Bleeker weerstand decade

Dit weekeinde kocht ik bij een verkoopdag van overtollige materialen van het Omroep Zender Museum voor een verwaarloosbaar bedrag een decade gemaakt door Bleeker, ofwel Nedoptifa. Ik bezit een kleine collectie apparaten van Dr. Caroline Bleeker. De eenvoud en kwaliteit vind ik erg aantrekkelijk.

De 0,1 Ω tot 100 kΩ decade bemeten met een HP 3468B 5 1/2 digit multimeter. Het serienummer van de decade is 69394 S.

De decade was erg smerig en wat gebutst, dus heb ik hem de volgende dag schoongemaakt en gekalibreerd. Het is een uitvoering met aansluitingen tussen de schakelaars, ook inzetbaar als spanning deler. Er staat zoals, gebruikelijk bij Bleeker, geen nauwkeurigheid of type op aangegeven en de originele documentatie is zoek. Een bron op internet, de Stichting Historische Microscopie, noemt voor een serie decades van Bleeker 0,005 % ofwel 50 PPM. Als deze dat haalt zijn de meeste moderne apparaten niet in staat dat te controleren. Mijn multimeter met de hoogste resolutie, de HP op de foto, haalt dit (ruw) formeel enkel de eerste 24 uur na een kalibratie.

Het binnenwerk. Zes draaischakelaars, zestig draadweerstanden.

Bij het meten op de overigens niet gekalibreerde HP, met een vierdraad aansluiting op de terminals van de decade bleek echter dat de eerste twee decades behoorlijk afweken. Er werd steeds 1 decade tegelijk gemeten. De temperatuur was deze vroege lentedag 15 graden.

De eerste weerstand van 0,1 Ω, meet met 0,105 Ω zelfs bijna 5% te hoog. Daarna wordt het beter, als we de Y-as 50x vergroten zien we:

200 PPM afwijking is goed, hoewel groter dan de misschien gehoopte 50. Ik denk niet dat dit in de HP zit omdat deze steeds rond de “3” van bereik wisselt, en daar geen sprongen te zien zijn. De waarden in de decades van 100 Ω tot 1000 Ω en die van 10 kΩ tot 100 kΩ zitten netjes binnen 51 respectievelijk 54 PPM afwijking van elkaar. In de decade tussen 1 kΩ en 10 kΩ lijkt het effect zichtbaar van een beschadigde onderste weerstand. Zijn invloed neemt af naarmate er meer goede weerstanden mee in serie staan.

Wat er aan de hand is met de laagste decades laat zich raden: De maximale belasting van de weerstanden is zoals aangegeven op de decade slechts 250 mW. Aan de gebubbelde lak is al te zien dat dit vermogen royaal overschreden zal zijn. De weerstanden zijn niet kapot gegaan, maar ook niet meer binnen specificatie.

De weerstanden zijn overigens draadgewonden en vanaf 1 Ω voorzien van een Ayrton–Perry winding voor kleine parasitaire eigenschappen, dus weinig zelfinductie en capaciteit. Een deel is gelakt, twee hogere decades zijn bedekt met een wasachtige substantie.

Voor de zekerheid -en het plezier- is de onderste decade nog eens gemeten met mijn Bleeker 2181 Thomsonbrug. Deze brug heeft drie cijfers, vier als we schatten tussen twee schaaldelen, en een kleinste bereik van 100 µΩ (!). De gebruikte voeding is een Delta E030-3 op de voor de brug gebruikelijke 2 V. De meet stroom is in dit bereik ruw 1 A. Let niet op de draadkleuren, dat deed ik kennelijk ook niet 😉 De schaal van de grafieken is in hier meer gepaste procenten.

De meting met de Bleeker brug laat een gunstiger beeld zien, hoewel ook hier alle weerstanden omhoog afwijken. De HP werkt hier in zijn laagste bereik: 300,000 Ω, dus zijn er bij deze meting slechts drie cijfers. De specificatie van de HP in dit bereik (1 jr) is 0,017 % + 5 digits. Mijn gevoel is dat de brug het beter doet.

Hierbij kwam de vraag op of het mogelijk juist is om de nulweerstand, de weerstand met de knop op “0”, af te trekken van de op de overige standen gemeten waarde. Deze is voor deze eerste decade overigens 4 mΩ volgens de HP en 2,55 mΩ op de Bleeker.

Dit geeft in dit geval, omdat de weerstanden allen omhoog afwijken, een beter resultaat, maar het lijkt bij nader inzien een vreemde manier van het specificeren van een decade. De nulweerstand is onvermijdelijk, maar alle andere weerstanden kunnen zo ingesteld worden dat de tussen de klemmen gemeten weerstand de nominale waarde heeft.

