Tech

Wie mijn oude site kent, herinnert zich misschien nog wel de zweefmagneet. Daarbij zweeft een magneet onder een elektromagneet. Daarbij wordt een sensor en een regeling gebruikt om ervoor te zorgen dat de magneet blijft zweven. Die regeling kan met een microcontroller, zoals het elektuur-artikel waar ik me destijds (in 2008 !) op baseerde. Het kan ook met opamps, wat ik in december 2011 deed.

Maar onlangs (in 2022) ging het weer kriebelen. De op-amp schakeling uit 2011 gebruikt een emittervolger om de spoel te sturen, en die transistor wordt uiteraard warm en zit dus op een koelblokje. Met PWM kan het met een FET die niet gekoeld hoeft te worden en kan e.e.a. compacter. En wellicht kan het met minder opamps. En mocht iemand het na willen bouwen, is het wel fijn als diegene niet speciaal naar SA1458 op zoek gaat. Het moet in feite met elke opamp kunnen werken, een SA1458 is gewoon een 741, maar dan per 2 verpakt. Een LM324 leek me een leuk, gangbaar, goedkoop alternatief.

Zodoende heb ik eens zitten spelen, en het kan inderdaad met 1 LM324 (4 opamps). Voor wie niet van lezen houdt: filmpje en foto’s van het resultaat staan onderaan. Scroll scroll scroll…

Ik vind het beter ogen als er niets onder de magneet is, en de magneet dus ’boven een gapende diepte zweeft’. In 2011 zweefde de magneet boven de (hall)sensor. Om de magneet boven een ‘diepte’ te laten zweven, moet deze sensor verplaatst worden van onder de magneet naar boven de magneet (dus tussen magneet en elektromagneet).

In onderstaand schema ga ik er dus van uit dat de sensor boven de magneet zit. De sensor onder de magneet, zoals bij de zweefmagneet uit 2008/2011, kan ook: dan moeten de aansluitingen van de comparator verwisseld worden en de regeling (P en D-factor) iets anders ingesteld.

Schema (open in nieuw tabblad op vol formaat, om componentwaarden te kunnen lezen)

Dit schema kan via deze link als pdf worden gedownload. Een vereenvoudide versie kan in de online simulator van falstad interactief worden bekeken via deze link.

U2B en U2C, bij de simulatie de bovenste 2 opamps, vormen de PWM-uitgang. De linker (U2B) maakt een zaagtand (in de praktijk meer een soort haaienvin bij deze eenvoudige schakeling), de rechter (U2C) wordt als comparator gebruikt die vergelijkt tussen de zaagtand en een ingangsspanning. Zo wordt een PWM signaal gemaakt waarvan de pulsbreedte afhankelijk is van de ingangsspanning.

Door bij de comparator U2C de zaagtand op de + ingang aan te bieden en het ingangssignaal op de – ingang, zal de pulsbreedte op de uitgang afnemen bij toenemende ingangsspanning. Dus als de magneet dichter bij de sensor komt (en daarmee een hogere ingangsspanning veroorzaakt), wordt de elektromagneet minder sterk aangestuurd. Dit is hoe de comparator moet zijn aangesloten om te werken met de sensor boven de magneet: hoe dichterbij de magneet, hoe minder sterk deze door de elektromagneet moet worden opgetild.

Door de zaagtand op de – ingang aan te bieden en het ingangssignaal op de + ingang zal de pulsbreedte toenemen bij toenemende ingangsspanning. Dus als de magneet dichter bij de sensor komt (en daarmee een hogere ingangsspanning veroorzaakt), wordt de elektromagneet sterker aangestuurd. Dit is hoe de comparator moet zijn aangesloten om te werken met de sensor onder de magneet: hoe dichterbij de magneet, hoe sterker deze door de elektromagneet moet worden opgetild.

(Sensor en oriëntatie van de magneet zijn bij mijn zweefmagneet zo gekozen dat de spanning toeneemt bij naderende magneet. Bij een sensor die een dalende spanning uitgeeft bij naderende magneetpool, werkt het uiteraard weer net andersom.)

