Aard electrisch veld meten

Is dat waxine-lichtje niet gewoon 'schaalverlichting' voor de elektrometer? Ze hadden toen nog geen gloeilampjes enzo...

Maar even serieus, waar dat kaarsje goed voor is weet ik ook niet. Het stuk elektriciteit lijkt mij al wel genoeg.

Hier iets mee van doen?

vlambewaking.nl:
De ionisatiebeveiliging berust op het principe, dat een gasvlam de lucht in de buurt van de brander ioniseert, ofwel in zekere zin geleidend maakt.
Indien een vlam de elektrische stroom kan geleiden, betekent dit tevens, dat deze ook een bepaalde weerstand zal bezitten. Deze weerstand varieert van 3 MΩ tot 50
MΩ.

Ja, dat zat ik ook te bedenken. Maar het probleem is dan dat je ook iets in de vlam moet stoppen. Want de waxine geleidt niet.

Zo ziet de meetopstelling eruit. Ik snap alleen nog niet helemaal wat hij dan meet. Ik denk het potentiaal tussen de lucht daarboven en de grond of de statische electriciteit in de lucht. Die vlam zal wel iets met het verhaal van GJ te doen hebben. Ionisatie van lucht waardoor het gaat geleiden maar dan lijkt me een beetje te weinig warmte. Een draad alleen werkt nietm heb ik al geprobeerd. Zo'n electrometer is nogal ongevoelig. Dat lijkt me logisch want statische electriciteit kan zo in de tienduizende volts lopen. Er sitten ook krullen in die draad alsof het spoelen zijn

Een FET in serie met een stroom meter, begrenzings weerstand en voeding lijkt me gevoeliger. De Gate dan open als een antenne. Een negatief veld sluit dan de fet af. Dat kun je nog een beetje ijken (al heb ik geen idee hoe en waartegen en dan moet ik dus een gate hebben die bij negatief dicht gaat, dat is toch een p-channel FET ? )

De electroscoop staat met een geleidende behuizing op de grond (aarde). De koperdraad (krullen erin zijn geen spoelen) aan de electrode in de electroscoop gaat naar de sensor boven. Het kaarsje dient om de lucht te ioniseren zodat de potentiaal van de lucht kan worden opgepikt. De koperdraad gaat dan ook door de vlam heen. Potentiaal verschil wordt dan zichtbaar door de het uitklappen van de twee blaadjes (goud?) in de electroscoop. Wij hadden zo'n ding vroeger op school en het stond toen al in het antiquariaat....

OK, vandaar dat plaatjes van electroscopen een geaarde bodem en twee van die geleidertjes opzij hebben. Dan meet je dus het potentieel tussen de aarde en de geioniseerde lucht.

Maar die electroscopen zijn niet gecalibreerd. Dan weet je nog niets behalve dat de lucht blijkbaar negatief geladen is maar laat ik dit eerst een proberen te fabriceren. Mijn electrometertje in een glazen potje werkt dus niet. Maar als ik daar een stukje pcb inleg en dan een draadje door de deksel naar buiten voer en aan een grondpen maak moet het kunnen.

Jouw elektrometer misschien niet . Maar je kunt hem toch gewoon calibreren? Zet er 300V op en kijk hoever de blaadjes uitslaan.
In de tijd van Minnaert deed hij dit gewoon met het stadsnet van 220V DC, maar met wisselspanning gaat dit niet goed meer.

Volgens mij is de aarde negatief ten opzichte van de lucht erboven. Je kunt in de jampot misschien beter een metaal gaas rondom doen aan de binnenzijde en dat aan draadje naar de aarde.
Calibreren kan inderdaad vrij simpel met bekende spanningsbronnen. Vergis je niet in de benodigde spanning; in de winter kan het potentiaal verschil in de lucht makkelijk oplopen tot zo'n 300V/m; in de zomer is het veel minder (tientallen volts).

Maar Fred, heb je de tekst dan niet die bij dat plaatje hoort? Daar staat alles in, al is het beknopt opgeschreven.
Om de boel in de lucht te houden zou je tegenwoordig gewoon een stuk elektrabuis nemen.
De draad komt van een klosje (vandaar dat de tekenaar de 'krullen' er nog in zag zitten).

Het einde gaat door de kaarsvlam. De vlam zorgt ervoor dat de lucht lading kan uitwisselen met de draad, en ook dat er steeds nieuwe lucht langs kan komen om dat te doen.
Over het geheel staat een kokertje van metaalgaas, om de vlam te beschermen tegen de wind.