Er is een zekere verleiding de al te grote afwijkingen te corrigeren door “moderne” weerstanden parallel of in serie te schakelen. Omdat de correctie klein is, is de hoop dat de goede eigenschappen zoals de stabiliteit van de Bleeker weerstanden hierbij in stand blijven. Het soldeerwerk is echter lastig, er moeten geen nieuwe fouten geïntroduceerd worden. Ook zouden eerst de metingen gecontroleerd moeten worden, bijvoorbeeld door te vergelijken met enige lage normaal weerstanden van onbesproken gedrag. Voorlopig dient een reparatiepoging geen doel, en laat ik de decade zoals hij is.

Ondanks de beschadiging is het een mooie aanwinst. De metingen tonen maar weer aan dat er duidelijk meer gemeten moet worden.

Relais klok

Dit is een digitale 24-uurs dochter klok met analoge uitlezing, door mij gemaakt met relais. Zoiets had ik willen bouwen toen ik als klein Aartje met relais en draadjes prutste, maar ik wist niet hoe het moest en er was nog geen internet. Vorig jaar kwam ik echter een interessante tweedeler opgebouwd met twee relais tegen. Dit was de inspiratie om eens nostalgisch te gaan knutselen.

De klok is in werking te zien op de AartTube.

Een animated GIF van de test van de twee-deler.

Ontwerpen voor digitale delers met relais zijn er inmiddels in meerdere varianten, die allemaal zo hun slimmigheden en beperkingen hebben. De schakeling welke mij inspireerde (link naar de pdf) maakt gebruik van het feit dat twee relais in serie aan kunnen trekken. Hij is niet gevoelig voor de puls duur en gebruikt ook geen serieweerstanden en grote condensatoren, wat ik in de context minder elegant vind.

Toggle flip flop. 
From "A 4-Bit Counter Using Relays", Peter Hiscocks, 2001.

Schema overgenomen uit bovenstaande: “A 4-Bit Counter Using Relays”, Peter Hiscocks, 2001.

De gebruikte onderdelen komen overal en nergens vandaan. De Siemens relais, de voeten, het draad, een doosje fraaie 4,99 kΩ 1% weerstanden van Ti en de ontmantelde T6.5 lampjes komen uit verschillende erfenissen van andere knutselaars. Vooral het schoon en in orde maken van de uit-gesoldeerde relais voeten was veel (priegel) werk. Voor dit soort grofstoffelijke elektronica werkt ouderwetse gaatjesprint zonder koper het best.

De schakeling bestaat uit een ingang-relais als interface naar het klokkennet in huis, dat een bipolaire minuut puls voert, gevolgd door de minuten- en de uren delers.

Op elke deler zijn twee contacten over, deze zijn gebruikt voor het bij de juiste stand (59 minuten, 23 uur) resetten van de deler en voor de uitlezing. De uitlezing bestaat uit twee R2R DAC’s en metertjes. De analoge referentie is een 10 V zener diode, de meters zijn van Philips en hebben een gevoeligheid van 100 µA volle schaal.

De lampjes zijn aangesloten via 1N4004 diodes, ooit op rol gekregen van een vorige werkgever, zodat ze centraal schakelbaar zijn. Inschakelen van de lampjes maakt het geheel overigens flink trager omdat deze in serie op moeten gloeien: Zonder lampjes wordt een paar Hz gehaald, met hooguit 2 Hz. Dit is voor de toepassing, waar maar 1 puls per minuut komt, geen probleem.

Mijn audio-achtergrond is zichtbaar in dat de stroomkringen van de delers en het analoge deel in de bedrading gescheiden zijn, wat bij stromen tot 1 A niet helemaal irrelevant is. De klok verbruikt een beschaafde 5 W met de lampjes uit, 20 W met de lampjes aan, bij 24 V.

Ik heb geen schema getekend en ben direct begonnen met het bouwen en testen van de eerste tweedeler. Zo onvoorbereid bouwen en tegelijk experimenteren is een fijne afwisseling. Het moest niet op werk lijken. Dit maakte wel dat een paar zaken niet handig gekozen zijn, zo blijkt lampje uit een logische “1” op de uitlezing en zullen de nog te maken wijzerplaten wat vreemd moeten worden, met een dood stuk tussen 23 en 31 ( = 0 ) uur en de 59 – 00 minuten uur-overgang in het midden van de schaal. Maar dat geeft karakter 🙂

Zoals de schrijver van de PDF al aangeeft is een deler een belangrijk onderdeel van een complete relais computer. Die zal ik echter niet bouwen. Dat heeft Willem van der Poel al gedaan met zijn Testudo, en wel in een tijd dat dit technisch nog een belangrijke prestatie was. Het lijkt mij leuk zijn ontwerp eens te bestuderen. Hoewel er veel over de geschiedenis te vinden is, is er weinig informatie over de logische werking van deze machine te vinden.

