AartSite – Pagina 3

Davis weerstation

Met mijn laatste aanwinst ging een oude wens in vervulling: Een eigen weerstation.

Mijn eerste reactie op het ding was “het is wel veel lelijk plastic” en “4p4c stekkertjes buiten, iew”, maar na een paar dagen werk blijkt het een weldoordacht instrument. Het is vooral anders dan de oude meterologische meetinstrumenten van onder andere Wilhelm Lambrecht in mijn verzameling. Omdat ik van mijzelf weet dat een project waar een onbekende hoeveelheid werk in zit gemakkelijk een tijd op de plank blijft liggen besloot ik het direct op te pakken, met de bedoeling het in elk geval voorlopig werkend te maken.

Het station was afgeschreven, maar heeft nadat het buiten gebruik was gesteld nog een tijd buiten gehangen. Dat was ook duidelijk zichtbaar, alles was zeer smerig.

Terzijde: Ademen wij dat kleverige zwarte stof iedere dag in? :<

A very drity Davis temp / RH sensor. — Een smerige Davis temp/RH sensor.

Een ruwe test vooraf bracht in ieder geval kapotte lagers in de anemometer, een niet werkende ventilator en een defecte luchtvochtigheid sensor aan het licht. Losse Davis onderdelen blijken in Nederland eenvoudig verkrijgbaar bij de Weerspecialist.

Davis Vantage Pro 2 console. — De console.

De kapotte fan is een wat duur onderdeel om zonder meer te vervangen. Ik besloot daarom tot een reparatie-poging. Na enige sloopwerk bleken vitale delen van het motortje opgelost door galvanische corrosie.

De motor heb ik vervangen door een RF-310TA-11400 “solar motor”, gehaald bij Display Elektronica in Haarlem. Het nieuwe motortje is in plaats van met lijm vastgezet met twee m2 x 6 boutjes, met een stukje binnenband onder de motor bij wijze van afdichting. De fan past perfect op de as. Voor het boren van de lastig te plaatsen schroefgaten op 7,5 mm van het midden printte ik een simpele mal op de 3d printer.

Davis fan repair. — Ventilator repareren.

Op de achterzijde van de fan werd een afgesneden zwarte plastic dop van een bus contactsspray gekit. Bij de motor was nog net ruimte voor een klein zakje silicagel.

De motor draaide in de vorige toepassing op een aparte netadapter. Ik heb gekozen het hiertoe aanwezige zonnepaneeltje te gebruiken, omdat dit eenvoudiger is en ook in de hoop dat het motortje zo lang mogelijk leeft omdat het niet continue draait. In de herfstzon werkt de zo gerepareerde ventilatie uitstekend.

De kogellagertjes van de windsnelheidsmeter bleken na demontage kapot te zijn. Helaas waren die van een wat vreemd model, met een rand, en in een formaat dat ik niet had liggen.

Een als extra verkregen oudere Davis windmeter bleek hier glijlagers te gebruiken, welke nog wel draaiden maar ook niet echt goed. Daarbij is de constructie van de oude windsnelheidsmeter niet compatibel met de nieuwe, waarvan het onderstuk met de lagers vervangen kan worden. Omdat ik toch al een nieuwe temp / RH sensor moest bestellen was de drempel om dit onderdeel mee te bestellen laag.

De nieuwe, gesloten windsnelheidsmeter spindel.

Het is interessant om te zien dat Davis het lager huis inmiddels aangepast heeft naar een gesloten ontwerp, met een kap over de magneet aan de bovenzijde en een nauw om de as sluitende doorgang. Hier wordt blijkbaar actief aan ontwikkeld.

Dat is ook zo wat betreft de temp/RH sensor. De nieuwe sensor zou een SHT-31 zijn, de oude herken ik niet maar toevallig heb ik redelijk wat ervaring met de soortgelijke SHT-21 sensor. Het gaf aanleiding tot de gedachte dat we nog altijd een relatief enorm weerstation nodig hebben om die ene high-tech zandkorrel een tijd heel te houden en goed te laten meten. De print is selectief ingegoten tegen vocht, die constructie zag ik niet eerder.