De elektrometer is geaard doordat hij - hm - op de aarde staat. Weerstand speelt hier natuurlijk geen rol.
Of het metaal in of om de pot zit, maakt niet zoveel uit. Zonder gaat ook, maar dàn wordt de uitslag nogal afhankelijk van hoe 'goed' de elektrometer op de aarde is gedrukt. Een aardplaatje is wat stabieler qua calibratie.

Inderdaad mijn meter is ongevoelig. Ik heb een teflon staaf die ik met wol opwrijf en dan slaan de twee blaadjes ongeveer 1,5cm a 2 cm uit (lastig meten in een potje) Vandaar die constructies met lenzen.

Ik bedoel ongevoelig voor kleine spanningen van een paar uV tot volt zoals op een antenne.

Ik heb hem daarna vergeleken met een HV bron. Dus dat is blijkbaar ook de officiële manier Bij 1800VDC stonden ze ongeveer een cm uit elkaar. Best gaaf, eens kijken of ik dat gevoeliger kan krijgen.

Voor alle duidelijkheid laat ik hier even de tekst volgen die bij het plaatje hoort.

194. Het normale elektrische aardveld (fig. 86).

Ga op een mooie dag naar een open plein, ver van bomen en huizen; het best is een grasveld met kort gras. Stel op de grond een gewone goudbladelektroskoop, van het soort dat in de meeste scholen als demonstratietoestel gebruikt wordt. De omhulling van het instrument is nu vanzelf geleidend met de Aarde verbonden; aan de knop bevestigen we een lange geïsoleerde koperdraad, waarvan we het uiteinde enkele meters hoog gaan heffen, met de bedoeling te onderzoeken of er een spanningsverschil bestaat tussen de aarde en een punt op die hoogte in de dampkring. Natuurlijk moet ervoor gezorgd worden, dat het uiteinde van de draad dezelfde spanning als de omgevende lucht aanneemt.
Dit gelukt, door een staaf eboniet of zegellak aan een wandelstok te binden, en daarop een plankje te bevestigen met een brandend kaarsje; de draad van de elektroskoop moet door de vlam gaan; om het kaarsje tegen de wind te beschermen, wordt er een cylinder metaalgaas omheen bevestigd. De kaarsvlam werkt hier als "collector", doordat ze de luchtgassen ioniseert en geleidend maakt.¹⁾
Liefst moet de ebonietstaaf wel 50 cm lang zijn, anders wordt de potentiaal op de plaats van de vlam merkbaar gewijzigd door de nabijheid van de min of meer geleidende stok en van den waarnemer.

Zodra we de kaarsvlam met de draad hoog in de lucht heffen, slaan de blaadjes van de elektroskoop duidelijk uit; ze vallen weer dicht als men de vlam laat zakken. Het teken der elektroskooplading is gemakkelijk te bepalen, door een staafje zegellak tegen uw mouw te wrijven, en dit voorzichtig dichter bij de elektroskoop te brengen; vallen de blaadjes neer, dan was hun lading eerst positief. U zult vinden dat de Aarde negatief geladen is ten opzichte van de hogere luchtlagen.

Vergelijk de uitslag van de elektroskoop met die welke we verkrijgen door verbinding aan de polen van het stadsnet (220 volt gelijkstroom²⁾); het blijkt dat het spanningsverval in de dampkring sterk veranderlijk is van dag tot dag, maar bij goed weer 's zomers gemiddeld 60 volt per meter, 's winters 500 volt per meter bedraagt: een bedrag dat u stellig verrassen zal!

Zodra neerslag gevormd wordt, verandert het normale spanningsverval. Het kan 1000 volt per meter en meer worden, als een regenwolk nadert; het verandert sprongsgewijs van teken bij buien, en nog meer bij onweders.

---
¹⁾Men krijgt een minder goed resultaat met dikke katoendraad, gedrenkt in een oplossing salpeter (KNO₃) van zodanige concentratie, dat hij met een snelheid van 1 tot 2 cm per seconde afbrandt; zulk een pit smeult langzaam en gaat niet door de wind uit (Phys. Zs. 14, 41, 1913). Of men bevestigt op de ebonietstaaf een blikje met water, voorzien van een klein gaatje waar het water langzaam uit druppelt (druppel-elektrode).
²⁾In steden met wisselstroomnet is deze ijking niet mogelijk.