Fluke 845AB Null detector

Onlangs kwam ik in bezit van een Fluke 845AB high impedance voltmeter / Null detector. Dit is een DC voltmeter met een ingangsimpedantie van 10 MΩ, 100 MΩ in de hogere bereiken, een goed zwevende ingang met een lek naar de guard van > 1 TΩ, en een kleinste bereik van 1 µV DC volle schaal. Deze worden o.a. toegepast in gevoelige meetbruggen en bij het back-to-back vergelijken van standaardcellen.

Het front van het instrument.

Hoewel ik een chopper vermoedde maakten de specificaties toch wel nieuwsgierig hoe het instrument in elkaar zit. Gelukkig bleek het defect, bij inschakelen ging de meter langzaam in de hoek, en was de service manual online te vinden. Dus mocht het direct uit elkaar. Tot mijn verbazing blijk de chopper opgebouwd te zijn met LDR’s en neonlampjes. Toch niet de meest precieze of gevoelige componenten.

De neonlampjes in de metalen blokken links belichten via lange plexiglas staven de LDR’s rechts. Omdat de synchrone detector uiteraard gevoelig is voor de stuurspanning van de lampjes moeten deze componenten elektrisch goed gescheiden zijn. Vandaar de grote fysieke afstand.

In het blokschema doorloopt het te meten signaal achtereenvolgens:

  • De verzwakker aan de ingang. In de bereiken boven 1 mV wordt verzwakt naar 1 mV.
  • De chopper met de neonlampjes op LDR’s.
  • De AC voorversterker. De gain hiervan wordt verhoogd bij de bereiken < 300 µV.
  • De synchrone demodulator. Deze is eenvoudig van opzet: Het is een enkele transistor.
  • Een DC versterker, een discrete opamp, met een vast ingestelde versterking van 300x. Het uitgangsspanningsbereik is 1 VDC.

Hierna volgen de galvanometer en een eenvoudige modulator / transformator / demodulator schakeling voor de gescheiden recorder output. De belangrijkste truck om de schakeling goed lineair te maken is een overall DC terugkoppeling naar de chopper, deze terugkoppeling is 1 µV voor het gevoeligste bereik en tot 1 mV voor de grotere. Opvallend is nog dat de 1-3-10 stappen in de bereiken in zowel de AC gain als in de overall terugkoppeling terug komen.

Alles binnen het guard shield wordt via een transformator gevoed uit een 84 Hz voeding op een aparte print, wat ook de chopper frequentie is.

Het defect was snel gevonden. De ruwe voedingsspanning was te laag omdat de interne 10 V accu batterij, welke altijd onder spanning gehouden wordt, kapot was gegaan en was gaan lekken. Na alles zo goed mogelijk schoongemaakt te hebben viel de schade mee, en gelukkig betrof deze enkel de voedingsprint. Het instrument is met het schema in de manual omgebouwd naar enkel bedrijf op de netspanning, door een weerstand weg te halen en een 10 V zenerdiode te plaatsen. Tevens monteerde ik voor comfort een gewone IEC netentree in plaats van de Amerikaanse.

Met deze modificatie lijkt het weer behoorlijk te werken, en bleek de kalibratie op mijn AD584 spanningsreferentie nog spot on te zijn. Daar ben ik dus zorgvuldig afgebleven. De wijzer is in de gevoeligste bereiken wel wat onrustig, maar op het oog binnen de specificatie van 0,3 µV op het 10 µV bereik. De bereiken daaronder vereisen nader onderzoek.

De deelschakeling van de geïsoleerde recorder output. Het gemeten DC signaal moduleert via Q113, 114 een 84 Hz signaal door de primaire wikkeling van transformator T203. Aan zijn secundaire kant wordt dit door Q203, 204 weer gedemoduleerd naar DC.

Merk op dat T203 een scherm heeft dat verbonden is met de guard, de stippellijn, om de gehele primaire wikkeling heen. Er is zelfs een tweede aardscherm aan de (kast-) aarde onder de secundaire wikkeling. Ook de voedingstransformator heeft deze voorzieningen, de guard wordt nergens doorbroken. Overigens mag op de guard een spanning tot 1100 V ten opzichten van aarde zijn, én is de ingang in alle bereiken bestand tegen 1100 V overspanning (!). Dit wordt bereikt met een een eenvoudige diode clamp en een 150 kΩ / 2W serieweerstand aan de ingang, die het bij 1 kV als ik mij niet vergis behoorlijk warm zal krijgen..

De fraaie componenten, zwevend gemonteerd rond de bereiken schakelaar.

Nog wat spectaculaire getallen; Op het gevoeligste bereik, 1 µV over 10 MΩ, rollen er gemiddeld voor volle uitslag 624000 elektronen per seconde de ingang in. Door een eenvoudige modificatie, het weghalen van een 10 MΩ weerstand aan de ingang, is de ingangsimpedantie op de gevoeligste bereiken volgens de manual op te voeren naar ruw 300 MΩ en zijn dit er zelfs slechts 20800. Dat zouden er 416 per schaaldeel zijn, die kan men bijna tellen 😉 Zo gezien is het ook een gevoelige stroom meter.

