Problemet är, som jag försöker klargöra, att ett maximalt fel på 1mA inte säger någonting om vilken noggrannhet du får. Vid låga strömmar blir felet stort.
Ett större problem är dock att det sker fler saker vid anoden (syrgasproduktion) än den reaktionen du är ute efter, och räknar med. Det betyder att du inte har en verkningsgrad/utbyte på 100%
Är det praxis att göra på det här sättet vid elektrolys?
Har du någon erfarenhet av att göra det i praktiken?
Nu är det några år sedan jag läste kemi på universitetet sist, så jag kan ha fel, men jag är mycket skeptisk till att du bara kan räkna dig fram till ett noggrannt värde på koncentrationen utifrån bara ström och tid.
Strömregulator
Re: Strömregulator
Spänningen kan och kommer alltså att variera och är heller inget problem, bara den är tillräckligt hög (helst 10V, men kan vara så låg som 5V och kan omöjligt överskrida inkommande spänning, som är på minst 24V - om jag använder en AC/DC-adapter som jag redan har).
Jag kan nog bygga det själv, men behöver i så fall hjälp med ett schema för kretsarna samt komponentlista. Om någon som läser detta tycker att det är kul att bygga så låter jag gärna denna person göra det, men är inte beredd att betala mer än några hundra för själva jobbet (exkl. komponenterna), då jag inte har något kommersiellt intresse i detta, utan det är bara experiment.
Och ja, jag vet exakt vad som händer vid anoden resp- katoden och under hela elektrolysprocessen.
Betr. om det är vanligt vid elektrolys. Beror helt på vad man avser att tillverka. Om anoden är mediet så är det ett måste (alternativet är att mäta i efterhand, men det är ganska dyr och speciell utrustning som krävs för att göra detta), men om anoden bara är katalysator för processen, ja då har det ingen betydelse. Och ja, jag har redan byggt en enklare modell, där jag helt enkelt kopplat in ett 3.3 KOhm motstånd för att på så sätt begränsa strömmen till 7.2 mA, så jag kan på så sätt sätta ett "tak" för hur mycket ström som får passera ut ( 24 V / 3.3 Kohm = 7.2 mA), samt mäter med en Multimeter och justerar elektroderna. Det fungerar bra. Men jag vill slippa justera elektroderna samt kunna sätta ett fast värde på den ström som går genom elektroderna, så det är nästa steg.
Jag kan nog bygga det själv, men behöver i så fall hjälp med ett schema för kretsarna samt komponentlista. Om någon som läser detta tycker att det är kul att bygga så låter jag gärna denna person göra det, men är inte beredd att betala mer än några hundra för själva jobbet (exkl. komponenterna), då jag inte har något kommersiellt intresse i detta, utan det är bara experiment.
Och ja, jag vet exakt vad som händer vid anoden resp- katoden och under hela elektrolysprocessen.
Betr. om det är vanligt vid elektrolys. Beror helt på vad man avser att tillverka. Om anoden är mediet så är det ett måste (alternativet är att mäta i efterhand, men det är ganska dyr och speciell utrustning som krävs för att göra detta), men om anoden bara är katalysator för processen, ja då har det ingen betydelse. Och ja, jag har redan byggt en enklare modell, där jag helt enkelt kopplat in ett 3.3 KOhm motstånd för att på så sätt begränsa strömmen till 7.2 mA, så jag kan på så sätt sätta ett "tak" för hur mycket ström som får passera ut ( 24 V / 3.3 Kohm = 7.2 mA), samt mäter med en Multimeter och justerar elektroderna. Det fungerar bra. Men jag vill slippa justera elektroderna samt kunna sätta ett fast värde på den ström som går genom elektroderna, så det är nästa steg.
Re: Strömregulator
Kanske börja i flera steg... Är du villig att mäta med separat amperemätare så här i början så är nedanstående förmodligen betydligt mer kontrollerat än att köra med enkel motstånd i serie med strömkällan - kommer inte ihåg, men troligen ger nedanstående en impedans på över 50 kOhm vilket gör att strömmen rör sig väldigt lite även om utspänningen varierar flera Volt - det är ju det som är vitsen med strömgeneratorer.
tex. strömspeglar kan göras med BC557 i området från några tiotal µA till väl över 10 mA med mycket hög inre resistans (dvs. strömmen ändrar sig väldigt lite även om utgångsspänningen varierar flera Volt) typ:
Spänningen 'in' på OP-ampen bestämmer strömmen på 'out' baserat på spänningen över R3 av strömmen som går igenom motståndet, R5 är bara mätmotstånd i kopplingen i simuleringen.
