Kraft im Kondensator <-> Gewichtskraft?

[ranke]

Bekommt man aber über die Strömung nicht wieder eine Veränderung der effektiven Druckes? Ich denke da an Verwirbelungen etc. unter der Scheibe. Da muß ich mich aber mal informieren.

Ich hatte mir das eigentlich so gedacht, dass man die Zu- und Abströmung in einen seperaten Behälter macht, von diesem ausgehend, als Stichleitung, die Leitung zu Drucksensor und Scheibe. Damit dürfte in der Stichleitung keine Strömung herrschen, außer es gibt Undichtigkeiten und natürlich Ausgleichsströmungen bei Temperaturänderung.
Der seperate Behälter könnte klein sein, es könnte auch nur ein T-Stück in der Leitung sein um das Gesamtvolumen klein zu halten. Die Durchströmung kann ja auch gering sein, eben gerade so, dass man einen vernünftigen Regelkreis aufbauen kann. Als Minimalwert wird man den zusätzlichen Volumenstrom, der bei bei Temperaturänderung entsteht, ansetzen. Das kann man abschätzen, wenn man den Rauminhalt des zu regelnden Volumens und den maximalen Temperaturgradient abschätzen kann.
Den Meßkolben könnte man auch als eine Art "Taucherglocke" auf einer Sperrflüssigkeit schwimmen lassen. Außenherum Atmoshärendruck, das Innere der Glocke wird (Steigrohr von unten) mit dem zu regelnden Druck beaufschlagt. Gemessen wird das scheinbare Gewicht des Kolbens. Die Anordnung ist dicht und läßt sich auf einfach zu messende Größen zurückführen (Geometrien und Kräfte sind mit geringem Aufwand mit guter Genauigkeit meßbar).
Was mir bisher nicht klar geworden ist: wie wollt Ihr eigentlich die zu messende Platte an den Rändern abstützen und dichten ohne dass Kräfte (und resultierende Verformungen) auf sie übertragen werden?

[Megana]

Jetzt muß ich doch nochmal nachfragen, ob ich das richtig verstanden habe:

Alos, ich habe mein Luftvolumen unter der Glasscheibe und schließe da einen extra Schlauch (Stichleitung) an, das an einem T-Stück endet. Durch die beiden offenen Enden des T-Stücks lasse ich nun einen Luftstrom durchströmen - sprich am einen Ende eine Düse, am anderen ein Auslaßventil. Bleibt das Volumen (Druck, Temperatur) im Hauptbehälter gleich, tut sich in der Stichleitung gar nichts; tut sich was, wird der Unterschied über die Durchströmung angeglichen.

Fragen:
1. Wie genau kann ich das regeln? Wie würden solche Düse-Ventil-Kombinationen aussehen, die das können - hast Du da Erfahrungen, wo man sowas herbekommt?

2. Wie schnell werden dann so Druckunterschiede ausgeregelt? Ich vermute mal, das hängt von der Qualität des Auslaßventils ab - und das müßte man ja ziemlich genau auf den Sollwert von 13,3 Pa einstellen können. Mir ist noch nicht ganz klar, warum das Ventil einen großen Querschnitt haben muß?

Wie wir Platte abstützen und abdichten wollen (ohne Verspannung!), ist natürlich das nächste Problem. Nachdem der Druck aber recht gering ist, braucht es da keinen starken Kleber. Laut ersten Versuchen tut es eine Schicht Spüli auf'm Rand - aber wie sehr sich da alles verzieht, ist natürlich die andere Frage.

[ranke]

Alos, ich habe mein Luftvolumen unter der Glasscheibe und schließe da einen extra Schlauch (Stichleitung) an, das an einem T-Stück endet. Durch die beiden offenen Enden des T-Stücks lasse ich nun einen Luftstrom durchströmen - sprich am einen Ende eine Düse, am anderen ein Auslaßventil. Bleibt das Volumen (Druck, Temperatur) im Hauptbehälter gleich, tut sich in der Stichleitung gar nichts; tut sich was, wird der Unterschied über die Durchströmung angeglichen.

Ja das entspricht etwa meiner Vorstellung, wie man das bauen könnte. In der Stichleitung muß neben dem Behälter für das Meßobjekt noch ein Drucksensor angebracht sein. Die Stellung des Auslaßventils wird über den Drucksensor beeinflußt so dass sich ein geschlossener Regelkreis ergibt.

1. Wie genau kann ich das regeln? Wie würden solche Düse-Ventil-Kombinationen aussehen, die das können - hast Du da Erfahrungen, wo man sowas herbekommt?