Al met al een leuk en inspirerend instrument voor de verzameling. Voor wie meer wil weten is de service manual de moeite.

Klok pulsgever

Het doel was een aantal dochter- of nevenuurwerken op de Oude Leidse Sterrewacht weer op tijd te laten lopen. Het klokkennet op de Sterrewacht is helaas verdwenen bij het opknappen van het gebouw, en de modernere pulsgever waar de buitenklok van Faverger boven de voordeur op liep was al enige jaren defect.

Voor hun behoud is het belangrijk dat klokken zo veel mogelijk lopen. Niet iedereen ziet de waarde van een rare oude klok die het niet doet.

Moser Swiss made 24h siderial slave clock with illumination.

Op de foto een van de Moser-Baer uurwerken met verlichting uit 1962. Deze hangt op de noordzuil van de Fotograaf en geeft sterrentijd aan. De sticker is om de wijzerplaat niet te beschadigen geplakt op Scotch Removable tape.

Uitdagingen in dit project zijn dat het gaat om uurwerken die werken op een seconde impuls, en die geen voorzieningen hebben om ze gelijk te zetten. Gelijkzetten kan dan enkel door (iets) sneller te lopen of door stilstaan en wachten. Het is ongewenst en bij de klok boven de voordeur praktisch ondoenlijk om de wijzers met de hand bij te stellen. Een extra uitdaging is dat bij een deel van de telescopen de lokale sterrentijd of siderische tijd noodzakelijk is. Anderen klokken op de Sterrewacht geven UTC aan. De klok boven de voordeur loopt om historische redenen op de lokale zomertijd, dat is UTC + 2 uur. Tot slot zijn de klokken in de donkere koepels voorzien van gloeilampjes in de rand, die natuurlijk ook moeten werken.

Slave clock impuls electronics.

De 3.0 elektronica van de pulsgever. De IC’s zijn een Atmega 328 en een LM358.

Deze pulsgever voorziet in alle genoemde punten. Hij houdt bij waar de wijzers van het uurwerk zijn, slaat de positie op als de netspanning wegvalt, en zorgt dat de klok bij terugkeer van de spanning vanzelf weer gelijk gaat lopen. Op de kast van de klok is een enkele drukknop om de lampjes te schakelen en het uurwerk een klein stukje bij te stellen. Uitlezen van de status en instellen van de wijzer-positie kan via een terminal, maar het laatste kan ook met de drukknop. Een indicatie-led toont de data en status van de DCF. Het geheel is compact en wordt op de DCF ontvanger en een ingekochte 24V netadapter na ingebouwd in of vlakbij de uurwerken.

Één van de 24-uur uurwerken van W. Moser-Baer bij het schoonmaken. De door ons gebruikte olie is Dr. Tillwich Clock 859. Omdat deze uurwerken met secondewijzer 60x zo hard draaien als die op een minuten-impuls is enig onderhoud noodzakelijk. De schakelaar pulst 1x per minuut en gebruiken wij niet. Dit zal een terugkoppeling naar de klokkencentrale geweest zijn.

Dit project is geen moederklok omdat het voor de juiste tijd geheel afhankelijk is van het DCF77 tijdsignaal. Er is geen andere mogelijkheid de interne klok gelijk te zetten, DCF77 is de feitelijke moederklok.

De hardware is gebaseerd op de Arduino Uno, maar dan met een 16 MHz kristal in plaats van de gebruikelijke resonator, en de voortreffelijke DCF77 bibliotheek van Blinkenlight. De laatste implementeert een filter, wat de ontvangst van DCF sterk verbetert als er flinke interferentie is. Het uurwerk wordt gelijk gezet als de onzekerheid van de ontvangen tijd kleiner dan 200 ms is. De H-brug voor het bipolair met 24V sturen van het uurwerk is opgebouwd rond een eenvoudige LM358 opamp. Voordeel van deze oplossing boven andere mogelijkheden is dat hij compact en kortsluitvast is. Er werd gekozen voor draadcomponenten omdat daar nog veel van in huis was. Met het oog op de betrouwbaarheid onder de “buiten” omstandigheden in de koepels is gekozen in de elektronica, buiten de netadapter, geen elco’s toe te passen.

Klik hier voor een ZIP met daarin dit project. Deze bevat de KiCad- en Gerber bestanden van de print en de meest recente Arduino code, inmiddels versie 3.19. Op verzoek is er een werkdocument van dit project beschikbaar dat ik door formaat beperkingen op deze site op het moment niet kan uploaden. Dit alles zonder enige garantie.

Hoewel ik dit project in 2018 begonnen ben werken wij er inmiddels met meerdere WLS vrijwilligers aan. Het zal mogelijk nooit helemaal “af” zijn, maar de eerste klokken lopen naar tevredenheid.

