נתונים 0.09 סמ"ק של מים (90 ממ"ק)

אנ מעוניינת להרתיח את המים בתוך כ10 מילי שניות בעזרת פולס חד פעמי של מתח גבוה.

יש לי ספק של 2000VDC לטעינה של קבל מתח גבוה.


השאלה שלי
איזה גודל קבל יתן את כמות הגאולים המספיקה בפריקה על מנת לאדות את כל המים בפרק זמן הזה - 10 מילי שניות..

• שיהיה יום נפלא.
• עשוי להכיל בוטנים, חלקי אגוזים, סרקזם, אירוניה, ואף ציניות

שאלה מעניינת...
לכאורה חסרים כאן נתונים כדי לחשב את קבוע הזמן של המערכת, למים יש מוליכות (נמדד במיקרו-סימנס),
הבעיה שמוליכות זו איננה קבועה בכלל - בייחוד שמדובר במים אצלנו בארץ. 1 חלקי המוליכות זוהי
למעשה ההתנגדות שהקבל רואה שהוא מתפרק ולכן קבוע הזמן (קיבול הקבל כפול ההתנגדות שהוא
רואה) קובע את משך הזמן של החימום של המים. שני הנתונים הללו חסרים (קיבול הקבל ומוליכות
המים).נסמן את קבוע הזמן באות טאו כך ש: tau=R*C כאשר:
R - התנגדות המים = sigma^-1
sigma - מוליכות המים בסימנס
כדי לקבל פולס של 10 מילי שיניות מספיק בקירוב טוב התנאי ש: 5 פעמים טאוס יהיה קטן מ-10 מילי
שניות ומכאן נמצא את התנאי על הקיבול: C < (2mili)/sigma

בכל אופן, נניח שהתנאי של הזמן שציינת מתקיים ושבמשך הזמן הזה הקבל מתפרק כמעט עד הסוף,
החישוב יתבצע כך:
1 סמ"ק של מים שווה ערך בקירוב טוב ל 1 גרם מסה של מים.
יש 0.09 סמ"ק ולכן זה בעצם 0.09 גרם.
סה"כ אנרגיה (בג'אולים) שאגורה בקבל: Ec=0.5*C*V^2 כאשר:
C - קיבול הקבל
V - המתח בו הקבל טעון כלומר במקרה הזה 2000V
סה"כ אנרגיה (בג'אולים) שדרושה כדי להרתיח את כמות המים שציינת:
Et=(4.18Joule/gram°C)*(0.09g)*(100°C - room temp)
אם נניח שטמפ' החדר היא 20 מעלות ונציב במשוואה אז נקבל שצריך בסה"כ
בערך 30 ג'אול כדי לרתיח מים, עכשיו נשווה את Et ל- Ec ונקבל:
C>2*Et/V^2 כלומר שהקיבול צריך להיות לפחות 15 מיקרו פאראד כדי שתיאורתית תיהיה
מספיק אנרגיה.
נניח שמוליכות המים (זה פחות או יותר מה שיש בברז אצלי בבית, אל תשאלו מאיפה אני יודע את זה )
היא 800 מיקרו סימנס, נבדוק אם התנאי מתקיים C < (2mili)/sigma
ויוצא שכן! בערך 2.5 פאראד.
לסיכום כל ערך של קבל שבין 15 מיקרו פאראד ל 2.5 פאראד יקיים את התנאים בקירוב טוב. מכיוון
שקשה להשיג וזה בטוח מאוד יקר קבל גדול שיכול לספוג מתח כזה גבוה (2000 וולט), אני חושב
שזה מציאותי יותר להתכנס למידה סטנדרטית של 22 מיקרו פאראד, אבל לשים לב שהוא אכן יכול
להטען לרמת מתח כזאת (הוא צריך להיות ממש גדול פיזית). למי של מכיר קבלים אז כדי להבין
פחות או יותר, קבלים בסדר גודל של 22 מיקרו פאראד הסטנדרטים בדר"כ טובים עד מתחים של 100 וולט.
אז מה שאפשר לעשות זה לשרשר כמה בטור (אבל אז מעבדים את סה"כ הקיבול וצריך לקחת
מראש קבלים יותר גדולים..)
דבר אחרון ואני חושב שהכי חשוב, צריך להיות מאוד זהיר במתחים כאלו עם קבלים!