Bedankt voor de tekst. Ik heb wel het plaatje, dat stond in een scriptie over onweer, maar niet deze tekst.

Dus de electrische lading van de atmosfeer verandert echt. Dat dacht ik al ivm static op de antenne. Maar ik dacht alleen bij onweer maar dat is dus doorlopend. Interessant.

En als die lading te hoog wordt krijg je kans op onweer. Hebben we weer een leuke bliksem verklikker. Helaas was ik vanmiddag niet thuis toen het hier onweerde anders had ik hem bij de antenne in de buurt gezet.

Maar even verder hierop in gaand:
De atmosfeer heeft dus een wisselend potentiaal tov de aarde en dat is ook meetbaar. Op deze manier is dus ook het electrisch veld van een antenne meetbaar zonder invloed van het magneetveld. (ik neem aan dat er ook moderne varianten op deze meter zijn.)

Die 377 ohm, dat is de soortelijke weerstand van de atmosfeer. Het is alleen een erg lage waarde en lucht is, dacht ik, hele goede isolator. 377 ohm klinkt niet echt als een isolator Daarnaast zal vochtige lucht beter geleiden dan droge. De geleidbaarheid is 1/weerstand dus zou de weerstand ook moeten veranderen. Tenzij die 377 ohm voor een bepaalde luchtvochtigheid, temperatuur ect. geldt.

Maar er is vast weer een heel interessant apparaat om dat te meten

Daarna nog iets bedenken om magneetvelden te meten (the oldfashioned way natuurlijk en niet met een hall sensor)

Als je een ohmmeter op een stuk 50 ohms coax zet, meet je oneindig.
Als je hetzelfde probeert met een stuk 600 ohms kippenladder, meet je oneindig.
Als je vervolgens de weerstand van een stuk ruimte (er hoeft geen lucht in te zitten) meet,.. inderdaad, weer oneindig.

Die 377 ohm is, net als die 50 en 600, een wisselstroomwaarde.
377 ohm is de verhouding tussen een elektrisch en het bijbehorend magnetisch wisselveld van voldoend hoge frequentie.
Voor gelijkvelden gaat dit niet op, doordat daar de Maxwell vergelijkingen ontsporen. Uit een statisch elektrisch veld ontstaat geen magnetisch veld, en andersom ook niet: er is dan dus geen propagatie en dus geen karakteristieke impedantie.

De proef van Minnaert vertelt je dus niets over de karakteristieke impedantie van de vrije ruimte (of zelfs maar de atmosfeer).

Fred,
als je een echt hoogohmige DMM (Rin > 1Gohm) hebt, dan kun je de electrische ladingen ook meten zonder elektroscoop.

http://www.hamforum.nl/viewtopic.php?f=50&t=1360

Ik heb hier een foto van de klassieke variant maar ik heb ook een electronische gemaakt. Dat gaat perfect met een FET. Hij is heel gevoelig. Schema en plaatjes staan op de link.

De volgende stap is een meter eraan. Als ik hem wil ijken. Hoe doe ik dat. Op dat potje zet ik wel HV maar op die FET lijkt me wat minder. Ik neem tenminste aan dat ik de plus en min op de schakeling moet zetten. Zou een 10 Mohm voldoende zijn (of maar gelijk 100 Mohm nemen ?)

Fred,
gebruik ipv een fet een fet-opamp (lf356, ca3140). Dan kun zinnig meten, wel de ingang beveiligen, bijv. met een fet.
Je kunt de ingang veel hoogohmiger maken dan 100Mohm.

Hoe moet ik dat zien. De FET als detector zoals nu, en dan de opamp om de meter aan te sturen ? Ik zou het eigenlijk om willen draaien en dat kan wel met een opamp erna. Nu brandt het LEDje permanent tot er lading is. Omgekeerd is handiger.

Ik zit alleen met het volgende. Een FET en opamp zijn hoogohmig en spanning gestuurd. Alleen kan zo'n gate maar weinig hebben. Een elektrisch veld laat geen hoge stroom lopen maar de spanning is wel erg hoog. Met 100 Mohm staat er toch nog steeds een even hoge spanning ?

Als je een fet-opamp gebruikt heb je geen fet als detector nodig.
Een fet kun je zo schakelen dat die hetzelfde doet als een beveiligingsdiode met extreem kleine lekstroom.

Je kunt een deler maken, bijv. 1Gohm en 1Mohm. De +ingang van de fet-opamp hang je aan de 1Mohm weerstand de - ingang via een deler aan de uitgang van de opamp.
Wel offset etc. wegregelen.
De uitgang hang je bijv. aan een voltmeter.

