Bellenteller: drie ideeën gecombineerd

[El Pastor Belga Cusco(MaJa)]

hier een plaatje van aantal ml/min wat ik gemeten heb met mijn installatie van 50 liter.

20 ml/min betekent dat je de eerste halve dag mist en ook alles na dag 4.5

zie nu dat voor u die eerste dag ook niet zo belangrijk was want je eerste meetpunt zit op dag 2?

[GeHan]

er zijn ook nog andere technieken die bv ook bij switch mode power supplies (mijn vakgebied) gebruikt worden. dat is de zogenaamde 'burst mode' inplaats van een constant klein vermogen over te sturen spaar je het vermogen op gedurende korte pulsen. die korte pulsen geven dan een hele hoge efficiency en zo haal je hoge efficiencies bij part load.
Dit idee zou je ook kunnen inzetten hier.
je spaart dan bv 100ml CO2 op in een balg met een klein gewichtje erop en met een klepje. dat klepje gaat dan open als het balgje vol is en geeft dan een uitstroom met veel hogere snelheid gedurende een bepaalde tijd. die snelheid ligt dan in het bereik van je meetinstrument en kun je dus met hoge nauwkeurugheid meten. daarna gaat het klepje weer dicht bv als de balg nog 10% gevuld is. zo krijg je een burst mode met hoge meetnauwkeurigheid bij burst aan en bij burst uit meet je 0. gemiddeeld is dat hetzelfde als wanneer je continue meet, maar dan met een vele malen hogere nauwkeurigheid.

Ben niet zo bekend met 'switch mode' en 'Burst' techniek maar klinkt interessant/bruikbaar om het meetbereik van de FS1 op te rekken.
Klopt het dat dit princiepe eigenlijk ook al in de balgengasmeter en de ballonbellenteller wordt toegepast?

hier een plaatje van aantal ml/min wat ik gemeten heb met mijn installatie van 50 liter.

20 ml/min betekent dat je de eerste halve dag mist en ook alles na dag 4.5

die heeft een detectie treshold van 1cm/s zo te zien. met een minimum flow van bv 1ml/min=0.017 ml/s (zie mijn metingen hierboven) heb je dus een oppervlak nodig van 0.017 cm2 dat is een gaatje van ca 1.3 x 1.3 mm. dus je zou dan een taps toelopend buisje moeten maken met die opervlakte als uitstroom en die straal dan langs het opnemertje leiden. maar eea geeft voor mij al aan dat het al aan de onderkant zit van wat haalbaar is. zo het opnemertje in een buisje zetten van bv 5mm diameter 0.2 cm2 kom je al een factor 10 tekort.   

Ik denk je overwegingen tav het bepalen van de meetbereik-ondergrens in Bert's MFM-ontwerp wel enigszins kan volgen, alleen zijn de door jou gebruikte CO₂-flows erg afwijkend van wat Herman als piekflow neemt: 25 liter CO₂ per uur voor een batch van 25 liter (830 ml per minuut voor een batch van 50 l). Is dat niet die factor 10 die jouw analyse te kort lijkt te komen?

In ieder geval heeft Bert zijn MFM-ontwerp wel gevalideerd/gecalibreerd in redelijk passende flow-range als Herman aanhoudt voor een 25 liter batch: 2 l/h (0.56 ml/s) tot 20 l/m (5.6 ml/s) (--> RT van 10).

Voor indicatieve metingen lijkt mij dit afdoende, maar sluit niet uit dat het ontwerp wat CO₂ 'mist' bij het opstarten en de staart van de vergisting om meer kwantitatieve resultaten te behalen, en dan zou de Burst en Switch-mode techniek mogelijk uitkomst kunnen bieden.

[hansHalberstadt]

Klopt het dat dit princiepe eigenlijk ook al in de balgengasmeter en de ballonbellenteller wordt toegepast?

Een balgengasmeter en ballonteller meet met een continue gasflow, dus geen burst.
Burst kun je bijvoorbeeld als volgt zien: vul een ballon met koolzuur van de gisting, duurt bv 1 uur voor die dan vol is. Dan laat je hem leeglopen via een flowmeter in bijvoorbeeld 1 minuut. Dan is de flow om te meten dus 60 x zo groot dan de flow vanuit je gistingsvat, maar duurt ook 60 x zo kort.   