ניתוח יפה.
יש רק טעות קטנה: בחישוב גודל הקבל המקסימלי לפי הטאו הדרוש יש לחלק ב R או להכפיל בסיגמא (ולא לחלק בסיגמה) - ואז מקבלים קבל מקסימלי של 1.6 מיקרו - שלא מספיק לאגור את האנרגיה הדרושה.
הפתרון - להגדיל את המתח לכ- 6KV.

Elim

אופס...
נכון, לא תהיה ברירה אלא להגדיל את המתח או לשים מלח במים...
לא עדיף כבר להשתמש בלייזר?
אני אישית עדיין מעדיף את הקומקום החשמלי

תאדה ליטר מים בשניה , תלוי ברמת הפיזור (שטח הפנים) כמובן

יצרתי קבל של 3.7 מיקרו פרד, 2600V בערך.
יצרתי אותו מכל מיני קבלי מתח גבוה שהיו אצלי, הגדול שבהם 500uf 330V כמה של 100uf 330V עוד כמה של 10uf 500V

הקבלים הם אלקטרוליטים, והקפדתי על קוטביות נכונה, ועל בידוד איכותי בין קבל לקבל.

המוזר, הקבל הזה לא נטען, אין לי מודד למתחים כאלה, אז בדקתי עם נורת נאון קטנה כמו שיש בטסטרים (כמובן מפורקת ובלי הנגד)

עם הקבל המקורי שהוא 0.047 מיקרו היא מבזיקה בכחול סגול מה שאומר שהיא נפרצת.
עם הקבל שאני יצרתי היא דולקת בכתום.

עוד אינדיקציה הוא המרווח פריצה, עפ הקבל המקורי ב4-5 מ"מ מרחק בין האלקטרודות כבר היה פורץ ניצוץ

עם הקבל שלי זה לא קרה גם אחרי כמה דקות של טעינה, תמיד הייתי חייבת מגע פיזי באלקטרודות על מנת לייצר ניצוץ.

עוד אינדיקציה (יותר מניסיון שלי עם מתח גבוה) הניצוץ עם הקבל המקורי היה חזק יותר מבחינת סאונד ובצבע לבן - כחולבהיר יותר.

ועם הקבל שלי הניצוץ היה סגול - כתום וגרם לאלקטרודות להדבק קצת.

מכל זה אני מסיקה שעם הקבל המקורה המתח אכן הגיע לכ2000 וולט, ועם הקבל שלי אני בספק עם הגעתי ל300

ועם הקבל המקורי הזרם היה אפסי, בעוד שעם הקבל שלי הזרם היה קצת יותר גבוה.


השאלה מה יכולה להיות התקלה?

הקבל המקורי הוא לא אלקטרוליטי, אבל מגיע אליו DC בלבד.

• שיהיה יום נפלא.
• עשוי להכיל בוטנים, חלקי אגוזים, סרקזם, אירוניה, ואף ציניות

בחיבור קבלים בטור המתח על הקבלים לא יתפלג באופן שווה וגם לא ביחס הפוך לקיבול - מאחר ולכל קבל יש התנגדות מקבילית (זליגה) שונה.
כדי לחבר קבלים בטור יש לאזן את המתחים עליהם בעזרת נגדים במקביל לכל קבל. הזרם בנגדים צריך להיות גדול בסדר גודל מערך זרמי הזליגה של הקבלים.
ללא נגדים אילו - המתח על הקבלים יעבור את המתח הנקוב והקבלים יפרצו.

Elim

במתחים כאלו קבל שנפרץ משמיע ציקצוקים, אבל זה לא קרה.

בכל מקרה סך כל הקבלים מביא אותי ל2600V והמתח טעינה הוא מקסימום 2000V

הבעיה שהזרם טעינה שם הוא מאוד מאוד נמוך
איזה נגדים לשים?

