstang is voorzien van een bladveer die tegen de binnenzijde van het staalplaat aan zal drukken als het geheel gemonteerd is.

Beide Leidse flessen zijn met een kunststof bout (zichtbaar op de vorige foto door een centraal gat in de bodem van de fles aan de celleron bodemplaat bevestigd.


Zonder de Leidse flessen kan de vonkbrug wat langer getrokken worden, en natuurlijk is de vonkoverslag minder energiek en veel frequenter omdat er nu een zeer kleine condensator opgeladen moet worden.


Ik moet even een trucje verzinnen om "in" die Leidse flessen te kijken zodat ik kan zie waar het precies vonkt. Maar begrijpelijkerwijs doe ik dat niet met het blote oog. Ik heb ergens nog een oude smartphone.. (de huidige waag ik er niet aan met enige tienduizenden volts in de directe nabijheid).

Iemand een inval wat er nu weer aan de hand kan zijn?

[CoenCo]

Lijm van de bodemplaat die geleidt?
Gaat het langs de buis, of er dwars doorheen?

Ondanks de vele foto’s is de exacte constructie me niet helemaal duidelijk. Kan je een doorsnede tekenen?