Hi Wir bauen momentan einen Versuch, bei dem wir Glas dazu bringen, zu leiten und zu leuchten. Dafür muss das Glas (und die Anschlüsse am Glas) auf eine hohe Temperatur gebracht werden, dann wird es leitend und produziert ein so grelles Licht, dass es einem in den Augen weh tut. Leider ist der Spaß schon nach kurzer Zeit vorbei, dann ist das Glas so heiß, dass es schmilzt, heruntertropft und "durchbrennt". Eine Kontrolle über den Zeitpunkt des Durchbrennens ist derzeit schwer, denn ist das Glas zu heiß durch den Bunsenbrenner erwärmt worden, leuchtet es so hell und produziert so viel Hitze, dass es noch besser leitet und noch heißer wird und dann eben durchbrennt. Ist es zu kalt, wird das Leuchten wieder schwächer und erlischt, bis man wieder aufheizt. Nun kam die Idee, den durchfließenden Strom zu begrenzen, oder zumindestens einstellbar zu machen, damit wir den Leuchteffekt vielleicht etwas länger genießen können. Dafür haben wir überlegt eine kleine elektronische Schaltung zu bauen. Da gibt es bloß zwei Probleme: Erstens: Die notwendige Leistung... Es handelt sich hier für die Stromversorgung des Versuchs um eine Gleichspannungsquelle mit 220V und 40A. Über einen Vorwiderstand von ca. 11 Ohm begrenzen wir den Strom schon mal auf 20A - trotzdem ist hier eine ganz schön große Leistung erforderlich, die zu Regeln wäre und die 20A müssen es schon sein. Denn mit einer 20A/220V Gleichspannungsquelle ist der Versuch nicht sicher durchführbar und funktioniert manchmal nicht - und am Ende des Versuchs soll das Glas auch ruhig durchbrennen, nur der Leuchteffekt bis zu dem Punkt könnte etwas länger andauern. In dieser Leistungsklasse kenne ich mich weder mit nötigen Bauteilen zur Steuerung noch mit der nötigen Mindestbreite/-dicke von Leiterbahnen auf Platinen aus... Außerdem ist das ganze natürlich auch schon ziemlich gefährlich und nichts, womit man Spaßen und rumprobieren kann. Zweitens: Wir haben den Versuch zwar nicht selbst durchgeführt, aber bei einem Versuch mit einem regelbaren Netzteil mit Strombegrenzung hat sich das System wohl stark aufgeschwungen, der Strom schwankte stark und der Leuchteffekt war dann kaum brauchbar produzierbar. Wenn ich das richtig sehe, müsste man also den Strom noch durch einen Shunt schicken, messen/auswerten und die Regelsoftware dann deutlich komplexer schreiben, um dieses Schwingen zu verhindern, oder? Ist so eine Regelelektronik als Strombegrenzung oder einstellbare Stromquelle mit relativ geringem Aufwand machbar? Oder ist das eher was für eine Bachelor-/Master-/Doktorarbeit und wir sollten und damit begnügen, dass der Stab halt nach kurzer Zeit durchbrennt? Gruß Tobias
Verdammt - kann ein Moderator vielleicht das fehlende g im Betreff einfügen? :) Danke!
Die Regelung haengt von der Strecke ab. Dazu muesste man erst mal ein Modell vom Verhalten der Strecke haben. Mir scheint es nicht linear zu sein, was das Problem grad mal eine Stufe schwieriger macht. Wielleicht kann man das Problem ja eine Stufe runterskalieren, dh anstelle dieses Stabes ein kleines Roehrchen verwenden. Dann ist die Spannung kleiner, und der Strom auch. Die Speisung sollte getaktet sein. Und die Endstufe wuerde dann mit PWM arbeiten. Wenn man dann mal die Streckenparameter hat, so kann man das Modell an einem Nachmittag in einen Regler implementieren.
Ob sich das System linear verhält, kann ich nicht sagen - ich bezweifle es aber auch sehr stark. Eine Untersuchung bringt wohl (abgesehen davon, dass es sehr schwer wird) auch wenig neue nützliche Erkenntnisse. Aber wieso ist ein Röhrchen einfacher zu regeln als ein Stab? Dass der Strom kleiner ist, ergibt Sinn. Aber die Regelbarkeit? Vom Verhalten her müsste es ja ähnlich sein... Stäbe mit ca. 10mm Durchmesser und ausreichender Länge (effektive stromdurchflossene Länge ca. 2-3cm plus einige cm zur Einspannung usw.) sind in sehr großer Stückzahl vorhanden. Röhrchen nur in sehr begrenzter, aber vorhanden wären sie auch!
Eine Untersuchung der Eigenschaften ist Vorbedingung fuer ein Modell. Man kann natuerlich auch einfach ein wenig Probieren und schafft es dann vielleicht auch.