Bij deze upgrade van de sensor zou een kalibratiestap nodig zijn, die bewaarde ik voor later.

Old and new Davis temp / RH sensors. — Boven de oude, onder de nieuwe temp / RH sensor.

Tot slot had ik het geluk een Davis datalogger over te kunnen nemen via Marktplaats. Dat is erg leuk, want ik ben dol op grafieken en er is geen andere praktische methode om de gemeten data uit het station te krijgen. Voorlopig is de bijbehorende Weatherlink software ingezet. Het voelt wat ouderwets maar werkt goed.

Davis Weatherlink screen shot. — Screenshot van vandaag. Geel is zon, rood is buitentemperatuur, lichtblauw is luchtvochtigheid, grijs is de luchtdruk, blauw is een enkele druppel regen van vanochtend.

Na nog een hoop poetsen, schroeven en tiewraps werd het station voorlopig gemonteerd op een Manfrotto windup statief achter in de tuin. Dat is een slechte plaats voor een weerstation, ook met 3,80 m komt het hier niet boven de bomen of de huizen uit. Maar zo kan ik rustig een paar weken meten, de kalibraties doen en bedenken of en zo ja waar ik het ga opstellen.

Merk op dat de windmeter niet op gelijke hoogte hoort te zitten met het station, dat hem zo af kan schermen. Maar zo zat het op de vorige locatie en de juiste beugels voor een onafhankelijke montage van beide delen ontbraken.

Philips capaciteits decade

Onlangs kreeg ik een Philips capaciteits decade cadeau. Volgens de typeplaat is het een 3E93102 uit juni 1954 van Philips E.B.M. H.I.G.A. Verder is er niets over bekend en zag ik dit model ook niet eerder.

Antique Philips capacitance decade. 3E93102, juni 1954, Philips E.B.M. H.I.G.A. — Philips capaciteits decade, zo uit een stoffige garage.

Het instrument was in weinig fraaie staat. Het zat vol stickers en gaf een wild verspringende capaciteit. Na schoonmaken van de buitenkant en de schakelaars was dat gelukkig veel beter.

Inside an old Philips capacitor decade. — Het inwendige van de decade. Condensatoren en draaischakelaars.

De schaal is in micro-micro farad, wat we nu picofarad ofwel pF noemen. De decade heeft een bereik van 1000 micro-micro farad, dat is 1 nF, tot 1 µF.

Er zijn vier condensatoren per decade. In bijvoorbeeld de 1 nF decade zijn waarden van 1, 2, 3 en 4 nF aanwezig, waarmee door parralelschakelen dan ook 5 (4+1), 6 (4+2), 7 (4+3), 8 (4+3+1), 9 (4+3+2) en 10 (1+2+3+4) nF gemaakt kan worden. De grootste condensator bestaat uit twee condensatoren van 200 nF parallel. Alles lijkt speciaal gemaakt te zijn, met een constructie gericht op zo min mogelijk restcapaciteit.

Maar hoe goed is zo een bijna 70 jaar oude decade nog? De condensatoren zijn voor zover zichtbaar 0,5% mica (opschrift van de 1 nF) condensatoren van 500V, en voor hun capaciteit behoorlijk groot en zwaar.

Om dit te testen zocht ik (bijna) alles in huis wat redelijk capaciteit kan meten bij elkaar, en voerde drie complete sets metingen uit.

Agilent U1253B, Peak LCR45, ESI 250DE Impedance bridge used for testing. — Agilent U1253B multimeter, Peak LCR45 LCR meter en de ESI 250DE Impedance bridge

De volledige meetresultaten kunt u hier zien.

Het meten met de meetbrug, dertig keer met twee handen het minimum zoeken terwijl men intussen de versterking opdraait, was een prettig meditatief klusje. Wat niet aangetekend is, is dat de condensatoren op de meetbrug een uitstekende, lage, verliesfactor D hadden.

De onvermijdelijke offset werd gemeten met de decade op 0 en afgetrokken van de metingen. Door delen door de verwachte waarde werden alle metingen genormeerd naar 1. Tot slot werd van iedere set de standaarddeviatie berekend. Deze zal kleiner zijn als de decade en het betreffende meetinstrument het beter met elkaar eens zijn, afgezien van een schaalfactor waar we door deze manier van rekenen niet gevoelig voor zijn.

