Cavendish experiment

[Benm]

Ik denk dat van de eenvoudige methodes de binnenmaten hanteren het beste werkt. 
 
Uiteraard heb je bij een rechthoekig kastje een wat dikkere laag bij de ribben en hoekpunten. Je zou die hoeken eventueel kunnen afronden aan de buitenkant. 
 
Rekenen met het binnenoppervlak als het gaat om minimaal vereist isolatie is het handigste - je komt altijd beter uit dan het getal voor een bol van gelijk volume, hoeveel verschilt in hoe groot te verhouding tussen isolatiedikte en interne dimensies is. 

[Pinokkio]

Dit is een nogal academisch probleem.
Het logaritmisch gemiddelde oppervlak is 1,206 m² maar dat scheelt in dit geval nauwelijks van het rekenkundig gemiddelde 1,219 m² of het eveneens genoemde 1,2096 m². Het minimale onderscheid heeft in dit geval geen enkele praktische betekenis.
 
De genoemde R-waarde van de EPS zal ook niet binnen 1 % nauwkeurig zijn.
Bovendien is de EPS niet de enige warmteweerstand: de wanden van de kast waaromheen de isolatie zit geven ook een beetje weerstand (hebben ook een R-waarde) en de overgang tussen lucht en isolatie geeft aan beide zijden ook nog wat weerstand, afhankelijk van het temperatuursverschil. (Denk aan dubbel glas: daarbij wordt de R-waarde niet zozeer bepaald door die van de glasplaten maar door de luchtlaagjes tegen elke glaswand.)

[Michel Uphoff]

Inderdaad, veelal een academisch probleem. Maar het verschil tussen het binnenoppervlak en het te hanteren oppervlak is in dit geval met zo'n 20% wel degelijk van belang.

De waarden van de drie berekeningen ontlopen hier elkaar in de praktijk niet merkbaar, maar nu weet ik hoe het exact zit en daar ging het mij om.

[Pinokkio]

Maar het verschil tussen het binnenoppervlak en het te hanteren oppervlak is in dit geval met zo'n 20% wel degelijk van belang.

Inderdaad, maar ik bedoelde dat het verschil tussen het ene of het andere "gemiddelde" oppervlak in dit geval nihil is.

Nu wil ik het precieze energieverlies weten bij 1 K temperatuurverschil (binnen > buiten)

Hoe precies heb je dat nodig? Wat voor soort experiment wordt dit?
Of hebben we het hier weer over die Canvendish kast?
 
Als de isolatiebox gevuld is met lucht van 21 ^oC en erbuiten is kamerlucht van 20 ^oC dan zal de binnentemperatuur van de isolatie iets in de orde van 20,8 ^oC zijn en de buitentemperatuur van de isolatie pakweg 20,1 ^oC.
Het temperatuursverschil over de isolatie is dan dus niet 1 K maar slechts 0,7 K en het warmteverlies van de box is dan dus evenredig lager.
Anders gezegd: de totale R-waarde van de box is dan niet 1,05 maar
1,05 / 0,7 = 1,5 m².K/W.
Dit is slechts gebaseerd op mijn natte vinger, maar je moet erop rekenen dat de werkelijke R-waarde van je box (met 4 cm EPS-isolatie) dichter bij 1,5 zal liggen dan bij 1,05 m².K/W.

[Michel Uphoff]

Of hebben we het hier weer over die Canvendish kast?

 
Klopt. Ik heb inmiddels een 10 dagen continue meting gedaan, en mijn grootste vijand blijkt het temperatuurverloop en de resulterende luchtbeweging in het meetkastje van glas. Een lopend experiment d.m.v. een van de buurman geleende broedmachinethermostaat gecontroleerde verwarming in een koelbox ziet er zeer veelbelovend uit. Als dat straks naar verwachting uitpakt, ga ik het hele experiment, inclusief de zware testmassa's en een zware stenen plaat voor meer thermische inertie in een Eps omhulling zetten, met temperatuurbeheersing dmv die thermostaat.
 
Ik wilde graag weten wat de kwintessens was, en die blijkt dat logaritmisch gemiddelde te zijn.

[Pinokkio]

Een lopend experiment d.m.v. een van de buurman geleende broedmachinethermostaat gecontroleerde verwarming in een koelbox ziet er zeer veelbelovend uit.

Ik neem aan dat je bedoelt: de temperatuur in de koelbox was vrijwel constant in de tijd?
Maar dat wil toch niet zeggen dat er geen convectiestromen in de koelbox waren?
Hoe warm wordt zo'n broedverwarmingselement? Ik vermoed heel veel warmer dan de gewenste luchttemperatuur in de box, dus het gevolg is: convectie op de momenten dat dat ding aan is. En convectie is toch precies wat je niet wilt?