Du brauchst doch im Prinzip "nur" den Strom abhängig von Glastemperatur oder Helligkeit zu regeln. Z. B. Thermoelemente Infrarot oder Fototransistor. Die Regelung von hohen Strömen ist hier in diversen Beiträgen zu finden
Ich würde versuchen, "nicht an den Symptomen herumzudoktern", d.h. nicht mit unterschiedlichen Glasquerschnitten zu spielen, oder pi-mal-Daumen den Strom zu begrenzen, sondern versuchen, die physikalische Größe zu regeln und zu limitieren, die für die Zerstörung verantwortlich ist, die Temperatur. Da diese Temperatur recht hoch ist, und die Messung für eine möglichst überschwingfreie Regelung schnell sein sollte, bietet sich eine Strahlungsmessung anstelle auf Kontakt beruhender Temperaturmesungen an. Möglicherweise genügt auch eine einfache Lichtmessung - nicht nur die Infrarotemission, sondern auch die im sichtbaren Bereich sollte mehr oder weniger proportional mit der Temperatur steigen. Wichtig wird sein, daß der Strahlungssensor die Strahlung des Glasstabes möglichst vollständig und gleichmaässig erfasst. "Hotspots" könnten dennoch ein Problem bleiben, wenn die Regelung zwar dafür sorgt daß die mittlere Temperatur im zulässigen Bereich bleibt, aber punktuell der Glasstab ausdünnt und dort das Glas überhitzt und überlastet wird. Wird das tatsächlich zum Problem, könnte bspw. ein Zeilensensor auf den der Glasstab fokussiert abgebildet wird erforderlich sein, und eine entsprechend komplexe Auswertung, mit globalem und lokalem Scope auf die Temperaturen. Verhindert werden, daß der Glasstab immer beginnen wird, "an irgendeiner schwächsten Stelle aufzugeben", kann so aber immer noch nicht. Dazu wäre es nötig bspw. eine punktuell auftretende Verdünnung zu kompensieren oder rückgängig zu machen - damit beginnt die Sache dann aber tatsächlich kompliziert zu werden... ;-) Der Rest ist "normale" Regelungstechnik, vorzugsweise mit einer PWM-Leistungsendstufe, wie bereits erwähnt wurde. Eine konventionelle Strombegrenzung sollte nicht als Bestandteil des Regelkreises, wohl aber zum Schutz der Enstufe selbst gegen den Heißleiter Glas vorgesehen werden. MfG
Wenn ich das richtig verstanden habe, dann verhält sich das Glas doch wie ein Heissleiter. Wenn man einen konstanten Strom durch einen Heissleiter schickt, regelt er seine Temperatur selbst. Also wenn er zu heiss wird, dann ist der Widerstand kleiner, die Heizleistung also auch kleiner. Wird er zu kalt ist der Widerstand und somit auch die Heizleistung wieder grösser und er wärmt wieder auf. Somit könnte also eine Konstantstromquelle eine mögliche Lösung sein.
Ein Keltleiter regelt den Strom selber. Ein Heißleiter nicht.
Sebastian schrieb: > Ein Keltleiter regelt den Strom selber. Ein Heißleiter nicht. Ja, den Strom regelt der Heissleiter nicht. Aber bei konstantem Strom (Konstantstromquelle oder genug grosser Vorwiderstand) wird die Temperatur geregelt.
Man könnte doch den Glasstab in ein Rohr aus hochschmelzendem Quarzglas einschließen und so den allzuschnellen Zerfall der Glasschmalze unter dem Einfluss der Schwerkraft verhindern. Andererseits: Was da am Leuchten ist dürften die in dem stark natriumhaltigen befindlichen Na-Ionen (--> gelbes Licht). Wenn's jetzt nur um's Licht geht, könnte man das "Beiwerk" im Glas auch weg lassen und gleich einen Natriumdampfbrenner nehmen... :-)
Temperatur mit FBG (Fiber Bragg grating) messen und dann den Strom nachregeln...
Hi Den Glasstab zu umschließen dürfte schwer werden... Das ganze müsste ja schon recht genau rumpassen, sollte sich selbst möglichst aus der Reaktion raushalten (also nichtleitend, höhere Schmeltemperatur) und da ja eine enorme Hitze im Glas nötig ist, damit der Effekt beginnt, muss die Umschließung sehr gut Wärmeleitend sein und direkt anliegen - Luft würde ja wieder isolieren. Das wird wohl schwer... Den Vorschlag, die Temperatur anstatt den Strom zu regeln bzw. eher gesagt die Temperatur als "Rückkopplung" zu benutzen, finde ich interessant! Das ist ne gute Idee und dürfte besser funktionieren als eine "blinde" Regelung des Stroms. Fiber Bragg Grating schau ich mir also mal an :) Danke bis hier Tobias
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