Screenshot van de Falstad-simulatie
Screenshot van de Falstad-simulatie

Die ingangsspanning van de comparator komt niet rechtstreeks uit de sensor, maar wordt gemaakt door de regeling. Daarvoor worden de 2 overgebleven opamps gebruikt. De eerste opamp (U2A) wordt gebruikt het setpoint in te stellen: De hallsensor geeft zonder magneet ongeveer zijn halve voedingsspanning aan de uitgang, en afhankelijk van welke pool van de magneet nadert wordt deze spanning hoger of lager. Zoals de polen gekozen zijn wordt de uitgangsspanning van de hallsensor hoger als de magneet nadert. Het setpoint wordt dus (met een potmeter als spanningsdeler) ingesteld op ongeveer 3,9V. Deze eerste opamp (linksonder in de simulator / U2A in kicad-schema) wordt als een inverterende somator gebruikt. De volgende opamp (rechtsonder in simulator / U2D in kicad) inverteert nogmaals, waardoor het uiteindelijke uitgangssignaal weer positief is.

Deze opamp (U2D) doet de uiteindelijke regeling: Het is een inverterende versterker, maar tevens sommator en differentiator: Via 2 paden wordt signaal aangeboden: een weerstand voor het proportionele (P) deel van de regeling, en een condensator voor het differentiële (D) deel van de PD regeling. Deze kunnen dus worden ingesteld door met de componentwaarden van deze weerstanden en condensators te spelen. Wie dit wil nabouwen zal veel met de componentwaarden moeten spelen van van R10 en C6 (om de D-factor in te stellen) en R9/RV3 (om de P factor in te stellen). Deze zijn afhankelijk van de eigenschappen van de elektromagneet en de magneet en de sensor, en je hebt waarschijnlijk niet exact dezelfde.

In het oude schema met de sa1458 zijn de somator, versterker (P) en Differentiator (D) nog 3 afzonderlijke opamps. Door dit samen te voegen is het wel wat lastiger af te stellen: er is ondelinge beïnvloeding. De weerstand tussen uitgang en ingang heeft invloed op zowel P- als D-factor van de regeling, en de weerstand die de P-regeling bepaald staat parallel aan het RC-netwerk van de D-regeling en heeft daar dus invloed op. Vandaar: even spelen in de simulator en op breadboard.

Let er bij nabouwen op, dat de stroom door de elektromagneet-spoel de voeding niet onderuit trekt. Het beste is de sensor een eigen, “schone”, voeding te geven. De spoel die ik gebruik doet het toevallig goed op 5 V, dus ik voedt de zweefmagneet met 5 V. De sensor werkt ook op 5 V. De opamps krijgen +/- 15 V. Bij de test op breadboard komen deze spanning uit 3 afzonderlijke labvoedingen. Op het uiteindelijke printje wordt de 5 V voor de sensor gemaakt uit de +15 V met een 78l05, zodat de sensor een eigen “schone” voeding heeft. De +/- 15 V voor de opamps wordt gemaakt uit de +5 V ingang door een kant-en-klaar convertorblokje (PS1, een MEA1D0515SC).

De sensor wordt boven de magneet, met een tussenruimte onder de spoel geplaatst. De tussenruimte tussen sensor en spoel is nodig omdat het veld van de spoel ook door de magneet gezien wordt. Ik gebruik er een paar stoelviltjes voor.

De elektronica zit als volgt op een printje en in een kastje:

(waarbij later, niet op de foto, ook de Offset-Potmeter is vervangen door een multiturn trimmer. Dat werkt toch prettiger)

Met als resultaat een zwevende magneet:

Enige tijd geleden (nov. 2021, als ik in de metadata van de foto spiek) heb ik een tulpje gelast, in een spontane samenwerking met Millie, bekend van de leuke recycledieren.

Ik moet het nog een keertje verven, dus ik heb het niet in de tuin laten staan, maar zet het wel op mijn blog. Ik voel me namelijk eigenlijk helemaal niet zo thuis in de metaalbewerking: de herrie van een haakse slijper is mijn ding niet, zelfs niet met hele goeie oordoppen. Dus voor wie me kent is het misschien wel grappig om te zien dat ik het voor een keer toch wel leuk vond juist wat met metaalbewerking te doen.

Ik vind dergelijke metaal-kunst wel wat hebben. Zo’n tulpje is voor mij als “niet-metaaltovenaar” nog haalbaar (Met wat hulp), maar ingewikkelde sculpturen kan ik alleen naar kijken. Met bewondering, dat wel.

Voor wie wil kijken of m’n lasjes een beetje ergens op lijken nog de onderstaande foto’s. Waarbij ik wel eerlijk moet toegeven dat ik eerder, bij andere gelegenheden, ook al wat pogingen tot lassen had ondernomen. Ik heb eerder MIG gelast bij een goede vriend thuis en bij de Makerspace, en in de ‘space ook 1x TIG mogen proberen.