We weten hierbij niet wie er gelijk heeft, maar de kans dat de decade en een meetinstrument op precies dezelfde manier afwijken lijkt verwaarloosbaar. Als ze goed overeen komen bouwt dat dus vertrouwen in zowel de meter als de condensatoren.

In de tabel is te zien dat de ESI meetbrug de laagste standaarddeviatie haalt. De Peak LCR meter geeft ongeveer 1,5 keer zo veel “ruis”, en de Agilent multimeter ruim 10x.

Graph of deviation to capacity. — Met excuses voor de ontbrekende x-as met daarop de 30 verwachte waarden, er ging iets mis met de punt-en-komma settings in Google Drive.

In de grafiek van de genormeerde waarden zien we dat de ESI en de Peak lijnen een zelfde vorm hebben. Vermoedelijk ontstaan de gezamelijke hobbels daarom door afwijkingen van de decade. Ook lijkt het er op dat het meten van grotere capaciteiten gemakkelijker nauwkeurig verloopt dan dat van kleine.

Gekrast, maar schoon en behoorlijk werkend.

Tot slot is nog even gekeken of we met de kennis over de opbouw van de decade de voorspelling dat bijvoorbeeld 5 gelijk moet zijn aan 4+1 kunnen bevestigen. Hoe goed dit gaat is vooral een indicatie van de kwaliteit van de instrumenten. De waarde van de condensatoren doet er hier niet meer toe, parasitaire capaciteiten en dergelijke in de decade nog wel.

Hier zien we in de standaard deviaties eenzelfde beeld verschijnen. De ESI voorspelt het beste, gevolgd door de Peak en, op ruime afstand, de Agilent.

De specificaties van de nauwkeurigheid van de meetinstrumenten zijn kort door de bocht 0,2% voor de ESI meetbrug, 1,5% voor de Peak en 1% voor de Agilent. Dat maakt deze wat oudere multimeter niet meer waar. De decade is vermoedelijk nog binnen 1% juist.

Temperatuur logger

Om, uit nieuwsgierigheid, te onderzoeken hoe mijn koelkast regelt en reageert op zijn omgevingstemperatuur bouwde ik een simpele temperatuur logger op basis van een Arduino Uno en ingegoten Dallas 1-Wire temperatuursensoren uit China.

De data logger en de omgevingstemperatuur sensor.

Het gebruikte shield is een merkloos “Arduino data logger shield” met daarop een ds1307 I2C real time klok en een SD-kaart slot. Hierop bouwde ik de 1-Wire interface voor ds18b20 sensoren, feitelijk een header en een enkele pull-up weerstand op pin 8. Verder zijn er een kleine groene led om de cpu belasting te tonen en een grotere rode om een waarschuwing te geven dat er geschreven wordt naar de sd kaart, en het te melden als dat onverhoopt mislukt.

Het geheel is op een plaatje aluminium met daar onder een harddisk magneet met plakfluweel geschroeft, zodat het zonder schade als een koelkastmagneet op de deur geplakt kan worden. De verbindingen naar de sensoren in de koelkast en het vriesvak gebruijken flatcables voor een zo goed mogelijke afsluiting van de deuren.

Voordat de datalogger code geladen wordt moet de klok gestart en gelijk gezet worden door middel van bijvoorbeeld het ds1307-voorbeeld dat met de Adafruit RTClib bibliotheek mee komt. Dit programma neemt de tijd van compileren mee als tijd om de klok gelijk te zetten, wat in de Arduino omgeving goed werkt omdat er weinig tijd zit tussen het compileren en de daaropvolgende eerste start van de firmware. De klokt loopt overigens keurig, hij blijft binnen een minuut afwijking per maand.

Ook moeten de unieke 64-bit OneWire adressen van de individuele temperatuursensoren bekend zijn. Deze zijn eenvoudig uit te lezen met het DS18x20_Temperature-voorbeeld van de OneWire bibliotheek. Hierbij worden ze één voor één aan de logger hardware aangesloten en wordt het adres gekopieerd naar de code van de logger.