... een zware stenen plaat voor meer thermische inertie ...

Ik kan me niet voorstellen dat met twee zware loden cilinders in de kast er nog niet genoeg thermische inertie zou zijn. Te weinig inertie lijkt mij niet het probleem.
 
Zonder meetgetallen hebben buitenstaanders overigens geen idee over wat voor temperaturen in de box en in de zolderkamer het 10 dagen lang ging.
 
Enig idee hoeveel vermogen de laser via de spiegel in de kast achterlaat?
In feite hoeft die spiegel helemaal niet in de geisoleerde kast te zitten maar kan er ook bovenop zolang de verbinding met de balk star is.
 
En die temperatuurmeters in de kast, geven die vermogen af aan de kast?

[Michel Uphoff]

In de test koelbox zitten twee sensoren, op de bodem en een bij het deksel. Een onbruikbare 15 Watt soldeerbout (handvat gebroken, handig..) is met contactpasta helemaal in een geboord gat in een groot processor koelblok gestoken. Op dat koelblok een cpu fan op halve toeren. De sensor van de broedmachine thermostaat (die een gemoduleerde (pwm) spanning naar de soldeerbout stuurt) houdt volgens fabrikant de temperatuurverschillen bij de sensor onder 0,1 graad (opgave 0,05 tot 0,08 graden). Deze sensor hangt ongeveer in het midden van de box. Er is dus sprake van een continue en vrij snelle luchtcirculatie door de fan. De eerste vluchtige meting was veelbelovend. In de koelbox bleef de temperatuur van beide sensoren op 37 +/- 0,2 graden gedurende 8 uur terwijl de temperatuur van de kamer daalde van 27,7 naar 24,5 graden.
 
Deze week plaats ik het winddichte kastje van de torsiebalans in een grotere Eps kast waarin die thermostaat gecontroleerde verwarming met ventilator. De reden hiervoor is dat op grond van de 10 daagse meeting duidelijk is dat convectiestromen in het gesloten kastje de torsiebalans tot wel 0,1 graad kunnen laten uitwijken. Vooral als een piek- of dal temperatuur was bereikt en het teken van de sensoren verwisselde (de urenlang warmere sensor koelde af tot onder de temperatuur van de voorheen koudere- of andersom), kreeg de torsiebalans een duwtje. We hebben het hier over kasttemperaturen die min of meer sinusvormig tot maximaal 4 graden per dag varieerden en sensorentemperaturen die bij de pieken en dalen van de kamertemperatuur tot 0,8 graden van elkaar konden verschillen.
 
Overigens klinkt dit wel wat ernstiger dan het is, want ondanks de ongewenste convectie was er bijna iedere dag een periode van meerdere uren waarin de torsiebalans minder dan een boogminuut draaide. Het meten van een slingerperiode duurt slechts 6 minuten. Maar ik wil de basis zo goed als in een woonhuis mogelijk is krijgen.
 
Hier een weergave van de metingen op een gewone windarme dag:

2edag.jpg (161.5 KiB) 838 keer bekeken

Let op de mooie horizontale rij tussen 13 en 19 uur. Maximale afwijking daar is +/- 0,02 booggraden.
 
Ook de wind speelde soms parten. Tijdens de stormdagen van vorige week draaide de balans tijdens windstoten van 60 tot 75 km/u zeer onregelmatig tot wel 0,2 graden, om zodra de windstoten tot minder dan 45 km/u waren afgenomen weer de vertrouwde maximaal 0,1 graden 24 uurs cyclus te hervatten.
 

6estormdag.jpg (191.57 KiB) 838 keer bekeken

Tijdens storm valt er weinig zinnigs te meten, maar na dag 7 zag het er weer uit als bij de vorige grafiek.
 
Van verstoringen door verkeer, buren e.d. is niets gebleken. Ik kon zelf niet verstoren want was in het buitenland.
 
De energie die de laser toevoegt is heel gering. Bij 90% reflectie moet dat minder zijn dan 0,5 mW. Het spiegeltje moet in het winddichte kastje omdat luchtstromen buiten het kastje anders via het spiegeltje de torsiebalans gaan verstoren. De sensoren zullen nauwelijks energie toevoegen aan het geheel, anders zouden ze in lucht een merkbaar hogere temperatuur aangeven dan in bijvoorbeeld water, en dat is niet het geval.
 
