Wimshurst elektriseermachine

[Michel Uphoff]

@HansH maar hoe weet je dan dat de lading niet overgecompenseerd wordt door de lading van de machine?

De methode die ik hanteerde was: Ik laad de elektroscoop op met de rechter elektrode (tot nu toe steevast de kant waar het heldere compacte witte deel van de vonk zich bevindt als ik bollen van gelijke grootte gebruik en de Leidse flessen afschakel). Dat opladen heb ik met diverse spanningen gedaan, variërend van ruwweg 5 tot 100 kV. Vervolgens nader ik de scoop langzaam met een opgewreven pvc buis. Is de scoop laag geladen, dan verdwijnt de hele uitslag en bij hogere voltages zie ik een dip. Dit lijkt mij consistent met een negatieve lading (pvc) die de positieve scoop nadert.
Maar ik laat mij graag corrigeren als ik dit niet correct zie.

@HansH Volgende is nog robuuster omdat er nooit meer dan +/-1 diodespanning kan komen te staan

Die (naar ik aanneem elektrolytische, want 100 μF) condensator overleeft zo'n stortvloed aan kortstondige hoge spanningspiekjes ook?
Maar dan nog vrees ik voor mijn multimeter, die dingen zijn bijna nooit bestand tegen meer dan 1000 V. Ik zou mijn voltmetertje echt niet aan een van de collectoren willen aansluiten, ook al is het maar met een pool, en hem dan helemaal al niet in mijn hand willen houden.

[HansH]

@HansH Volgende is nog robuuster omdat er nooit meer dan +/-1 diodespanning kan komen te staan

Die (naar ik aanneem elektrolytische, want 100 μF) condensator overleeft zo'n stortvloed aan kortstondige hoge spanningspiekjes ook?
Maar dan nog vrees ik voor mijn multimeter, die dingen zijn bijna nooit bestand tegen meer dan 1000 V. Ik zou mijn voltmetertje echt niet aan een van de collectoren willen aansluiten, ook al is het maar met een pool, en hem dan helemaal al niet in mijn hand willen houden.

de multimeter meet parallel aan de diode. dus over de multimeter komt niet meer dan ca 1 volt evenals over de condensator.
(junctiespanning met nog wat spanningsval over serieweerstand)
De condensator is bedoeld om de spanning vast te houden, dus de pulsjes uit te smeren over lange tijd zodat je het kunt meten met een multimeter. Je kunt een kant aarden en met de andere kant een van de 2 bollen meten. Dus dan komt er geen hoge (common mode) spanning op de multimeter. De spanning over de multimeter is zowizo als max 1V zoals al uitgelegd.
evt kun je een goedope multimeter kopen bij de action voor 5 euro als je geen enkel vertrouwen erin hebt. Die heb ik eens vergeleken met de dure apparaten op mijn werk en zijn verrassend nauwkeurig en redelijk hoogohmig op voltbereik.

[Michel Uphoff]

de multimeter meet parallel aan de diode

En zolang die niet doorslaan is het wel ok.

Maar dan lijkt het mij dat je zo'n schakeling niet op een al draaiende machine moet aansluiten, dan voorkom je alle doorslaggevaar.

Gewoon met de diodes beide elektroden bijna 'kortsluiten' zodat de spanning nooit hoog op kan lopen, en dan pas de machine starten. Als zo dan de polariteit wordt vastgesteld, dan de schakeling on the fly verwijderen waarna de spanning in de machine weer zo hoog op kan lopen dat er vonkoverslag plaats vindt, en kijken of die witte zijde van de vonk inderdaad altijd op de gemeten pluspool zit.

Dat is het idee?

[HansH]

Ja dat kan zeker.