1-Wire adressen in de code. Deze zijn voor mijn sensoren, en met zekerheid anders dan die van alle andere 1-Wire sensoren.

Als een sensor door de logger vanwegen slecht contact of interferentie een periode niet uitgelezen kan worden is zijn waarde in de log “nan”, van “Not A Number”. Om de sensoren eenvoudig uit elkaar te kunnen houden zijn ze gemerkt met gekleurd PVC tape.

De logging firmware, te vinden op mijn Github, kent systeemtikken van 100 ms. De sensoren worden door een non-blocking routine in twee stappen uitgelezen omdat hier een conversie-wachttijd van 800 ms bij inbegrepen zit. Deze routine heb ik ooit geschreven voor gebruik op de ESP8266. Efficient gebruik van de CPU tijd is hier niet meer dan elegant, het is echter van levensbelang als er nog meer moet gebeuren dan het lezen van de sensoren, zoals het onderhouden van de Wifi verbinding op de ESP.

De gekozen instellingen zijn: 1x per 2s uitlezen, 1x per minuut een gemiddelde temperatuur berekenen en loggen en tot slot deze log 1x per tien minuten naar de kaart schrijven. Er is op de Atmega 328 microcontroller 2 kB RAM, waarvan zo een paar honderd bytes in gebruik zullen zijn voor de verzamelde data voordat deze op de kaart opgeslagen wordt. Dat lijkt nog veilig gezien er bij het compileren 606 bytes voor lokale variabelen over blijven, en werkt in de praktijk goed.

In zowel het vriesvak als de koelkast zijn twee sensoren geplaatst, ´één in een blikje met water en één gewoon los. Dit om tegelijk eens te kijken hoe deze bekende methode voor een betere meting van de temperatuur van een koelkast uitpakt.

Het eerste resultaat is een fraaie grafiek:

Temperatuur in koelkast gemeten met Arduino datalogger. — De temperatuur in de koelkast en het vriesvak over twee dagen.

Hier is te zien dat de duty cycle van het koelen vrij sterk afhankelijk lijkt van de temperatuur. Om een uur of vijf de tweede dag werd de instelling van de mechanische thermostaat omlaag aangepast. Het bevriezen van het water in het vriesvak is in de gele lijn fraai te zien. Later bleek dat hierbij het blik is geknapt door de druk van het ijs! Ook is te zien dat de temperatuur in het blikje met water altijd onder die in de koelkast lijkt te liggen. Komt dit door verdamping? Of wijkt deze sensor af? In het viesvak is de amplitude in het blikje met ijs nog aanzienlijk. Zat de sensor te veel aan de buitenkant in het blik?

Hier is duidelijk ruimte voor nader onderzoek. De logger werkt prima, hij logt weken lang zonder problemen. Ik had nog geen ervaring met loggers. De eenvoud van het gebruik van een SD kaartje in vergelijking met het direct loggen naar de cloud of een eigen server bevalt goed.

Geknapt blikje door het ijs in het vriesvak. Het lijkt er op dat de sensor te zien is, en dus helemaal aan de buitenkant zat.

Stopcontacten op zee

Vorig weekeinde was het Dag van de Bouw. Dit is een jaarlijkse gelegenheid om een kijkje te nemen bij bouwprojecten, vaak op plaatsen waar dat daarna nooit meer kan. Met mijn vader bezocht ik het transformatorstation dat Tennet bij Wijk aan Zee aan het bouwen is voor het aansluiten van windparken op zee op het 380 kV koppelnet.

De windmolens leveren hun energie met 66 kV aan een platform op zee. Hier transformeert een transformator het omhoog naar 220 kV, waarna het met twee kabels per platform, zes in totaal, aan land wordt gebracht.

De kabels sluiten aan op het grote transformatorstation dat wij bezochten. Het totale geplande vermogen voor dit station loopt in fases op tot 2,1 GW!

Hier troffen wij, tot onze verbazing, naast de te verwachten transformatoren van 220 naar 380 kV en grote schakeltuinen ook enorme 220 kV zelfinducties aan, bijna net zo groot als de bijbehorende transfomator. Helaas was er geen hoogspanningsdeskundige ter plaatse om een en ander te verklaren.