• שיהיה יום נפלא.
• עשוי להכיל בוטנים, חלקי אגוזים, סרקזם, אירוניה, ואף ציניות

במקרה של זרם טעינה נמוך מאוד לא רצוי מבנה של קבלים בטור עם נגדי איזון, אלא רק מבנה של קבל בודד או קבלים במקביל, מאחר ונגדי האיזון יאריכו מאוד את זמן הטעינה ועלולים להגביל את המתח המקסימלי.
ניתן להשתמש בקבלים של מיקרוגל כדוגמת:
http://img.en.china.cn/0/0,0,175,90...26,22dbdf33.jpg

Elim

רצוי להשתמש בקבל ייעודי לדבר כזה, כלומר קבל שיש לו אימפדנס ממשי קטן.
ככל שהקבל גדול יותר ושהתנגדותו הפרזיטית גדולה יותר כך גם קבוע הזמן גדול יותר ולכן זמן הטעינה
והפריקה תקח יהיה רב יותר. יש קבלים ייעודיים לכך והם יקרים ככל שהגודל הפיזי שלהם קטן יותר.
אפשר לפנות לכמה חברות ולבקש דוגמיות ולנסות אותם...
הקבלים האלקטרוליטים הם באמת הפתרון הפשוט לממש קבל שקול אבל אורך החיים שלהם הוא קצר,
הוא כפונקציה של מספר ההטענות והפריקות.

אני בכל אופן הייתי מנסה גישה אחרת לייצר את הניצוץ:
אפשר להשתמש בסוללת Li-Po של לפחות 3 תאים כלומר 3x3.7v=11.1v ועם יכולת פריקה של 130C
וקיבולת של 3A ,מכאן נקבל פריקה מיידית של 3x130=390A או במילים אחרות הספק של 390x11.1
שזה 4329 וואט.
וואט אחד זה ג'אול לשנייה והדרישה היא 10 מילי שיניות ולכן נקבל בסה"כ 43 ג'אול כלומר גדול מ- 30
ג'אול. לכן, הניצוץ המתקבל הוא מספיק כדי להרתיח את כמות המים. אבל, נשאר רק לדאוג למתג!!
מכיוון שאם עושים קצר לזמן ארוך מדי בין ההדקים (יותר מ- 100 מילי שנייה) , הסוללה תתפוצץ!
זה מאוד מסוכן לעבוד בזרמים כאלו אפילו למישהו שמבין... רצוי לשים את הסוללה בתוך חומר אנרטי
שיוכל לספוג פיצוץ או שריפה במקרה הגרוע ביותר.
הסוללה הזאת היא בעצם קבל מאוד טוב כמו זה שאנחנו מדברים עליו, פשוט קוראים לזה סוללה
ולא מדברים במושגים של קיבול אלא במושגים של כמות זרם ויכולת דחיפת זרם.
זה לפי דעתי הפתרון האידיאלי לבעיה. אפשר להשיג סוללה כזאת במחיר סביר כאן (וגם כיסוי הגנה): http://www.hobbyking.com
בהצלחה...

סוללת ליפו - היא לא אפקטיבית לחלוטין חובה פריצה של ניצוץ בווח בין האלקטרודות - כלומר מתח גבוה.

מעבר לזה אהבתי את רעיון הדוגמיות, אבל מי נותן דוגמיות של קבלים?

• שיהיה יום נפלא.
• עשוי להכיל בוטנים, חלקי אגוזים, סרקזם, אירוניה, ואף ציניות

הסוללה יכולה לטעון סליל מתאים וכך יתקבל מתח גבוה. את צריכה לבנות משהו דומה ל-DC-DC למחזור בודד.