Nachdem die Störgröße (Temperaturänderung) langsam auftritt und die dadurch bedingte Volumenänderung relativ gering ist zum (noch frei wählbaren) Volumendurchsatz über Zu-/Abstrom rechne ich mit einem guten Regelverhalten. Das hängt natürlich auch an der Auslegung des Reglers.
Von Hand einstellbare Druckluftdrosseln gibt es bei Pneumatikzubehör (z.B. FESTO), das wäre als Drossel für den Einlaß wahrscheinlich geeignet. Das Auslaßventil ist wohl problematischer, wegen dem geringen Druck. Vielleicht Eigenbau als Düse-Prallplatte? Das wäre zumindest mechanisch einfach, sehr feinfühlig und fast ohne Kraftrückwirkung. Vielleicht genügt es, die Prallplatte an eine Ringwaage zu bauen und fertig. Das mit dem großen Querschnitt war nur relativ gemeint, wegen des geringen Druckabfalls über dem Auslaßventil. Man wird den Luftdurchsatz aber nicht zu hoch machen wollen, dann wird es natürlich wieder klein.

2. Wie schnell werden dann so Druckunterschiede ausgeregelt? Ich vermute mal, das hängt von der Qualität des Auslaßventils ab - und das müßte man ja ziemlich genau auf den Sollwert von 13,3 Pa einstellen können. Mir ist noch nicht ganz klar, warum das Ventil einen großen Querschnitt haben muß?

Das hängt eigentlich von der Qualität des Gesamtsystems Regler und Regelstrecke ab. Ich könnte mir vorstellen, daß man das mit guter Qualität hinbekommt. Das mit der genauen Einstellung auf den Sollwert ist natürlich auch eine Frage der absoluten Meßgenauigkeit. Da könnte es sinnvoll sein, noch ein zusätzliches, absolut genaues Meßinstrument zu installieren. Aufgabe des Bedieners wäre es dann, die Führungsgröße am Regler solange zu verstellen, bis die Anzeige des zusätzlichen Instruments bei 13,3 Pa ist. Ich frage mich aber, ob es nicht klüger ist, den zu vermessenden Reflektor zu beobachten. Er sollte bei 13.3 Pa ja schwerelos werden und anfangen, langsam durchs Labor zu driften.

[Megana]

Hmmmm.... das mit der Prallplatte als Auslaßventil fängt an, mir zu gefallen. Man könnte eine Ringwaage benutzen, um den Auslaß zu regeln, und zwar indem man die Platte quasi als Gegengewicht an die Ringwaage anschließt und den Meßanschluß mit dem fraglichen Luftvolumen verbindet. Steigt nun der Druck, zieht es das Gewicht (=die Platte) nach oben und es kann mehr Luft ausströmen - damit sinkt der Druck und die Platte macht wieder entsprechend dicht.

Das im Eigenbau mit der gewollten Genauigkeit hinzubekommen, halte ich dennoch für sehr anspruchsvoll - aber vielleicht nicht unmöglich. Da müßte ich mir aber schon genau überlegen, wie ich die Platte und die Verbindung zur Ringwaage konstruiere.

Ich frage mich aber, ob es nicht klüger ist, den zu vermessenden Reflektor zu beobachten. Er sollte bei 13.3 Pa ja schwerelos werden und anfangen, langsam durchs Labor zu driften.

[ranke]

Da müßte ich mir aber schon genau überlegen, wie ich die Platte und die Verbindung zur Ringwaage konstruiere.

Überlegen ist gut, das ganze schnell einstellbar machen ist besser. Wenn man die Platte recht lang macht, radial um den Drehpunkt der Ringwaage schwingend und die Düse längs dieses Radius verschiebbar anordnet, kann man schnell die Regelverstärkung einstellen. Die Sollwerteinstellung könnte mir einer Art Laufgewicht auf dem selben Hebel gemacht werden. Zitterfrei beim laufenden Betrieb einstellbar wäre allerdings eine Feder mit einstellbarer Vorspannung, das Laufgewicht nur zur Grobeinstellung.

[Megana]

Wow, Du hast echt gute Ideen!

Das könnte wirklich klappen. Auch der Aufwand an Material hält sich da in Grenzen. Nur verfälscht man natürlich die Ringwaage, wenn man da die Platte dranhängt... das Ding muß man also auch erstmal kalibrieren. Aber ich würde sowieso noch einen externen Druckmesser anschließen (haben wir schon), wie Du ja selbst schon vorgeschlagen hast. Dann müßte das auch machbar sein.

Dann werd ich mal sehen, was für Material ich da brauche und wo man das Zeug herbekommt...

Hast Du ein Gefühl dafür, in welcher Größenordnung sich die Einlaßströmung befinden sollte?

[ranke]

Hast Du ein Gefühl dafür, in welcher Größenordnung sich die Einlaßströmung befinden sollte?

Ehrlich gesagt, überhaupt nicht, der Druck ist ja auch so ungewöhnlich niedrig. Ich würde das pragmatisch angehen, in einem Vorversuch eine Anordnung von Düse und Prallplatte herstellen und den Durchfluß bei den geforderten 13Pa als Funktion des Prallplattenabstands feststellen. Das gibt dann irgend eine recht krumme Funktion, deren Mitte man als halbwegs linear annimmt. Das wäre dann der Sollwert für den Durchfluß.
Als Düsendurchmesser nimmt man eben etwas, was noch angenehm zu fertigen geht, ich hätte vielleicht mal im Bereich um 1mm probiert. Wenn man sie schraubbar konstruiert ist so eine Düse ist ja auch schnell mal gegen eine größere oder kleinere ausgetauscht.