Siemens 220 kV high voltage inductor in Wijk aan Zee — Een van de zes 220 kV zelfinducties in zijn geluidsabsorberende hok. Aart in rood voor schaal.

De avond na het bezoek kwam de gedachte op dat deze zelfinducties wel eens belangrijk konden zijn in verband met het compenseren van de capaciteit van de tientallen kilometers lange coaxiale hoogspanningskabels op zee. Maar is dat zo? Gelukkig hadden we veel foto’s gemaakt.

Als eerste de eigenschappen van de spoel:

Typeplaat Siemens 220 kV high voltage inductor Wijk aan Zee — Een deel van de typeplaat van de zelfinductie. Deze is voorzien van aftakkingen, er kan via meerdere schakelaars een impedantie tussen afgerond 500 tot 1300 j Ω per fase ingesteld worden.

De eigenschappen van de 220 kV kabel op zee:

AC 220 kV AL XLPE 3 x 1600mm2 Submarine Cable — De 220 kV kabel voor op zee. 3x 1600 qmm met XLPE isolatie.

Op de foto zien we de oppervlakte en materiaal van de geleiders, het isolatiemateriaal XLPE en, met wat pixels tellen, dat de diameter van het scherm ruw 2x die van de mantel is. Uit de oppervlakte berekenen we de diameter van de kern, 45 mm. De diëlectrische constante van XLPE is volgens internet 2.2. Nu hebben we genoeg gegevens om in een online coax rekenprogramma te stoppen:

De kabels zijn tientallen km lang. Moeten we deze bij 50 Hz beschouwen als een transmissielijn? De verkortingsfactor met dit diëlectricum is 1/sqrt(2,2) = 0,67. De golflengte van 50 Hz in de kabel wordt dan 4000 km. Tientallen km is in vergelijking daarmee kort, dus overheerst eenvoudigweg de capaciteit.

2 pF/in komt neer op een kleine 80 nF/km.

Als de spoel in het station en de capaciteit van de kabel in resonantie zijn is de impedantie van de parallelschakeling van beiden maximaal en hoeft er geen blindstroom te lopen door de transformatoren aan beide uiteinden van de kabel, wat wenselijk lijkt. De impedanties van spoel en condensator moeten hiertoe elkaars geconjungeerde zijn, gelijk maar met tegengesteld teken.

Een impedantie van -500 jΩ bij 50 Hz komt overeen met een condensator van 6,4 µF. Bij -1300 jΩ is dat 2,4 µF. Delen we dat door de kabelcapaciteit per km dan komen we op te compenseren lengtes van 30 tot 80 km, hetgeen niet onrealistisch lijkt!

Met een vermogen tot 100 MVAr van deze spoel zal deze compensatie belangrijk zijn. Ik weet niet hoeveel vermogen door deze 220 kV verbinding kan gaan, maar dit zou bij een lange kabel tot tientallen procenten van het totaal kunnen zijn. Dat is zonde om te vermorsen aan blindstroom.

Het was een interessante open dag, en een leuke puzzel. Het lijkt er op dat de natuurkunde hetzelfde blijft, of het nu om mW of vele MW gaat.

Een meting met de field mill

Een paar weken terug, op zondag 5 juni, was er onstuimig weer met mogelijk onweer voorspeld. Op het laatste moment besloot ik deze gelegenheid aan te grijpen om met de field mill een meting te doen.

Field mill graph, june 05, 2022 Haarlem The Netherlands. — Meting van half tien ’s ochtends tot elf uur ’s avonds. Na drie uur ’s middags kwam de dikkere bewolking en wisselde het veld sterk.

Er was hier uiteindelijk geen onweer, wel periodes met regen. Het blijkt dat ook niet-onweerswolken al sterk negatief geladen zijn, en de gaten daartussen een positief veld geven. Mijn achtertuin is vrij afgeschermd en het instrument keek hier vanaf 1m60 omlaag, tegen de regen. Dit maakt dat de kalibratie niet zal kloppen, de aangegeven waarde van een paar kilovolt per meter zal echter eerder te laag dan te hoog zijn.