נכון יש בעיה ליצור את הניצוץ באוויר:
חוזק מתח הפריצה של אוויר הוא 3000 וולט לכל מילימטר כלומר אם המרחק בין האלקטרודות
הוא 1 מ"מ אז צריך לפחות 3000 וולט כדי שיהיה ניצוץ. מה שמעניין זה שלהליום יש חוזק פריצה של
150 וולט למ"מ....
בכל מקרה, נכון, הפתרון של ה- Li-Po לא יעבוד כאן.
יש עוד כיוון לפתרון אבל לא הצלחתי למצוא נוסחאות כדי לחשב את האנרגיה שזה מייצר:
אפשר להשתמש במה שמשתמשים במנועי בנזין - במצת. המצת הזה זה בעצם רכיב פיזיואלקטרי
העשוי מקוורץ ויש לו תכונה מעניינת שאם הוא מקבל מכה (מתכווץ) הוא נטען מאוד מהר, כלומר
הוא מעביר אנרגיה קינטית לאנרגיה של מטען (כמו כבל) בצורה יעילה. לכן, מספיק להשתמש במצת
פשוט, כמו זה שיש בכיריים על גז, כדי לייצר כמה עשרות אלפי וולט לזמן מאוד קצר. ניצוץ בטוח יהיה כי
זה מה שהוא עושה אבל השאלה כמה אנרגיה זה מפיק לכל ניצוץ...
אגב, השם באנגלית: piezoelectric igniter

בקשר לדוגמיות, יש כמה חברות שאני עובד איתם בדר"כ, לא תמיד הם נותנים דוגמיות דרך האתר
אבל תמיד אפשר לפנות לספקים שלהם בארץ ולשכנע אותם - אם הפרוייקט הוא באמת מעניין ויכול
להניב תוצאות שיפרסמו את המוצרים שלהם הם בטוח יישמחו לעזור לך. לא יצא לי לעבוד עם קבלים
למתח גבוהה אבל אפשר לנסות:
http://www.coilcraft.com
http://www.te.com

מצת הוא רכיב פיאזואלקטרי? ועוד במנועי בנזין?

ציטוט:

במקור נכתב על ידי hershkom נכון יש בעיה ליצור את הניצוץ באוויר: חוזק מתח הפריצה של אוויר הוא 3000 וולט לכל מילימטר כלומר אם המרחק בין האלקטרודות הוא 1 מ"מ אז צריך לפחות 3000 וולט כדי שיהיה ניצוץ. מה שמעניין זה שלהליום יש חוזק פריצה של 150 וולט למ"מ.... בכל מקרה, נכון, הפתרון של ה- Li-Po לא יעבוד כאן. יש עוד כיוון לפתרון אבל לא הצלחתי למצוא נוסחאות כדי לחשב את האנרגיה שזה מייצר: אפשר להשתמש במה שמשתמשים במנועי בנזין - במצת. המצת הזה זה בעצם רכיב פיזיואלקטרי העשוי מקוורץ ויש לו תכונה מעניינת שאם הוא מקבל מכה (מתכווץ) הוא נטען מאוד מהר, כלומר הוא מעביר אנרגיה קינטית לאנרגיה של מטען (כמו כבל) בצורה יעילה. לכן, מספיק להשתמש במצת פשוט, כמו זה שיש בכיריים על גז, כדי לייצר כמה עשרות אלפי וולט לזמן מאוד קצר. ניצוץ בטוח יהיה כי זה מה שהוא עושה אבל השאלה כמה אנרגיה זה מפיק לכל ניצוץ... אגב, השם באנגלית: piezoelectric igniter בקשר לדוגמיות, יש כמה חברות שאני עובד איתם בדר"כ, לא תמיד הם נותנים דוגמיות דרך האתר אבל תמיד אפשר לפנות לספקים שלהם בארץ ולשכנע אותם - אם הפרוייקט הוא באמת מעניין ויכול להניב תוצאות שיפרסמו את המוצרים שלהם הם בטוח יישמחו לעזור לך. לא יצא לי לעבוד עם קבלים למתח גבוהה אבל אפשר לנסות: http://www.coilcraft.com http://www.te.com

סלח לי אבל אתה כותב שטויות למכביר.
1. במנועי בנזין אין מצתים פיאז'ואלקטרים.
אולי לא הבנת טוב את שקראת בויקיפדיה.
במנועי בנזין מודרנים יש מרססי דלק פיאז'ואלקטרים.

2. אף חברה לא תשלח לאדם פרטי דוגמיות של קבלים.

טרנזיסטור

שווה גם לבדוק את זה:
https://www.sparkfun.com/products/11218