Van die 2 vond ik TIG meer lijken op solderen zoals electronica gesoldeerd wordt, omdat je verhit en dan draad toevoegt. Dat ‘voelt voor mij natuurlijker’ dan MIG waarbij de draad door het lasapparaat automatisch wordt aangevoerd en je dus niet voelt hoeveel en wanneer.

Ik zal me niet aan klimreken of onderzeeërs wagen, maar dit tulpje zal niet spontaan uit elkaar vallen. (Een echte tulp komt wel het jaar daarna weer op, dus wint het daarmee alsnog, maar dat vertel ik er gewoon niet bij)

In deze blogpost laat ik zien hoe ik mijn filament droog bewaar en hoe droog dat dan wel ongeveer is.

Het gaat uiteraard om filament voor de 3D printer. Ik bewaar dat met silicagel en ik heb er een humidity indicator kaartje bij gedaan. Want een vochtvreter is op gegeven moment verzadigd, en het is handig om dat ergens aan te kunnen zien.

Dit soort indicatorkaartjes kleurt roze of blauw al naar gelang de (lucht)vochtigheid. Blauw duid droog aan. Ze worden gebruikt in verpakkingen van halfgeleiders, maar omdat ze ook weer blauw kleuren als ze roze zijn geweest zijn ze herbruikbaar voor b.v. 3d printer filament.

Ik heb geprobeerd het drogen van een indicator in een timelapse te vangen. Initieel is de indicator roze: hij heeft in niet-gedroogde lucht gelegen. (Ongedroogde lucht – ongebakken lucht – rauwe lucht ?). De indicator zit samen met een vochtvreter in een afgesloten zak, droogt uit, en wordt blauwer. Ter vergelijking ligt er eenzelfde indicator open naast. Een horloge geeft het verstrijken van de tijd aan. Aan het eind haal ik de indicator uit de zak met de vochtvreter en kleurt de indicator terug roze.

Een hygrometer van een draadloos weerstation bij het filament opbergen om de luchtvochtigheid te meten kan natuurlijk ook en is wellicht zelfs ‘beter’, maar zo’n vochtigheids-indicator-kaartje vind ik een leuke low-tech oplossing.

In plaats van met losse zakjes silicagel en een oven in de weer te gaan gebruik ik een luchtdrogertje waar silicagel en een verwarmingselement in zitten: een vierkante plastic pinguin. Op de foto’s zie je ‘m bovenop de stapel filamentrollen liggen.

Als de vierkante plastic pinguin verzadigd is, sluit ik ‘m aan en bakt ‘ie zichzelf droog. De rest van de tijd heeft ‘ie geen netstroom nodig. Het door de marketeers beoogde doel is het drooghouden van auto- caravan- boot-interieurs. Ik betwijfel of het dergelijk grote ruimtes droog kan houden (zeker als er echt ergens een lek in zit), maar voor filament werkt het uitstekend.

Om ervoor te zorgen dat de vochtvreter niet steeds vers uit de lucht aangevoerd vocht moet vreten, zat alles in een goed sluitende (ziplock) plastic zak. Of 2 over elkaar, want je prikt er altijd per ongeluk lekjes in.

Tegenwoordig gebruik ik een zwarte kunststof ton voor mijn filament. Het is eigenlijk een voerton, dat vermeld ik er even bij want als je gaat zoeken naar “een ton, zwart” dan vind je anders wellicht niet de juiste soort ton. Van belang is vooral dat de deksel goed sluit en dat er een-of-andere dichtingsring in zit.

Ik heb deze ton gekregen om mijn filament in op te bergen. Ik krijg anders nooit een ton, dus dat was leuk.

Als je geen ton hebt om je filament in op te bergen, kun je ‘m mogelijk vervangen met een kunststof vat, bak, of een voldoende grote verfmengemmer. (Sommige bouwmarkten met een verfmengservice verkopen ook de lege emmers waar muurverf in gaat, zonder verf). Eigenlijk is de enige eis een voldoende grootte en een voldoende grote deksel die goed sluit. (Dat zijn dus stiekem 3 eisen!)

Kort samengevat mijn tips om filament droog te bewaren: Goed afgesloten, met een vochtvreter erbij, en iets dat de luchtvochtigheid meet. Volgevreten vochtvreter voldoende vaak vervangen, danwel drogen.

Zo houd ik dus mijn filament droog. En zo droog houd ik mijn filament.