[hansHalberstadt]

Nog een simpel en machanisch idee:


Een alu gecoate ballon met daarin een aanvoer en dun afvoerbuisje gemaakt (met hotmelt luchtdicht gelijmd).
De aanvoer (het metalen buisje) gaat naar de afvoer van je gistingsvat en komt de te meten koolzuur binnen.
Het dunne slangetje (hier 1 mm inwendig) is om een goed gedefinieerde flow te geven (ml CO₂ per seconde) bij een bepaalde druk. Die druk maak je door er een gewichtje op te leggen waarvan het gewicht goed verdeeld is over het oppervlak van de ballon. Dat geeft dus een goed gedefinieerde kleine druk. De druk geeft samen met het dunne buisje een goed gedefinieerde hoeveelheid CO₂ per seconde (flow). Die flow is weliswaar nog een beetje afhankelijk van hoe de ballon is ingedrukt op een bepaald moment, maar tussen 2 volumes van de ballon ligt dat wel compleet vast.

Wat je nu moet doen is een klepje maken wat het dunne slangetje af kan sluiten. Het klepje gaat open bij een vast hoogte van het plankje en weer dicht bij aan wat lagere hoogte van het plankje. Tussen die 2 hoogtes zit dan een vast volume en met de vastgelegde flow geeft dat dus een vastgelegde hoeveelheid koolzuur over de tijd tussen openen en sluiten van het klepje. Dus als je dan meet wat de tijd is tussen opengaan en dichtgaan van het klepje dan weet je precies hoeveel koolzuur er is ontsnapt.
hier hoe het zou kunnen werken.
Dunne slangetje gaat naar een afgesloten dikker slangetje met klepje. Klepje open betekent dat het slangetje vrij is om te stromen. 2 magneetjes zorgen voor wat hysterese zodat het klepje naar de andere stand springt voordat het echt open of dicht gaat zodat het niet blijft hangen.








   

[hansHalberstadt]

In zo'n lang dun buisje is de snelheid bepaald door weerstand met de wand. Er is ook een ander principe waar gebruik van wordt gemaakt bij gasbranders. De sproeier heeft een klein gaatje waardoor gas stroomt. Het leuke is nu dat de hoeveelheid gas die per seconde door het gaatje stroomt vast ligt via de diameter van het gaatje en het drukverschil wat over de sproeier staat. De flow (massa koolzuur per seconde) is dan evenredig met de diameter van het gaatje x de wortel uit het drukverschil. Dat betekent ook dat temperatuurverschillen en luchtdrukverschillen zorgen dat de dichtheid van de koolzuur een beetje varieert, maar de massa die per seconde erdoor stroomt, blijft gelijk. En die massa per seconde is precies wat we willen meten immers die is 1-op-1 gekoppeld met de hoeveelheid omgezette suiker. Dus gebruik van zo'n gas sproeiertje zou een vrijwel ideale meting betekenen. De druk kun je heel goed vastleggen door het gewichtje wat op de ballon ligt.
De totale tijd dat het klepje open staat geeft de totale hoeveelheid gepasseerde CO₂ aan. Dus die tijd kun je simpel meten door de stand van het klepje te koppelen met een tijdklokje.


Dus ik denk dat ik dat systeempje ga bouwen.   

[hansHalberstadt]

Inmiddeld versie 1 gebouwd en getest. zie bijgaande time-lapse video:
 

Er zit een sproeier in gemaakt van een stukje plastic deksel met een 2 mm gaatje geboord. Dat gaatje wordt afgesloten door een klepje wat in 2 standen kan staan met 2 magneetjes die het klepje in een van die 2 standen houden.
Het klepje wordt bediend met een soort wipschakelaar die weer bediend wordt door de balg.
Het klepje dicht als de balg leeg raakt, gaat heel mooi, maar het klepje open zetten als de balg vol is, gaat fout.
Ik had al een veertje geplaatst om een soort meekoppeling te maken, maar probleem is dat het klepje eerst moet bewegen voordat die kan omstaan. Zodra het klepje gaat bewegen gaat het ook lekken en kan de balg niet meer verder vullen. Dat zie je op het filmpje gebeuren als de balg netje omhoog gaat maar blijft hangen vlak voor het omslagpunt.

Dus er moet een versie 2 komen waarbij dat is opgelost. En verder is het niet handig om 2 gaatjes in de wand van de ballon te moeten maken, dus ga ik oplossen met een T-stukje in de normale opblaas opening van de ballon. 

[hansHalberstadt]

Hier het idee verder uitgewerkt: als het goed is valt de combinatie nu in de een of de andere toestand voordat het klepje zelf open of dicht gaat, dus heb je geen ophangprobleem meer. Het omslagmoment is het punt waarbij de krachten aan beide kanten van de wip gelijk zijn. Als de magneetjes dichter bij de ijzeren schroefjes komen wordt de aantrekking ineens veel groter dus slaat de wip door naar een kant.