För 0.1 - 10 mA område så kan trissorna Q1,Q2 vara av BC557C-typ och Q3 BC547C eller liknande småsignaltrissa. Q1,Q2 bör sättas ihop med en lite klick kylpasta eller lim och pressas hårt ihop - det är för att värmen skall bli så lika som möjligt på dessa två trissor.
R1 och R2 finns för att jämna ut mellan benen då trissorna från en påse inte garanterat är från samma kiselskiva vid tillverkningen - det finns dubbeltrasistor med båda trissorna på samma kisel typ BCV62(C) https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/asse ... 1601_e.pdf om man skall ha högre noggrannhet och i dessa fall behöver man oftast inte R1 och R2 - just den som jag hittade lite snabbt på Elfa är ytmonterad och skall den kunna ta 100 mA så behöver den sitta på kylande substrat samt maxförlust är 250 mW.
Med sådan kopplingar kan utspänningen gå väldigt nära matningsspänningen utan att tappa prestanda och kan vara under 0.5 Volt vid lägre strömmar (då R1 och R2 står för den största spänningsfallet) och med dubbeltrissa och R1 och R2 är 0 Ohm så kan man närma sig 0.2 Volt spänningsfall.
För din koppling får du givetvis justera motståndsvärden för att passa dina syften och vilken spänning du har tillgång till
tex. strömspeglar kan göras med BC557 i området från några tiotal µA till väl över 10 mA med mycket hög inre resistans (dvs. strömmen ändrar sig väldigt lite även om utgångsspänningen varierar flera Volt) typ:
Spänningen 'in' på OP-ampen bestämmer strömmen på 'out' baserat på spänningen över R3 av strömmen som går igenom motståndet, R5 är bara mätmotstånd i kopplingen i simuleringen.
För 0.1 - 10 mA område så kan trissorna Q1,Q2 vara av BC557C-typ och Q3 BC547C eller liknande småsignaltrissa. Q1,Q2 bör sättas ihop med en lite klick kylpasta eller lim och pressas hårt ihop - det är för att värmen skall bli så lika som möjligt på dessa två trissor.
R1 och R2 finns för att jämna ut mellan benen då trissorna från en påse inte garanterat är från samma kiselskiva vid tillverkningen - det finns dubbeltrasistor med båda trissorna på samma kisel typ BCV62(C) https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/asse ... 1601_e.pdf om man skall ha högre noggrannhet och i dessa fall behöver man oftast inte R1 och R2 - just den som jag hittade lite snabbt på Elfa är ytmonterad och skall den kunna ta 100 mA så behöver den sitta på kylande substrat samt maxförlust är 250 mW.
Med sådan kopplingar kan utspänningen gå väldigt nära matningsspänningen utan att tappa prestanda och kan vara under 0.5 Volt vid lägre strömmar (då R1 och R2 står för den största spänningsfallet) och med dubbeltrissa och R1 och R2 är 0 Ohm så kan man närma sig 0.2 Volt spänningsfall.
För din koppling får du givetvis justera motståndsvärden för att passa dina syften och vilken spänning du har tillgång till
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: Strömregulator
Sedan är den koppling ganska dum. Dels är R3 och R4 parallellkopplade utan orsak och dels kommer strömmen att gå i båda transistorer.
Ska den alltså ge ut 1A behövd 2A - inte det mest geniala.
Och hela lösningen är att bara låta Q3 vara en PNP/P-MOSFET och sedan göra det samma med op-ampen och helt spola Q1 & Q2.
Ska den alltså ge ut 1A behövd 2A - inte det mest geniala.
Och hela lösningen är att bara låta Q3 vara en PNP/P-MOSFET och sedan göra det samma med op-ampen och helt spola Q1 & Q2.
Re: Strömregulator
För strömkälla med max 1 A är det inte helt okomplicerat att reglerar strömmen med noggrannhet +/- 0.5 mA.
Som kemi-referens, det är inte är helt enkelt att avläsa med ml-noggrannhet om man häller vatten i graderade 1000 ml kyvetter och vill ha 999 ml.
Jämför med att hälla upp 9 ml i ett 10 ml stort provrör, för det behövs knappt någon gradering och man får ändå säkerhet +/- 1ml.
För noggrannhet behöver man begränsa sej till rätt arbetsområde och anpassade verktyg.
Samma sak med i detta fallet lika kritiska tidsmätningen.
Det är inte effektivt att mäta sekund-noggrannhet genom att avläsa timvisaren på klockan.
För att beräkna mängden antalet överförda laddningar behöver man mäta två saker, strömmen och tiden. Multiplikation av dessa parametrar ger totalt överförd laddningsmängd.