Field mill in the garden. — De meetopstelling. De field mill kijkt omlaag en was ingepakt in dun aluminium, afgeplakt met alu tape. De blauwe/zwarte draad gaat naar de aardpen, de Macbook gebruikt voor het loggen was niet geaard.

Buienradar screenshot. — De buienradar van die dag rond 15:00 uur. De buien schoven van uit het zuiden binnen. Er werd gemeten in Haarlem.

Al met al een inspirerende meting.

Field mill

Onlangs maakte ik een field mill, een meetinstrument voor elektrostatische velden. Hiermee kan men potentiaalverschil meten zonder dat er stroom loopt. De elektrische veldsterkte wordt gemeten in volt per meter.

De molen werkt door twee sets elektroden beurtelings af te dekken met een ronddraaiende, via een sleepcontact geaarde sluiter. Het verschijnen en verdwijnen van het elektrische veld voor de elektroden resulteert een wisselstroom in de ingangen van de voorversterkers. Beide signalen worden omgezet in een spanning, aangeboden aan twee adc kanalen van een Arduino en door synchrone detectie in de firmware omgezet in een meetwaarde.

Het synchroon samplen van twee kanalen in tegenfase zorgt voor een goede onderdrukking van ongewenste common-mode signalen zoals die van het lichtnet.

Oudere ontwerpen gebruiken na de voorversterker gewoonlijk een analoge synchrone detector, opgebouwd rond bijvoorbeeld een CD4066. De hier gekozen ‘moderne’ opzet lijkt goed te werken en kost wat minder hardware. Het geheel wordt gevoed uit de USB. De TL072 opamp wordt gevoed met + en – 10V door een kleine DC/DC converter.

Circuit diagram of the field mill. — Schema van de field mill. Het meeste gebeurd in een Arduino.

De schakeling is opgebouwd als spin, onder op het PCB materiaal waar de molen zelf van gemaakt is. De motor is een vierdraads CPU fan. De tacho uitgang bleek direct juiste timing te hebben voor de synchrone demodulatie, mits de sluiter juist geplaatst wordt. De montage van de sluiter op de motor en voor de motor zijn 3D geprint.

De PWM ingang van de fan wordt continu laag gehouden, wat bij de 5 V voeding bij deze fan resulteerde in de minimale snelheid en een meetsignaal van ongeveer 15 Hz. De meetwaarden worden over 11 periodes gemiddeld.

Rear of field mill. — De elektronica, die aan de onderzijde geplakt is.

De Arduino firmware is gedeeld op mijn Github.

Calibrating a field mill. — Kalibratie opstelling voor de field mill.

De kalibratie vond plaats met een metalen plaat op een vaste afstand welke op een instelbare potentiaal gebracht werd door een 300 V labvoeding. Dit resulteerde na instellen in de firmware in onderstaand trapje. Hiebij was de molen steeds geaard via de aarde op de labvoeding. Omdat de Macbook geen aarde heeft en dus op 115 VAC zweeft is er in deze opstelling zonder aparte aarding alsnog vrij veel interferentie van het lichtnet.

Calibration of a field mill. — Kalibratie trap in de Arduino plotter. De treden zijn 1430 V/m.

De firmware beschikt als compile optie over een ‘scope’ modus voor gebruik met de Arduino plotter. Hierin wordt niet gemeten, maar worden enkel beide ingangssignalen en de tacho ingang (hier ‘rotor’ genoemd) tegelijk getoond.

Dit geeft gelijk een duidelijk beeld van de werking van de synchrone detectie:

Scope function of the field mill. — De scope uitgang bij een iets toenemend veld. Er werd hier een geladen PVC buis boven de mill gehouden.

Reparatie Fluke 8502A multimeter

Enige tijd geleden kocht ik een oude Fluke 8502A 6,5 digit multimeter in onbekende staat. Dat zou ik normaal niet zo snel doen, maar voor de uiterst beschaafde prijs kon ik hem niet laten staan.

Het instrument bleek zoals verwacht defect te zijn, alleen het power lampje ging nog aan, verder niets. De kast was gelukkig wel behoorlijk gevuld met modules. Van de gebruikelijke functies onbreekt alleen de stroom optie.

Fluke 8502A inside. — De keurig nette binnenkant. Zelfs het plastic bleek nog in goede staat.