In een terzijde verkoopt Het Uur complete pulsgevers voor nevenuurwerken. Die werken enkel op gewone tijd, kennen geen gelijk-zet functie en waren daarom niet bruikbaar voor onze toepassing. Hoewel ik er geen ervaring mee heb wil ik ze hier toch graag promoten omdat goed verkrijgbare pulsgevers kunnen voorkomen dat nevenuurwerken gesloopt worden om ze te voorzien van een goedkoop kwartsuurwerk. Dat soort barbaarse praktijken zijn verdrietig voor liefhebbers van deze interessante oude uurwerken. Hoe een klok loopt is onderdeel van zijn identiteit.

Korte afval grijper

Hoewel ik gewoonlijk als technicus door het leven ga heb ik sinds enige tijd een verborgen tweede leven. Als pick-up artist 😎

Dat komt; begin dit jaar deed ik een cursus in het determineren van planten, waarbij bij het veldwerk begon op te vallen hoeveel zwerfafval in onze omgeving ligt te wachten totdat het opgeruimd wordt. Dit afval ontstaat door kinderen, die het nog moeten leren, en ouderen die om enige reden geen bandbreedte hebben om het zelf (goed) op te ruimen. Dat is geen verwijt, maar ik heb de luxe niet in één van die categorieën te vallen en wil bij gelegenheid op mijn vele wandelingen best wat helpen. Dat doen meer mensen.

Al snel blijkt dan echter dat voor veel afval handschoenen wenselijk zijn. Die zijn echter onhandig, ze worden vies en je wilt natuurlijk niet meer afval maken dan dat er al was. Een grijper-stok zoals tegenwoordig te koop bij de bouwmarkten grijpt ook afval zeer comfortabel, maar is zo’n 75 cm lang en bepaald onhandig om mee te nemen op een wandeling.

Daarom heb ik een goedkope stok van de Gamma flink ingekort zodat hij in een apart vak van mijn rugzak past. Het inkorten is een eenvoudig klusje. De stok kan uit elkaar door de twee metalen pinnetjes vanaf de kant zonder kartels uit het plastic te tikken of te drukken.

Grijper gedemonteerd in onderdelen.

De ingekorte knijperstok in onderdelen.

De ronde buis en het ijzerdraad voor de bediening daar binnen in werden 35 cm ingekort. Het resultaat is een grijper van 42 cm lang. De ijzerdraad moet bij het afknippen 6 mm langer blijven zodat er een nieuw haaks uiteinde gebogen kan worden.

Dit grijp-instrument heeft overigens best een slimme constructie, de hoeveelheid metaal is minimaal en de knijper kan vrij draaien ten opzichten van het handvat. Hoewel hij niet zo degelijk voelt bleef hij dit jaar prima grijpen, en pakt hij ook gemakkelijk een peuk op.

Als verzameltas gebruik ik bij voorkeur polyester boodschappentasjes zoals men die tegenwoordig wel cadeau krijgt. Dit materiaal is super glad, wat hier praktisch is, en als dat nodig is eenvoudig te wassen. Het is echter niet waterdicht.

Ingekorte grijper.

De ingekorte knijper en de polyester boodschappentas waar hij in gaat.

Na een tijdje zo af en toe wat geraapt te hebben kwam ik tot de volgende gewoontes:

  • Alleen grijpen wat je bij toeval tegenkomt en als je er zin in hebt.
  • Overdrijf het niet, en laat altijd wat liggen voor anderen 🙂
  • Niet bij anderen voor de deur, op een bedrijfs parkeerterrein etc.
  • Het afval gaat in de dichtstbijzijnde afvalbak.

Burroughs BarGraph display

Burroughs Bargraph BG-12201-2

Op zoek naar iets anders in de schuur van mijn vader kwam ik deze displays tegen. Het zijn Burroughs BarGraph glow-transfer displays, type BG-12201-2. De displays zijn uit 1972 en geven twee neon bar graph uitlezingen met 201 streepjes. Een soort moderne bar-variant van een Nixie. Zij werden typisch toegepast voor L en R audio levels in allerlei professionele studio apparatuur.

Het was onbekend of ze nog werkten, dus besloot ik te proberen ze te testen.

Een eerste lastigheid was de connector, of het gebrek daar aan. Ik loste dit voor de test op door het display op een blokje hout te plakken, losse draadjes in de 0,6 mm brede contact-sleuf tussen glasplaat en keramiek te steken en het geheel met plakband te fixeren.

Burroughs Bargraph BG-12201-2

De displays bestaan uit een witte keramische plaat waarop de kathodes, hun verbindingen en een afdeklaag ge-zeefdrukt zijn, dan iets van 0,5 mm ruimte voor het neongas afgedekt met een glasplaat met daarop de anodes.

Op het internet is de nodige informatie te vinden over hoe de displays werken. Als eerste wordt een start kathode ontstoken, het eerste streepje, waarna de ontlading door middel van een drie fasen klok over de rest van de streepjes loopt. Dit spel herhaald zich tientallen malen per seconde, zodat het display niet knippert.