Bägge parametrarna måste mätas med liknande noggrannhet, det finns inget vett i att överdriva noggrannheten på den ena parametern.
Därför har grundfrågan, hur reglera ström, fel fokus ur mätperspektiv om det är frågan om att mäta laddningsmängd och om Faraday's lagar stämmer.
Vill man hålla hög noggrannhet på slutresultatet är ström-regleringen sekundär, det är ström-mätningen som är intressant. Det är inte ord-klyveri lika lite som problemet att mäta eller reglera den andra parametern, vilket är såvitt jag vet mycket svårt. Tiden löper gärna fram obevekligt med konstant flöde.
Mäta tid resp ström är tekniskt enklare.
Vad jag tror mej veta är att TS har tillgång till 24Vdc spänningskälla. Strömmar av intresse är tydligen under 10mA men med önskat reglerområde uppåt 1A och det är ok att grovreglera max-strömmen för det enskilda tillfället med motstånd. Dvs relativt små arbetsområden för det enskilda experimentet men med flexibilitet för ett stort område, med bibehållen numerisk precision.
Precisionskravet brukar anges relativt av talets storlek för sådan som mäts med flyttal, men TS har väl sina skäl. Elementarladdning är ju iofs ett heltal men det har ingen betydelse för multiplicerade slutsumman då tiden är ett flyttal eller t.o.m. ett komplext tal, beroende på hur filosofisk man vill vara.
Mäta tid och ström.
Ersätter man motståndet med en effekttrissa styrd av variabelt motstånd för grovreglering mellan DC+ och elektrolys-anoden vinner man möjligheten att utöver reglera strömmen via t.ex. en simpel pot även enkelt fullständigt kan styra av och på trissan, och därmed elektrolys-processen, via annan elektronik, vid önskad tidpunkt. Tid är ju en viktig faktor i detta fallet.
En enkel och billig kristallstyrd MCU kan med relativt hög precision styra/mäta vid vika tider transistorn ska vara påslagen. Även nybörjare fixar ihop t.ex. en Arduino till att tids-styra trissan på några timmar.
En sådan MCU kan även sampla in analoga spänningar, 0-5 Volt, med hygglig precision.
Med hjälp av Ohms lag kan man beräkna det motstånd vars resistans ger max 5 Volt för den tilltänkta max-strömmen för ett enskilt experiment.
Lägg detta motstånd i serie med katoden och till jord, och sampla in dessa spännings-värden. I MCU'n, adderas inlästa värden till en totalsumma, typ en eller hundra ggr i sekunden. När viss summa uppnåtts så stängs transistorn av via MCU'n eller så upphör summan automatiskt öka när man bryter spänningen för elektrolys-kretsen. Summan kan avläsas direkt i PC så man behöver minimalt med extern hårdvara.
Summan är proportionell mot överförd laddning. Samma uppställning kan användas för att alternativt styra eller mäta överförd laddning med god precision, men man bör vara medveten om uppställningens brister.
Som exempel, felkällor är ofta relativa.
Att strömregleringen inte är helt precis är bara en fördel pga av A/D-omvandlingens begränsning i bit-upplösning. Tids-mätningen har begränsningar pga av inexakthet av kristall-frekvensen, men beroende på hur du väljer att beräkna tid i processorn så kan även kod-strukturen ge orsak till sämre tidsupplösning. DC-offset, A/D-linjäritet och tolerans på katod-motståndet kan inverka på total-resultatet.
Kräver man hög noggrannhet är det enklast att skapa kalibreringsreferenser, det är rutin för många typer av precisionsmätningar.
Exempelvis för katod-motståndet, ett standard bättre motstånd har en tolerans på kanske 1%, men det finns inget som hindrar att du lägger en, via noggrann multimeter, uppmätt ström tillfälligt över motståndet och kalibrerar mjukvaran i MCU'n så att A/D-omvandlaren ger rätt värden för t.ex. tre mätpunkter, min, medel och max för det enskilda mättillfället. Vet du t.ex. att önskat arbetsområde för ett enskilt experiment är 7-8 mA kan man för att bäst utnyttja hela bitupplösningen lägga in en offset och kalibrera 5 mA som den undre och 10 mA som den övre mät-gränsen.
Temperaturkompensation för tidsmätande kristall av precisionstyp eller synka MCU'n mot GPS-klocka är fullt möjligt utan att det kostar särskilt mycket.