Een eerste vermoeden was dat er een probleem was in de voeding, dit werd inderdaad gevonden in de vorm van een kortgesloten tantaal condensator. Het display bleef echter donker.

Hierna werd met enig zoekwerk aan de hand van de uitstekende manual nog een defecte 4046 PLL op het controllerboard gevonden. Zie hier voor mijn technische aantekeningen van deze reparatie.

Deze PLL is vervangen, waarna het instrument weer opstartte! 🙂

Zoals te zien klopt de DCV meting nog behoorlijk, of in elk geval binnen de specificaties van de moderne multimeter. Alleen de weerstandmeting werkt nog niet.

Het controllerboard gebruikt overigens een 8080 processor, de tweede acht bit processor van Intel uitgebracht in 1974. Deze NMOS chip heeft niet alleen +5 V maar ook -5 V, +12 V en een tweefasen kloksignaal met specifieke timing en 12 V amplitude (!) nodig. Naar moderne maatstaven ietwat onpraktisch, maar hij doet het nog prima.

CD4046, tantalum, LM317 — De vervangen componentjes, de schade bleef beperkt.

Monochromator als spectrometer

Hoewel dit project al weer een tijd geleden gerealiseerd is heb ik er hier door drukte, verhuizing en corona nooit over geschreven: Een opstelling rond een monochromator om optische spectra te meten.

De gehele opstelling. Links de spectrometer, rechts de voeding en meters voor de te onderzoeken led.

Op de monochromator zijn een stappenmotor en een eindschakelaar gemaakt, zodat hij door een Arduino ingesteld kan worden. Er achter zit een grote bijbehorende fotocel, welke het signaal via een zelfgebouwde voorversterker aanbiedt aan dezelfde Arduino.

De monochromator met zijn motor rechtsboven, de fotocel daar links op aangesloten. Vooraan de voorversterker. In het zwarte kastje zit de Arduino die het geheel aanstuurd.

Voor het testen en wat de golflengte betreft kalibreren van de opstelling gebruik ik een kwiklamp. Als alles ongeveer goed is ingesteld ziet het spectrum daarvan er zo uit:

De code van de Arduino voorziet in een simpele command interface en is hier te vinden: https://github.com/AartSchipper/Monochromator_controller/blob/master/Sturing.ino

De fotodiode voorversterker is opgebouwd rond de klassieke TL072, hij zal besproken worden in een aparte post.

Met deze opstelling heb ik in een samenwerking met Eluke gezellig een middag gemeten aan blauw-achtige leds voor in zijn jongleerballen.

Teleurstellende USB over UTP adapter

Om een astronomische camera op een grote telescoop te verbinden met de bijbehorende PC is een USB kabel van 15 meter nodig. Dat is te lang voor een gewone kabel, en tevens moet deze door buizen door de vloer getrokken worden. Daarom willen we converters gebruiken waarmee de USB verbinding over een lange netwerkkabel kan werken.

Hiertoe schafte ik een set verloopkastjes aan van Nedis, te koop onder de naam “USB extension Cable”, type CCBW60EXTBK500. De omschrijving van de leverancier suggereerde de gewenste USB2.0 verbinding met een datasnelheid tot 480 Mbit/s. Ook de verpakking vermeld, in een opvallend oranje rondje en met een groter lettertype, trots USB 2.0.

Voordat ik in de koepel aan de slag ging testte ik dit product op mijn bureau, met een korte netwerkkabel en een snelle USB drive.

Bij een eenvoudige vergelijkende test vielen de kastjes direct door de mand. De test was het lezen van hetzelfde grote bestand met- en zonder de extender in de verbinding. De snelheid was met de extender niet hoger als ongeveer 1,1 MB/s, tegen ruim 50 MB/s bij een directe verbinding. Een trage verbinding is niet gewenst omdat we voortdurend camerabeelden met een hoge resolutie over willen gaan sturen.

De leverancier pruttelde op mijn vragen wat over de koperdoorsnede van de netwerkkabel, maar deed verder niet moeilijk: Het product kon retour.

Bij het inpakken viel mij echter op dat de kastjes dicht zitten met kleine schroefjes. Nieuwsgierig geworden nam ik een kijkje in het inwendige van het zender kastje.