Burroughs noemt dit het glow-transfer principe. Omdat de anode spanning bij een actieve ontlading door de stroombegrenzingsweerstand daalt tot onder de ontsteek spanning kan enkel een naast de actieve kathode gelegen volgende kathode ontstoken worden. De driefasen klok zorgt dat dit steeds het streepje rechts naast het op dat moment brandende zal zijn. Feitelijk is de aansturing zo dus digitaal.

Op deze slimme manier is met relatief weinig aansluitingen en elektronica een lange bar met hoge resolutie te realiseren. Ook een logaritmische schaal is geen probleem, wat voor audio wenselijk is.

Als de gewenste indicatie bereikt is wordt de anodespanning van de betreffende bar voor de rest van de cyclus uitgeschakeld.

Burroughs Bargraph BG-12201-2 circuit.

Overgenomen uit Burroughs Bulletin BG101C, July 1976.

Om eenvoudig een snelle test te kunnen doen gebruikte ik een Arduino als besturing, en liet de anode sturing weg. Door de klok te stoppen en een reset te geven kan de bar ook afgebroken worden. De uitlezing is dan wel altijd voor beide kanalen gelijk, en de helderheid wordt een beetje afhankelijk van de lengte.

Ik tekende geen schema, maar de keep-alive anode weerstand is 1 MΩ, voor de twee gewone anodes is dat 22 kΩ (ze worden heet..) en de gebruikte transistoren zijn MPSA42’s van de Baco met een 10 kΩ basisweerstand. De voedingsspanning van het geheel is 250 V uit een Delta E300-0.1.

Burroughs bargrap display on breadboard with Arduino Micro.

Op Breadboard.

De gebruikte Arduino code is als volgt. Deze doet een “looplichtje”, voor de foto’s gebruikte ik een langere sluitertijd en zette ik de bar stil.

Het lijkt mogelijk te zijn door middel van het sturen van stroom en tijd enige variatie in de helderheid van de uitlezing te realiseren.

Dit was een plezierige middag uitzoeken en knutselen. Tijd om een mooie audio level meter te bouwen?

Steward platform telescoop

Een spiegeltelescoop is niets meer dan een spiegel en een oculair in de juiste positionering ten opzichten van elkaar. Om die juiste positionering te bereiken zijn mechanische instellingen noodzakelijk zoals scherpstelling en collimatie, het uitlijnen van de optica.

Gewoonlijk worden deze instellingen verzorgt door een aantal aparte mechanieken. Om deze praktisch goed te laten werken zodat de instellingen voorspelbaar werken, elkaar niet beïnvloeden en na het instellen vast blijven staan, moet de gehele constructie een voldoende stijfheid hebben.

Een andere benadering is alle instellingen door 1 mechaniek te laten verzorgen, in dit geval een zogeheten Steward platform. Dit soort moderne’ oplossingen is mogelijk door het inzetten van motoren bestuurd door een computersysteem, een Arduino microcontroller. Het lijkt aantrekkelijk om alles vlot en gemotoriseerd in te kunnen stellen, zodat het beeld al dan niet automatisch en op afstand voortdurend geoptimaliseerd kan worden en stijfheid minder belangrijk wordt.

Dit is gunstig bij grote telescopen, die relatief minder stijf zijn dan kleine, en specifiek voor Dobson (alt-azimuth) monteringen is het praktisch dat het Steward platform ook direct in een rotatie as voorziet.

Persoonlijk vond ik het echter vooral een interessant en elegant idee om eens mee te experimenteren. Er zijn een aantal professionele telescopen gebouwd met deze constructie, echter met beperkt succes. Ook zijn er projecten met deze constructie enkel voor een handmatige collimatie. Hoewel ik later nog eens een grotere privé telescoop wil bouwen besloot ik dit idee nu uit te proberen in een klein experiment.

Home build Steward platform telescope.

De spiegel is een wat gehavende surplus 205 mm f/2,5. De camera is een oude, maar behoorlijk gevoelige, C-mount kleuren videocamera CV-S3300 zonder lens. De montering is een EQ6. De niet 3D-geprinte onderdelen zijn van multiplex, de stangen eenvoudig 5/8″ elektra buis van de Gamma.

Design on paper.

Het ontwerp is geschetst op papier. Op de schets mat ik ook de onderlinge positie van de kruiskoppelingen op. Deze manier van werken heeft een beperkte nauwkeurigheid, maar de constructie blijkt zo flexibel dat er niets afbreekt als de sturing om enige reden niet helemaal juist is.

Steward platform telescope 3D printed universal joint.

De noodzakelijke kruiskoppelingen zijn uitgevoerd als levende scharnieren, 3D-geprint in PLA. Om deze goed te laten werken is het belangrijk de scharnieren voor het printen goed te plaatsen in de printer. Er is er nog geen een gesneuveld. De scharnierpunten van de stangen liggen niet in 1 vlak en komen van twee stangen ook niet in 1 punt samen. Dit is niet optimaal, maar het lijkt geen probleem te geven. Aan de onderzijde zijn zij hetzelfde, maar groter opdat de motor in het midden past.