Andra felkällor av betydelse kan bero på hur extrema tids och ström-värden det rör sej om. Brus, jitter och bit-upplösning i A/D har stor betydelse för en enskild avläsning medans sådant minskar i betydelse när ett stort antal varierande avläsningar summeras. Temperaturdrifter av olika slag ökar i betydelse om mätningen pågår längre tid.
Programmeringsmässigt kan man utnyttja MCU:n till att även aktivt grov-reglera strömmen via effekttrissan, Det är enkelt då man ändå mäter strömmen genom katod-motståndet. Man kan även tänka sej programmerade kurvor för strömmen eller t.ex. att ha trissan avstängd 99 av 100 sekunder för att kunna mäta vad som händer för i genomsnitt lägre strömmar än vad som annars går att styra eller kalibrera pga av brus och mätupplösning.
Vad gäller styrningen av effekttrissan, styra via en optokopplare löser många problem. Är det högre strömmar måste trissas kylas eller temperatur-övervakas och den har liksom all elektronik temperaturberoende egenskaper. Är det fast oreglerad ström styrd via ett motstånd till trissan så blir det lätt ström-drift på åtskilliga procent under den tid elektrolysen pågår. Mindre avvikelse har ingen betydelse för mätnoggrannheten av överförd laddning men vid större avdrift pga t.ex. dålig kylning kan det leda till att A/D mätområdet över katod-motståndet överskrids.
Är strömmarna under 10 mA så är nog problemet måttligt men vid 1 Amper och kanske 10-15 Volt så blir det 10-15 Watt som kontinuerligt måste kylas bort.
Som kemi-referens, det är inte är helt enkelt att avläsa med ml-noggrannhet om man häller vatten i graderade 1000 ml kyvetter och vill ha 999 ml.
Jämför med att hälla upp 9 ml i ett 10 ml stort provrör, för det behövs knappt någon gradering och man får ändå säkerhet +/- 1ml.
För noggrannhet behöver man begränsa sej till rätt arbetsområde och anpassade verktyg.
Samma sak med i detta fallet lika kritiska tidsmätningen.
Det är inte effektivt att mäta sekund-noggrannhet genom att avläsa timvisaren på klockan.
För att beräkna mängden antalet överförda laddningar behöver man mäta två saker, strömmen och tiden. Multiplikation av dessa parametrar ger totalt överförd laddningsmängd.
Bägge parametrarna måste mätas med liknande noggrannhet, det finns inget vett i att överdriva noggrannheten på den ena parametern.
Därför har grundfrågan, hur reglera ström, fel fokus ur mätperspektiv om det är frågan om att mäta laddningsmängd och om Faraday's lagar stämmer.
Vill man hålla hög noggrannhet på slutresultatet är ström-regleringen sekundär, det är ström-mätningen som är intressant. Det är inte ord-klyveri lika lite som problemet att mäta eller reglera den andra parametern, vilket är såvitt jag vet mycket svårt. Tiden löper gärna fram obevekligt med konstant flöde.
Mäta tid resp ström är tekniskt enklare.
Vad jag tror mej veta är att TS har tillgång till 24Vdc spänningskälla. Strömmar av intresse är tydligen under 10mA men med önskat reglerområde uppåt 1A och det är ok att grovreglera max-strömmen för det enskilda tillfället med motstånd. Dvs relativt små arbetsområden för det enskilda experimentet men med flexibilitet för ett stort område, med bibehållen numerisk precision.
Precisionskravet brukar anges relativt av talets storlek för sådan som mäts med flyttal, men TS har väl sina skäl. Elementarladdning är ju iofs ett heltal men det har ingen betydelse för multiplicerade slutsumman då tiden är ett flyttal eller t.o.m. ett komplext tal, beroende på hur filosofisk man vill vara.
Mäta tid och ström.
Ersätter man motståndet med en effekttrissa styrd av variabelt motstånd för grovreglering mellan DC+ och elektrolys-anoden vinner man möjligheten att utöver reglera strömmen via t.ex. en simpel pot även enkelt fullständigt kan styra av och på trissan, och därmed elektrolys-processen, via annan elektronik, vid önskad tidpunkt. Tid är ju en viktig faktor i detta fallet.
En enkel och billig kristallstyrd MCU kan med relativt hög precision styra/mäta vid vika tider transistorn ska vara påslagen. Även nybörjare fixar ihop t.ex. en Arduino till att tids-styra trissan på några timmar.
En sådan MCU kan även sampla in analoga spänningar, 0-5 Volt, med hygglig precision.
Med hjälp av Ohms lag kan man beräkna det motstånd vars resistans ger max 5 Volt för den tilltänkta max-strömmen för ett enskilt experiment.