[Michel Uphoff]

Net een paar keer met die twee antiparallelle diodes en een afvlakcondensator getest. De spanning kwam niet boven de 0,36 volt uit bij twee 4007 dioden waarover een afvlakcondensatortje van 0,47 μF. De voorgestelde elco van 100 μF deed er tientallen seconden over om 'vol te lopen'. De gemeten spanning is ruwweg de helft van de drempelspanning van de diodes, en mogelijk veroorzaakt door de reverse current leak van 5 μA van dit type diodes (zie ook verderop).

Inderdaad kwam de gemeten pluspool overeen met de heldere kant van de vonkboog. Na wat hocus pocus met een opgewreven staaf pvc bij de sectoren lukte het mij de polariteit om te keren, en inderdaad verhuisde de helderwitte zijde van de vonk ook van plaats mee. En even later bleek de polariteit vanzelf weer omgekeerd, wederom met het correcte resultaat.

Maar vervolgens bedacht ik mij dat de stroomsterkte die deze machine levert zo gering is (in de orde van een paar handvol microampères), dat ik net zo goed mijn multimeter (met een inwendige weerstand van 8,86 MΩ) direct kon aansluiten en dus dat hele circuitje weg kon laten. De spanning zou nooit echt hoog op kunnen lopen want voor een klemspanning van 1000 volt op de voltmeter zou bij deze inwendige weerstand meer dan 100 μA stroomsterkte nodig zijn, en dat kan mijn Wimshurst nooit continue leveren. Ik mat, afhankelijk van het toerental van de disks 30 tot 68 volt over beide collectoren. Dus een stroomsterkte van ruwweg 10 μA maximaal.

Een voorwaarde: Nooit aansluiten op een reeds draaiende machine, want dat is vrijwel zeker einde multimeter.

Die stroomsterkte zou volgens de Wimshurst Machine Designer theoretisch maximaal ruim het dubbele kunnen zijn, maar in dat programma zijn wel meer nogal optimistische aannames meegeprogrammeerd lijkt mij. Zo geeft het een vonklengte van 17 cm op, zonder te specificeren waartussen die vonk dan loopt (naald, bol, vlak) en zonder er rekening mee te houden dat de isolatie tussen de sectoren die vonklengte beperkt tot ruwweg 11 cm.

Anyway, de uitspraak dat de 'witte zijde' van de vonk de pluspool is kan ik bevestigen. De exacte oorzaak van deze duidelijke asymmetrie, dat is vers twee..

[HansH]

Net een paar keer met die twee antiparallelle diodes en een afvlakcondensator getest.

leuk dat dit werkt. Die voltmeter rechtstreeks aansluiten kan natuurlijk ook, maar had ik je zelf niet durven adviseren. Maar je ziet: zelf experimenteren betekent dat je al snel gevoel krijgt wat wel en niet kan door vanuit de meest voorzichtige toestand uit te breiden.
Ik ben eigenlijk ook wel benieuwd hoe gelijkmatig die lading wordt gegenereerd. is het gewoon een stroombron van 10uA dus? dat kun je gewoon op uA bereik meten op dezelfde manier.

Heb je ook al eens een van de graaf generator gemaakt? Daarmee schijn je nog hogere spanningen te kunnen maken omdat je de opgebrachte lading via een band richting hoge spanning perst.

[Michel Uphoff]

is het gewoon een stroombron van 10uA dus?

Nee. Hoe het precies theoretisch zit weet ik niet. Ik meet direct tussen de klemmen van mijn ampèremeter slechts 2,5 μA. Sluit ik een 10 MΩ weerstand in serie met de ampèremeter aan dan loopt de stroomsterkte op naar 3,6 μA en bij 20 M in serie naar 4,5 μA.

Toen maar eens die 10 GΩ weerstand in serie gezet met de stroommeting...
Dmv een kleine kogelspleet en een lage voedingsspanning, en dus traag oplopend toerental gewaarborgd dat ik op tijd kon stoppen om de doorslag van die weerstand bij te hoge spanning en dientengevolge een mogelijk catastrofale ontlading in mijn multimeter te voorkomen. Ik ben snel gestopt bij een vrij laag toerental en al een stroomsterkte van 10 μA, wat over een weerstand van 8,86 GΩ neer zou komen op een kleine 90 kV.