Steward platform telescope stepper motors.

Voor de motoren koos ik goedkope stappenmotoren met vertraging type 28-BYJ-48. Deze zijn eigenlijk ongeschikt. Zo is er in alle richtingen een aanzienlijke speling op de as. Ook zijn ze erg traag. Dat is voor het gebruik geen probleem, maar onhandig bij het ontwikkelen. Toch heb ik het project hiermee doorgezet, het ging er immers niet om de beste telescoop ooit te maken maar om te zien of ik het geheel werkend kan krijgen.

Op de as van de motoren is een stuk M5 schroefdraad bevestigd, dat in de PVC buis loopt in twee M5 moeren waar door de 3D geprinte houder de speling uit gedrukt wordt. Dit idee werkt keurig, jammer dat de motor zelf zo veel speling heeft…

De sturing wordt verzorgd door een Arduino Mega met drie ULN2803 darlington array’s. Omdat ik geen Arduino code kon vinden welke geschikt was voor een Steward platform met lineaire actuators heb ik zelf iets geschreven.

Feitelijk hoeft men slechts 1/6 deel van de code te bedenken, de rest is copy-paste met enige verwisselingen. De user interface bestaat uit een kleine joystick en drie leds.

De onderkant van de telescoop met o.a. de Arduino.

De eerste resultaten zijn bemoedigend, het lukt vlot om de kerktoren en later enige sterren in focus te krijgen. De kijker goed collimeren lukte echter nog niet.

Boven de top van de kerktoren in de schemering, onder enige sterren met veel coma op de monitor.

Het blijkt lastig het platform in het donker goed te bedienen omdat dan niet zichtbaar is hoe het beweegt. Ook laat de code nu enkel het maken van stappen toe: groot, medium of klein, wat niet handig werkt. Er is dus nog genoeg te verbeteren 🙂

Voor wie geïnteresseerd is verzamelde ik de gebruikte 3D-ontwerpen en de Arduino code in een ZIP:

IBM Meteobridge display

Van een collega kreeg ik deze week een gloednieuw IBM display cadeau, van een type dat bedoeld is om op een kassa te schroeven. Omdat de ervaring leert dat zo een doosje ongemerkt een tijd in de kast kan blijven liggen, en je er dan weinig lol van hebt, besloot ik er deze regenachtige zaterdag direct iets van te maken.

Het werd een extra display voor mijn weerstation voor op mijn werkkamer.

IBM display as Meteobridge display.

Het display is een HD44780 compatibel met 2×20 karakters in groot formaat, 9 mm karakter hoogte. Het heeft een ietwat onhandige 2 mm pitch header.

De aanwezige IBM elektronica was voor mij niet eenvoudig opnieuw te gebruiken, en had ook geen handige functionaliteit. Deze werd daarom vervangen door een PCF8574 I2C expander printje dat ik jaren geleden maakte voor een Makerspace project, en een Wemos D1, dat is een gebruiksvriendelijke ESP8266 microcontroller module met Wifi.

PCF8574 and ESP8266 in IBM display

Omdat het led backlight een V of 8 nodig had kwamen daar een kleine 5V step down en een 68 Ω / 1W weerstand bij. Dit opdat het geheel op een enkele netadapter van 12V kan werken. Tot slot voegde ik een drukknop toe om de legenda te tonen en het backlight in- en uit te schakelen.

Het energieverbruik uit het stopcontact is 2,7 W met de backlight aan, 2,0 W met de backlight uit.

De actuele metingen van het weerstation worden op het locale netwerk beschikbaar gemaakt door de Meteobridge als een tekstfile. Deze text wordt opgehaald door de ESP. Vervolgens wordt een selectie van acht van de beschikbare meetwaarden op het display getoond.

De Arduino code is zo simpel mogelijk. Een captive portal voor de instellingen zou fraai zijn, maar ik zit daar niet goed in en de toegevoegde waarde is beperkt. De USB aansluiting van de ESP is te bereiken zonder alles te demonteren. Het opzoeken van de te tonen waarde in de tekst gebeurd simpelweg door het aantal spaties te tellen.

Al die getallen lijken misschien wat onoverzichtelijk, maar met enige gewenning is het display in één oogopslag af te lezen. Nu kan ik ook op mijn werkkamer zien wat voor weer het buiten is zònder de gordijnen open te doen 🙂

Onderstaande de Arduino code van dit project.

Meteobridge en WOW-NL

Een paar weken terug heb ik mijn weerstation verbonden met het WOW-NL project van het KNMI.

Een van de vele stipjes is nu dus van mij. Als je weet waar ik woon kun je mij opzoeken.