Lägg detta motstånd i serie med katoden och till jord, och sampla in dessa spännings-värden. I MCU'n, adderas inlästa värden till en totalsumma, typ en eller hundra ggr i sekunden. När viss summa uppnåtts så stängs transistorn av via MCU'n eller så upphör summan automatiskt öka när man bryter spänningen för elektrolys-kretsen. Summan kan avläsas direkt i PC så man behöver minimalt med extern hårdvara.
Summan är proportionell mot överförd laddning. Samma uppställning kan användas för att alternativt styra eller mäta överförd laddning med god precision, men man bör vara medveten om uppställningens brister.
Som exempel, felkällor är ofta relativa.
Att strömregleringen inte är helt precis är bara en fördel pga av A/D-omvandlingens begränsning i bit-upplösning. Tids-mätningen har begränsningar pga av inexakthet av kristall-frekvensen, men beroende på hur du väljer att beräkna tid i processorn så kan även kod-strukturen ge orsak till sämre tidsupplösning. DC-offset, A/D-linjäritet och tolerans på katod-motståndet kan inverka på total-resultatet.
Kräver man hög noggrannhet är det enklast att skapa kalibreringsreferenser, det är rutin för många typer av precisionsmätningar.
Exempelvis för katod-motståndet, ett standard bättre motstånd har en tolerans på kanske 1%, men det finns inget som hindrar att du lägger en, via noggrann multimeter, uppmätt ström tillfälligt över motståndet och kalibrerar mjukvaran i MCU'n så att A/D-omvandlaren ger rätt värden för t.ex. tre mätpunkter, min, medel och max för det enskilda mättillfället. Vet du t.ex. att önskat arbetsområde för ett enskilt experiment är 7-8 mA kan man för att bäst utnyttja hela bitupplösningen lägga in en offset och kalibrera 5 mA som den undre och 10 mA som den övre mät-gränsen.
Temperaturkompensation för tidsmätande kristall av precisionstyp eller synka MCU'n mot GPS-klocka är fullt möjligt utan att det kostar särskilt mycket.
Andra felkällor av betydelse kan bero på hur extrema tids och ström-värden det rör sej om. Brus, jitter och bit-upplösning i A/D har stor betydelse för en enskild avläsning medans sådant minskar i betydelse när ett stort antal varierande avläsningar summeras. Temperaturdrifter av olika slag ökar i betydelse om mätningen pågår längre tid.
Programmeringsmässigt kan man utnyttja MCU:n till att även aktivt grov-reglera strömmen via effekttrissan, Det är enkelt då man ändå mäter strömmen genom katod-motståndet. Man kan även tänka sej programmerade kurvor för strömmen eller t.ex. att ha trissan avstängd 99 av 100 sekunder för att kunna mäta vad som händer för i genomsnitt lägre strömmar än vad som annars går att styra eller kalibrera pga av brus och mätupplösning.
Vad gäller styrningen av effekttrissan, styra via en optokopplare löser många problem. Är det högre strömmar måste trissas kylas eller temperatur-övervakas och den har liksom all elektronik temperaturberoende egenskaper. Är det fast oreglerad ström styrd via ett motstånd till trissan så blir det lätt ström-drift på åtskilliga procent under den tid elektrolysen pågår. Mindre avvikelse har ingen betydelse för mätnoggrannheten av överförd laddning men vid större avdrift pga t.ex. dålig kylning kan det leda till att A/D mätområdet över katod-motståndet överskrids.
Är strömmarna under 10 mA så är nog problemet måttligt men vid 1 Amper och kanske 10-15 Volt så blir det 10-15 Watt som kontinuerligt måste kylas bort.
Re: Strömregulator
En variant eller snarare en komplettering är att kanske försöka göra en eller skaffa en colomb-räknare (As-räknare) och då blir kraven på strömkällans strömfasthet mindre .
Det finns en hel del batteriövervakningskretsar för ursprungligen lipo-packar och andra batterityper för att estimera kapaciteten som kanske passar uppgiften med tillräcklig precision/upplösning och på sökning 'colomb counter' så dök tex. detta upp http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4150fc.pdf och det finns många fler.
Det finns en hel del batteriövervakningskretsar för ursprungligen lipo-packar och andra batterityper för att estimera kapaciteten som kanske passar uppgiften med tillräcklig precision/upplösning och på sökning 'colomb counter' så dök tex. detta upp http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4150fc.pdf och det finns många fler.
Re: Strömregulator
Håller med. Börja med detta och återkom ifall kopplingen inte duger för dina behöv.mac skrev:En enkel koppling med LM317, en potentiometer och ett par motstånd samt en multimeter borde klara biffen utan problem.