Ik heb binnenkort als het doorgaat een philips PM2436 DC microvolt meter , er staat ook ohm en uA bij de keuze knoppen (als hij werkt) dat lijkt me erg handig voor veel van mijn experimenten. Ik heb alleen nog geen manual gevonden dus ik weet nog niks van het ding.

Ik heb nog CA3140's liggen.
Ik denk dat ik dat beveiligen begrijp.
Ik laat het signaal dan van source naar drain lopen met een "sense" via spanningsdeler op de gate ? Spanning te hoog en FET gaat in pinch off. Klopt dat ?

Qua ijken, wat voor spanningen moet ik aan denken ? Ik las dat het al snel waarden van 15KV zijn.

Dit heb ik nu even bedacht. Het lijkt bruikbaar. Ik heb het zo gemaakt dat boven een bepaalde waarde de FET de boel afknijpt. De opamp krijgt zelfs bij 100KV niet te veel spanning en door de diodes de FET ook niet. Daarna is de uitgang zo gemaakt dat hij enigszins lineair verloopt. Helemaal gelukt is het niet maar het is bruikbaar. 10KV is dan 1V, 30KV=3V enz. Door wat met een schakelaar en weerstanden te spelen bij de terugkoppeling en spanningsdeler kan ik ook nog bereiken maken. bv 1-1KV of 1-10KV

Fred,

q1, r2,r3, d1 t/m d10 kunnnen weg.
Zet aan het knooppunt r1 en r5 twee diodes, naar de + en - symetrische 12V voeding.
r1 moet wel een speciaal type zijn en de twee diodes een lage Ireverse (geen 1N4007 maar een 1N4148 of BAS33).

In de simulatie gaat het met symmetrische voeding en twee diodes niet zoals ik wil. Ik heb minstens 2x3 diodes nodig voor een groot genoeg bereik. (of ik moet de versterking verhogen) Dat geeft meer resolutie.

De FET weg scheelt een hele hoop 10 MOhm weerstanden in serie.(ik wil namelijk meer dan 100 MOhm. (Mijn HP3490 is al 120MOhm) Maar dan krijg ik tot 5KV een hele lage versterking. Hij gaat vandaar dan met een knik omhoog en niet mooi lineair.

Maar waarom moet hij symmetrisch gevoed worden ? Ik hoef toch alleen DC versterking Krijg ik anders weer met die pret bederver te maken die off-set heet waardoor de meter niet naar nul wil ?

Ik krijg een beetje het gevoel dat ik nu eigenlijk gewoon een hoogohmige voltmeter aan het maken ben. Ik snap nu wel waarom dat heeeeeeeel hoogohmig moet zijn. Ik moet kunnen meten zonder dat het electrisch veld zich ontlaadt. Hoe hoog-ohmiger de weerstand is hoe minder dat gebeurd. Volgens mij kan ik die weerstandsdeler ook gewoon gebruiken als voorzet voor een gewone voltmeter..... (ik heb een hele berg grote (NOS) metaalfilm weerstanden met waarden in de mega ohms. Ik heb daar al een (iets van )80 Mohm deler mee gemaakt waarmee ik hoogspanning in scopen meet. 10V is daarmee gelijk aan 1000V

Fred,
je hebt eerst een hoogohmige deler, ong. 1G (of meer, bijv. 10G met 10M) ohm, dan fet-opamp als buffer met versterking.
Hoogohmiger kan maar is moeilijk.
Zonder symmetrische voeding kan ook maar is lastiger.
Offset, drift, etc. heb je altijd bij opamps.

Een heeeeel hoogohmige voltmeter is wat je wilt. In de lage meetbereiken wordt dan het aantal electronen dat door de ingang gaat ook erg laag. Natuurlijk wel vergeleken met "normale" aantallen die bij bijv. 1A lopen.

Bij dat soort kleine stromen moet je altijd even 'vers' naar het probleem kijken.
Hoewel iets off topic, toch een leuke:
Als je twee oude dubbeltjes een centimeter uit elkaar zet, heb je een condensator gemaakt.
Als je, vanuit de ongeladen toestand één enkel elektron overbrengt van de ene naar de andere plaat, hoe groot is dan de spanning waarmee die condensator nu opgeladen is?

Ruim een microvolt! Had je vast niet gedacht - ik niet, tenminste, tot ik het verhaaltje zelf voor het eerst hoorde.