De complete Meteobridge hardware oplossingen vond ik niet zo mooi en wat duur, dus ik kocht hiervoor een eenvoudige router van TP-Link, een TP-Link TL-MR3020 versie 3.2, die ik met behulp van het TFTP protocol zelf om flashde naar de Meteobridge firmware. Het is interessant dat dat zo eenvoudig kan.

Het apparaatje hangt aan een magneet onder mijn bureau en verbruikt ongeveer 1,1W / 2,4 VA uit het net. De USB netadapter is een wat luxere, hij bleef onlangs over op werk.

Het instellen gaat via een interne website. Een handige optie is de tijd van het Davis station automatisch te synchroniseren met het internet.

Het zou ook mogelijk moeten zijn de seriële datalogger in het station via de Meteobridge met de WeatherLink software van Davis via het netwerk uit te lezen alsof het een Davis IP-logger is, maar dat is mij nog niet gelukt. Mogelijk houdt mijn router dit verkeer tegen.

Rotring CS 50 NC-scriber

Alweer een tijd geleden nam ik een Rotring CS 50 NC-scriber over, eigenlijk zonder precies te weten wat het is of hoe het werkt. Het apparaat was duidelijk kapot, het armpje voor de pen hing er scheef uit. Ook ontbrak de voeding.

Rotring CS-50 NC-scriber.
De Rotring CS50

Het is een elektronische vervanger voor de lettersjablonen welke gebruikt werden bij het met de hand maken van technische tekeningen. Na hem deze kerstvakantie gedemonteerd te hebben werd het defect snel duidelijk:

Rotring CS-50 NC-scriber mechanical.
Het mechaniek, met links een gebroken snaartje.

Een snaartje van de Y-beweging was gebroken, mogelijk door een klap op de arm van buitenaf. Deze snaartjes zijn extreem klein, 2 mm breed met een pitch van 1,5 mm. Vervangen ligt voor de hand, maar ze waren online niet eenvoudig te vinden.

Rotring CS-50 NC-scriber broken belt.

Het uiteinde was kapot gegaan. De draden in de kern van de snaar zijn er nog, maar het rubber van de tanden is er af geschoven. Ook het messing klemringetje dat er omheen hoort werd los terug gevonden.

Rotring CS-50 NC-scriber belt repair.

Het is gerepareerd door het uiteinde door de ring te rijgen, deze plat te drukken en het geheel te vullen met secondenlijm. Niet zo mooi als een nieuwe snaar, maar de reparatie houdt vooralsnog goed.

Na het bestuderen van wat Youtube filmpjes over dit apparaat wierp ik een blik op de electronica. Het ontwerp is voor zover ik kan nagaan van Rotring zelf, uit begin de jaren 80 en erg geavanceerd voor zijn tijd. Overigens is deze CS50 gezien de datums op de chips van begin jaren 90.

  • De microprocessor is een 16 bits Texas Instruments TMS 9995 op 12 MHz, een vroege 16 bits processor. Hierbij is RAM, een TMS 62256 (32k x 8), en firmware in twee ROM’s in voetjes.
  • De bipolaire microstep drivers zijn opgebouwd met een Siemens TCA1560B spanningsgestuurde stroom PWM sturing per spoel, op hun beurt aangestuurd door twee TLC7528 8-bit dual DAC’s. De golfvorm moet dan dus uit de hoofdprocessor komen. Er is een driver extra, vermoedelijk voor de hef magneet.
  • Het (custom-) display wordt gestuurd door een HD43160 driver, een voorloper van de bekende HD44780, welke op het moederboard zit. Op het display zelf zitten enkel zes OKI M5259 segment drivers.
  • De externe voeding is 15 VDC, op de print omlaag gebracht voor de logica door een 34063 5 V step-down regelaar.
Rotring CS-50 NC-scriber electronics.
Het main board van de CS50. Boven het display.

Na hem langzaam weer op de normale spanning gebracht te hebben blijkt het apparaat te werken. Ik ben er in het algemeen niet zo voor allerlei componenten preventief te vervangen (met de mogelijke uitzondering van RIFA rookbommetjes ;), maar de gele elco’s op de 5V zijn duidelijk aan de beurt, en als er iets mis gaat met deze voedingsspanning zou dat schade kunnen doen.

Ik heb de schrijver gebruikt om mijn kerstboodschap te schijven. Hierbij waren twee lastigheden: De antieke Rotring inkt bleek niet goed zwart meer te zijn, en de bediening is ook met de manual er bij relatief moeizaam.

De functionaliteit is wel heel erg uitgebreid, ik ben onder de indruk dat dit alles zo lang geleden in een paar kB ROM gerealiseerd is!

Schrijven met de gerepareerde CS50.

Een leuke toepassing is ook al bedacht: Het schijven van nette kaartjes voor mijn honderden laadjes met componenten. Of ik daar de tijd en het geduld voor kan opbrengen is nog even de vraag.. Eerst maar goede inkt vinden.