Het voornaamste IC is een UIC4102CP. Datasheet. Uit de titel blijkt dat dit een “USB 1.1 Active Extension Cable” is. Men noemt de gebruikelijke maximale snelheid van USB1.1 van 12 Mb/s, ongeveer overeenkomstig de gemeten 1,1 MB/s. Dit kastje zal dus nooit USB 2.0 snelheden halen. Kastje dicht, een laatste test en op naar het lokale postagentschap.

Nu is USB2.0 backwards compatibel met USB1.1, dus is het andersom niet onwaar dat de kastjes in een USB2.0 verbinding ingezet kunnen worden. Net zoals een datasnelheid tot 480 Mb/s heus wel gehaald wordt.. Nedis zelf is er ook wat over in verwarring.

Ik doe weinig met dit soort consumenten~~rommel~~ spul, de iMac waarop ik dit schrijf loopt al weer tegen de tien jaar, en weet daarom niet hoe scherp men vandaag de dag moet zijn bij het aankopen van een eenvoudig product zoals dit.

Deze ervaring is echter teleurstellend, het is matig interessant en zonde van de tijd.

Reparatie JFW 50R-029 verzwakker

Na een jaar waarin, zowel in de wereld als privé, werkelijk vanalles gebeurde lijkt de tijd gekomen te zijn om weer eens iets te schrijven.

Onlangs kreeg ik een defecte omschakelbare verzwakker cadeau, een JFW 50R-029 (datasheet) met een bereik van 0 tot -70 dB. Hij is bruikbaar van DC tot 2 GHz. Ik doe thuis niet veel HF, maar gelukkig valt ook het audio gebied hier binnen. Ik maakte XLR naar BNC kabels zodat op de Neutrik A1 getest kon worden.

Testing a JFW 50R-029 on a Neutrik A1 Audio test & service system.

Het bleek al snel dat er twee problemen zijn: de verzwakker wil geen contact maken op de mechanische klikken, maar soms wel daar net tussenin. Tevens klopten de beloofde verzwakkingen niet goed.

Het laatste zal een gevolg zijn van het niet aansturen en afsluiten met de gespecificeerde impedantie van 50 Ω. De A1 heeft als audio apparaat een lage uitgangsimpedantie van < 0,2 Ω en een hoge ingangsimpedantie van 100kΩ. De afwijking zat behalve bij de grootste verzwakking rond de 6 dB en is nu verder niet onderzocht.

Bij openen bleek dat het gehele binnenwerk met daarop de diverse verzwakkers ronddraait, waarbij dit draaiende gedeelte via verzilverde verende strips rondom contact maakt met de behuizing. Zo ontstaan drie compartimenten. Een goede elektrische afsluiting is erg belangrijk om nauwkeurig een diepe verzwakking te kunnen halen.

De carrousel met de weerstanden. Links de beide verende contactstrips welke los in de groeven in de metalen delen liggen.

Het probleem liet zich raden, de veer op de middenpin van de bovenste BNC connector zat niet helemaal op de goede plaats waardoor slecht contact gemaakt werd. Dit is gerepareerd door de veer bij te buigen.

Het is lastig te zien, maar het PTFE binnenwerk van de linker, bovenste BNC connector zat iets scheef waardoor ook het contact niet goed uitkwam. Dit binnenwerk leek nu wel vast te zitten, dus is alleen de veer iets bij gebogen.

Hiermee lijkt de verzwakker weer te werken. Interessant is nog dat individuele verzwakkers behoorlijk van elkaar verschillen. Voor zover dat zonder demontage ging nam ik het schema op:

Een schets van het schema van de verzwakkers.

Geen enkele waarde komt uit een standaard E-reeks, dus zijn het allemaal speciaal gemaakte weerstanden. Bij de grotere verzwakkingen zijn enige kleine condensatortjes geplaatst. Alle verzwakkers lijken op de condensatortjes na symmetrisch opgebouwd te zijn. De fabrikant vermeld dan ook geen in- en uitgang.

Het was interressant om te zien hoe een in theorie eenvoudige functie in de praktijk goed uitgevoerd kan worden.