[Megana]

Ja, das mit dem niedrigen Druck macht mir eben auch ein bißchen Sorgen. Aber experimentell sollte man der Sache schon näherkommen können. Ich bin mir noch nicht so sicher, ob ich verstanden habe, wie Du das mit dem Vorversuch meinst: den Durchfluß als Funktion des Plattenabstandes?

Ich habe inzwischen im Handel auch Ringwaagen mit eingebautem Regler gefunden (z.B. http://www.rixen-gmbh.de/deutsch/rin...rixotact-s.htm). Das wäre doch was feines: da können wir die Regelungsspannung (oder -strom) einfach benutzen, um ein Ventil direkt zu kontrollieren. Da bräuchte man eben eines, das auf die Art regelbar ist. Dann spare ich mir nämlich die Bastelei mit Prallplatte und Feder etc., was vermutlich für derart kleine Drücke extrem schwierig ist.

Andere, ganz dumme Frage, die mir noch gekommen ist: was ist denn mit dem Prinzip "Zerstäuber" - daß ein vorbeifließender Luftstrom einen Unterdruck erzeugt? Das müßte ja dann auch hier der Fall sein?
- Andererseits sollte ich das ja auch mit dem Ventil regeln können, bis die Sache stabil ist. Hmm, mal sehen...

[ranke]

Ich bin mir noch nicht so sicher, ob ich verstanden habe, wie Du das mit dem Vorversuch meinst: den Durchfluß als Funktion des Plattenabstandes?

Ja das hatte ich so gemeint. Im speziellen auch den Durchfluß ganz ohne Prallplatte als maximal möglicher Durchfluß bei einer gegebenen Düsengeometrie. Man kann natürlich auch von Hand rechnen, abhängig von der Düsengeometrie, oder eine Strömungssimulation anwerfen. Je nachdem was gerade praktisch erscheint.

Ich habe inzwischen im Handel auch Ringwaagen mit eingebautem Regler gefunden

Ja, die Firma ist beim Wikipediaartikel über Ringwaagen verlinkt, so hatte ich die auch gefunden. Das mit dem internen Regler ist dann wieder so eine Sache. Man braucht ja auch das passende Ventil dazu. Vorteil wäre die schnelle Einstellbarkeit der Regelparameter und die Funktionalität eines PID-Reglers. Ob man das aber wirklich braucht? Die Regelstrecke sollte ja selbst integrierend wirken und sprunghafte Störgrößen wären nicht zu erwarten - dann sollte ein einfacher P-Regler doch genau das richtige sein.
Das wäre dann das Düse-Prallplatte System. Es ist halt unschlagbar einfach und mit einfachen Werkstattmitteln zu bauen.
Ich hätte ja auch die Ringwaage selbst gemacht, bei Druckmessung gegen Atmosphäre reicht doch ein simpler Topf, umgekehrt als Schwimmer auf einem Ölbad, an einem Hebel geführt.
Aber das mit dem Selbermachen ist wohl eine Geschmacksfrage.

...daß ein vorbeifließender Luftstrom einen Unterdruck erzeugt?

Du meinst, dass sich duch die Strömung im T-Stück ein zusätzlicher Unterdruck in der Stichleitung ergibt? Ja das wird so sein, deshalb haben wir die Ringwaage und den Behälter für den Reflektor auch beide in die Stichleitung getan, in der Stichleitung selbst strömt ja praktisch nichts, deshalb haben die beiden auch genau den selben Druck. Den Rest sollte der Regler machen.

[Megana]

Tja, es ist halt immer der Zwiespalt: wieviel "High-Tech" braucht man wirklich, was ist unnütz, was ist doch notwendig? Tatsache ist in dem Fall: je genauer, desto besser. Du hast aber natürlich recht, daß die Regelung in dem Fall so simpel und direkt funtioniert, daß das ganze Drum-Rum der Regler-Ringwaage wohl gar nicht gebraucht wird. Und, wie gesagt, was man da für ein Ventil dafür bräuchte, ist mir auch noch nicht ganz klar.

Aber selbst die Ringwaage selber bauen ist ja schon mutig! Ich würde da jetzt gefühlsmäßig sagen, das klappt nicht mit der Genauigkeit. Andererseits will ich das Ding ja nicht zum Messen nutzen, sondern nur zum Regeln... also könnte es vielleicht doch gehen...

Wir versuchen momentan übrigens, die Sache erstmal in einem abgeschlossenen, isolierten Behälter durchzuführen, in dem man die Temperatur so gut wie möglich konstant halten kann. Mit einem entsprechend kleinen Volumen reicht das womöglich schon.
(Sprich: die Chefs wollen das ganze am liebsten völlig ohne Regelung... hach...)