Het stenen blad is wellicht niet nodig voor afdoende thermische inertie maar met een veel hogere warmtecapaciteit (18 kg maal 920 J/kg.K) dan de loden (20 kg maal 130 J/kg.K) testmassa's wel mooi meegenomen. De plaat is echter nodig om een stabiele basis te vormen voor een taatslager dat een 'draaibrug' met de twee 10 kg testmassa's laat draaien en voor de vier stelpootjes waarop het glazen kastje komt te staan zodat de brug er vrij onderdoor kan draaien (de twee gastankjes op de foto nemen even de honneurs voor de toekomstige loden testmassa's waar):
 

blad met taatslager.jpg (283.75 KiB) 840 keer bekeken

draaibrug met dummy 's.jpg (431.86 KiB) 840 keer bekeken

 
Hier een van de grafieken die ik van de 10 dagen test heb gemaakt: De temperatuur van beide sensoren ten opzichte van hun gemiddelde temperatuur over de hele periode. Daar waar het temperatuurverschil tussen beide sensoren het hoogst is, week de balans het meest van het nulpunt af. Dat lijkt mij vrij logisch; grotere temperatuurverschillen is meer luchtbeweging. De hoop is dat ik door vrij snelle luchtcirculatie i.c.m. de verwarming en thermostaat in de buitenkast de temperatuur daarbinnen (en dus in het winddichte testkastje) overal zo voldoende stabiel en gelijkmatig kan houden.
 

10 dagen stabiliteitstest torsieslinger T1 en T2.jpg (102.87 KiB) 840 keer bekeken

(T1 = linksboven voor, T2 is rechtsonder achter in het meetkastje. Klik voor grotere weergave)

[Pinokkio]

Aha, ik begrijp nu wat je gaat doen: de ongeisoleerde Cavendish-kast in een veel grotere geisoleerde buitenkast van constante luchttemperatuur.
 

We hebben het hier over kasttemperaturen die min of meer sinusvormig tot maximaal 4 graden per dag varieerden

Zoveel variatie terwijl de C-kast met 4 cm EPS geisoleerd was? Was de bodem ook geisoleerd, of slecht een houten plank?
 
Heb je ook een grafiek van de zolderkamertemperatuur over dezelfde periode?
 

De binnenmaten van het kastje zijn 50*50*25

Ik neem aan dat je die maten hier slechts als rekenvoorbeeld genoemd hebt om precies 1 m² binnenoppervlak te verkrijgen, want van jouw eerdere fotos had ik de indruk dat de binnenmaten van de C-kast ruwweg 40*15*8 zijn. En wat is de dikte van het glas?

[Michel Uphoff]

de ongeisoleerde Cavendish-kast in een veel grotere geisoleerde buitenkast van constante luchttemperatuur.

Dat is het plannetje.
 

Zoveel variatie terwijl de C-kast met 4 cm EPS geisoleerd was?

Er is sprake van verwarring. Tot op heden had ik alleen het kleine meetkastje, dat ingepakt was in een dun laagje reflecterend isolatiemateriaal:
 
[sharedmedia=core:attachments:24572]
 

Heb je ook een grafiek van de zolderkamertemperatuur over dezelfde periode?

Ja, maar met lage resolutie (1 graad). De temperatuur varieerde tussen 24 en 31 graden in de meetperiode, en volgde ruwweg hetzelfde patroon als in de getoonde grafiek, maar deze laatste liep wat achter. M.i. een gevolg van het beetje isolatie en de thermische inertie van de meetmassa's en van de kast waarop het geheel stond. Die kast heeft heel veel laden met daarin vele tientallen kilo's gereedschap.
 

van jouw eerdere fotos had ik de indruk dat de binnenmaten van de C-kast ruwweg 40*15*8 zijn. En wat is de dikte van het glas?

Het glazen meetkastje is 36*16*7 cm en gemaakt van 1,6 mm dik glas. De isolatiebox er omheen is inmiddels af en is 58*58*33 cm buitenwerks (50*50*25 binnenwerks):
 

IMG_20170615_152041385.jpg (121 KiB) 841 keer bekeken

 
Nu eerst even wat andere dingen doen, maar vanavond zet ik de verwarming aan, en hoop dat over pakweg 24 uur de binnentemperatuur de 37 graden gaat raken. In het gesloten glazen meetkastje zitten de meetmassa's en twee sensoren (weer linksboven voor en rechtsonder achter). De sensor van de thermostaat heb ik bewust vrij ver van de verwarming af ongeveer op halve isolatiekast hoogte aan de andere zijde van het meetkastje gehangen.
 
Komende dagen iedere 10 minuten een opname van de kamertemperatuur, de temperatuur volgens beide sensoren van mijn twee kanaals thermometer en van de sensor van de thermostaat. Ik zou tevreden zijn als de temperatuur in het meetkastje bij beide sensoren minder dan 0,25 graden varieert bij een kamertemperatuur tussen 24 en 30 graden.

[Michel Uphoff]

Een jaar of 30 geleden heb ik een toen vrij prijzige thermometer gekocht. Bereik -10 tot 110 graden, lengte ongeveer 70 cm, verdeling in 0,1 graden. Nu wil ik graag weten wat de nauwkeurigheid van dat ding is. Ik vermoed 0,1 graden, maar ik kan geen info meer vinden.
 