Ik hoop dat de bestelde 100 kV 10G weerstand snel komt, dan kan ik eens wat verder kijken. Maar tot nu toe lijkt het er op dat met oplopende spanning ook de stroomsterkte toeneemt. Mogelijk haal ik die optimistische waarde van de WMD toch bij hoge spanning.

Heb je ook al eens een van de graaf generator gemaakt?

Nee. Misschien doe ik dat nog wel eens, maar technisch is dat een vrij eenvoudig ding vergeleken met een Wimshurst. Het moet ook een beetje een uitdaging zijn om te bouwen.

[jkien]

Mijn speelgoed vandegraaffgenerator, de "fun fly stick", was een duidelijke stroombron. De stroom door de voltmeter was 1,2 μA, onafhankelijk van de weerstand die in serie met de voltmeter stond (0 Ω of 10 GΩ). link

[HansH]

is het gewoon een stroombron van 10uA dus?

Nee. Hoe het precies theoretisch zit weet ik niet. Ik meet direct tussen de klemmen van mijn ampèremeter slechts 2,5 μA. Sluit ik een 10 MΩ weerstand in serie met de ampèremeter aan dan loopt de stroomsterkte op naar 3,6 μA en bij 20 M in serie naar 4,5 μA.

die multimeters nemen samples van de stroom. Het kan zijn dat ze niet goed om kunnen gaan met pulsevormige stromen. bij grotere serieweerstand gaat de zaak meer afvlakken en krijg je betere resultaten waarschijnlijk. een weerstand 1megaohm in serie met de stroommeter en dan een condensator parallel met meter+1 meg geeft een laagdoorlaatfilter. Je zou kunnen kijken of het dan wel een stroombron is. Je meet nu een negatieve weerstand. dat roept wel vraagtekens op zonder goede verklaring.

[HansH]

of meten met een echte draaispoelmeter. die geven wel de echte gemiddelde stroom.

[Michel Uphoff]

Dat moet wel een gevoelig draaispoelmetertje zijn wil ik 1 μA echt kunnen aflezen.
Die ik hier heb geeft pas bij 1 mA een volle uitslag en is dus ongeschikt.

Vervolgens heb ik een meetopstellinkje gemaakt en wat testjes gedaan:

Tot een serieweerstand van 10⁷Ω (en waarschijnlijk nog een stuk daar voorbij) gedraagt de Wimshurst zich zo te zien als constante stroombron. Maar bij een serieweerstand van 10G ligt dat toch anders. Jammer dat ik geen 100M en 1G weerstanden heb, want die waarden lijken mij interessante meetgegevens te kunnen leveren.

[Professor Puntje]

Kan je die hoogohmige weerstanden niet zelf maken van een geschikt staafje materiaal?

[Xilvo]

De stroomsterkte neemt toe, bij toenemende weerstand?

[CoenCo]

De stroomsterkte neemt toe, bij toenemende weerstand?

Dat zou op zich best kunnen lijkt me? De lading op de sectoren van de schijven veroorzaakt uiteindelijk dat de elektronen naar de flessen stromen via de kammen. Als de extern aangesloten weerstand te laag is, zit er onvoldoende lading op de sectoren en werkt de machine niet / minder efficiënt.

[CoenCo]

Tot een serieweerstand van 10⁷Ω (en waarschijnlijk nog een stuk daar voorbij) gedraagt de Wimshurst zich zo te zien als constante stroombron. Maar bij een serieweerstand van 10G ligt dat toch anders. Jammer dat ik geen 100M en 1G weerstanden heb, want die waarden lijken mij interessante meetgegevens te kunnen leveren.

10 x 10M in serie is ook 100M....