Op de achterzijde staat:
 
Labotherm N, skalenwert 0,1K
11.82 Made in GDR
 
Iemand met meer info?

[king nero]

Geen idee, maar mijn vader heeft lange tijd in het voormalige Oost-Duitsland gewerkt en vele zaken (dopsleutelsets, passers, momentsleutels, vergrootglazen, verrekijkers, micrometers, ... ) van ginds meegebracht en nu, vele jaren later, zijn sommige zaken nog steeds in gebruik en blijken toch van zeer degelijke kwaliteit te zijn, ook al staan er nauwelijks merknamen op.
 
Wel eigenaardig dat er "made in GDR" opstaat, ik zou verwachten dat er "DDR" en duitse tekst opstaat.

[Rhiannon]

Googelen bracht me bij het Cameramuseum waar ze een Labotherm N doka thermometer hebben, klik. Misschien kun je daar meer vinden.

[Pinokkio]

Als de schaalverdeling in 0,1 graden is zou men verwachten dat de nauwkeurigheid iets beter is dan 0,1 graad, zeg 0,05 graad.
 
Kun je een foto plaatsen, want nu weten we alleen dat het een thermometer is die in november 1982 in de DDR gemaakt is. Zit er kwik in, of wat?
 
Als de thermometer geen hout of zo bevat zou je hem zelf kunnen ijken met ijswater ( 0 ^oC) en kokend water (temperatuur afhankelijk van luchtdruk, zie stoomtabel).
Probleem is dan echter wel dat niet de gehele thermometer dezelfde temperatuur zal hebben aangezien het ding 70 cm lang is, dus dan weet je niet wat de gemiddelde temperatuur van de kwikdraad is en kun je daar niet voor corrigeren.
 
Je kunt hem natuurlijk ook ijken naast een andere nauwkeurige thermometer waarin je het volste vertrouwen hebt.

[Michel Uphoff]

Het is een kwikthermometer.
 

0.jpg (28.82 KiB) 841 keer bekeken

1.jpg (179.59 KiB) 841 keer bekeken

2.jpg (104.3 KiB) 841 keer bekeken

 
Punt is, dat ik het vertrouwen in mijn Voltcraft PL-120 T2 digitale thermometer sedert gisteren ben kwijtgeraakt, en van arren moede deze wil gaan gebruiken.
 
Ik was aan het meten aan een plaat steen die volgens de sensor van de thermostaat op 30,2 graden was aangekomen, en volgens de Voltcraft op 29,5 resp. 29,7 graden. Dat kan nog, kwestie van wachten en afstellen. Tot ik het raam openzette en er een koele bries naar binnen waaide. Vrijwel onmiddellijk doken de waarden van de Voltcraft met 1,2 graden. Dat kan natuurlijk niet die 18 kg steen (in een doos van 4 cm Eps) zijn die zo snel afkoelt. Ik vreesde dat het de afkoeling van de meter zelf was die deze plotselinge daling teweegbracht. Dus dat ding een paar minuten in mijn handen gehouden, en lo and behold, de meetwaarden gingen met 2 graden omhoog terwijl de sensoren 1,5 meter verderop in die box zaten..
 
Inmiddels Voltcraft aangeschreven voor een reactie.

[Pinokkio]

Ik vermoedde al dat je hem wilde gebruiken voor het Cavendish experiment.
Maar in dat geval doet z'n nauwkeurigheid toch eigenlijk niet terzake?
Je bent toch eigenlijk alleen geinteresseerd in eventuele temperatuursveranderingen, niet in de absolute waarde want die 37 ^oC is volkomen willekeurig en slechts het gevolg van de toevallig beschikbare broedthermostaat.
 
Het merk is overigens Labortherm, niet Labotherm, maar dat helpt ook niet bij het vinden van relevante info. In feite is het een gewone thermometer die er net zo uit ziet als de tientallen die we in mijn jonge jaren op het lab gebruikten. Ik denk dat men in de DDR echt wel in staat was een nauwkeurige kwikthermometer te maken, die met 0,1 graad streepjes op onderlinge afstand van 0,5 mm waarschijnlijk met een nauwkeurigheid van 0,02 graad af te lezen is.
Maar grootste probleem bij al dit soort thermometers (niet alleen die uit de DDR) is dat als men de onderzijde in iets warms steekt terwijl de rest er bovenuit steekt de thermometer altijd iets te laag aan zal wijzen vanwege de iets koudere kwikdraad.
Als je toch erg nauwkeurig wilt meten kun je de thermometer in isolatie pakken met alleen een opening op het af te lezen deel, rondom 37 ^oC. Of zoiets (use your imagination).