[hansHalberstadt]

Inmiddels een werkende versie van het klepje.

Stand 1 is de stand waarbij de gassproeier open staat en de ballon dus leeg kan lopen.
Daardoor gaat de rode constructie (= schematisch nog niet gebouwd) naar beneden en trekt het linker magneetje los van het ijzeren schroefje. Maar door de 2e hefboom onder met 2e magneetje en 2 ander schroefjes blijft het klepje open en in dezelfde stand.

Totdat plaatje 2 ontstaat waarbij het bovenste hefboompje omwipt naar de andere stand omdat het rechter magneetje harder trekt dan het linker. Daar houd ik de wip tegen om die stand te kunnen laten zien.

Stand 3 is de omgeslagen toestand waarbij het klepje dicht is. Daardoor gaat de ballon vullen en duwt die e rode constructie weer omhoog totdat daar weer een omslagpunt komt (= plaatje 4)

Dan springt de wip weer om naar stand 1 en neemt onderweg de onderste wip mee die het klepje open duwt.

Het probleem dat de zaak blijft hangen is hiermee opgelost omdat het klepje pas van stand kan veranderen als de wip bovenaan is omgeslagen door het omslagpunt heen.
 

[hansHalberstadt]

Ik heb bovenstaande expres volledig mechanisch gebouwd om de extra uitdagingen die daarbij komen kijken tov elektronische versie boven tafel te krijgen.
elektronisch is het veel simepeler:
-2 lichtsluisjes die de bovenste en onderste stand bepalen
-elektrisch klepje wat de sproeier open of dicht zet
-een arduino bordje met de besturings software.

[Ivoisrood]

Heb nog een ander idee bedacht, werkt enigzins hetzelfde maar dan met een stuk slang. Een stuk slang in een U-bocht, water erin en aan 1 kant afgesloten. Aan de afgesloten kant zo'n CO2 blowoff dop bijvoorbeeld, daar zet je aan 1 kant dan de CO2 van het vat op, op de andere zet je een stuk slang naar een afsluiter en vervolgens je sproeier. De CO2 die drukt het water omlaag de buis in, tot de hoogte van een sensor, geeft signaaltje naar een Arduino, gooit de klep open en het water levelt weer en drukt de CO2 eruit. Dan heb je en een volumemeting dmv de binnendiameter x hoogte van het verplaatste water, en een 2e meting met je gassproeier.
Schets toegevoegd, hoop dat die zichtbaar is.

[hansHalberstadt]

Heb nog een ander idee bedacht, werkt enigzins hetzelfde maar dan met een stuk slang. Een stuk slang in een U-bocht, water erin en aan 1 kant afgesloten. Aan de afgesloten kant zo'n CO2 blowoff dop bijvoorbeeld, daar zet je aan 1 kant dan de CO2 van het vat op, op de andere zet je een stuk slang naar een afsluiter en vervolgens je sproeier. De CO2 die drukt het water omlaag de buis in, tot de hoogte van een sensor, geeft signaaltje naar een Arduino, gooit de klep open en het water levelt weer en drukt de CO2 eruit. Dan heb je en een volumemeting dmv de binnendiameter x hoogte van het verplaatste water, en een 2e meting met je gassproeier.
Schets toegevoegd, hoop dat die zichtbaar is.

Iets ander principe inderdaad. Je meet dan verplaatst watervolume. Ik meen dat ik in het originele bellenteller topic ook iets dergelijks voorbij zag komen. Ik denk alleen niet dat het zal werken met mijn sproeier idee. Dat idee gebruikt immers een zo constant mogelijke druk op de sproeier zodat de CO₂ stroom in de sproeier (ml/s) ook contant is en dus de tijd dat de sproeier werkt is dan een maat voor de hoeveelheid gepasseerde CO₂. Bij jouw buis neemt de druk af met het hoogteverschil. 

[hansHalberstadt]

Vandaag verder afgebouwd.
Zie timelapse video


Er zit een microswitch aan het klepje dat een klok aanzet. Dus de klok loopt alleen als er koolzuur stroomt.
Door de constante druk loopt er gemiddeld over een uitstroom halfcycle een gedefinieerde hoeveelheid koolzuur per seconde. Dus de stand van de klok is evenredig met de hoeveelheid gemeten koolzuur.

[hansHalberstadt]

Deze grafiekjes laten zien hoe de gemeten CO₂ tot stand komt.

Het gewichtje dat aan de balg hangt geeft een min of mee constante druk in de ballon. Voor een gassproeier met klein gaatje is de flow als functie van de druk bepaald door de wortel van de druk.
Die vorm staat in middelste grafiek.

De balg bedient het mechanische klepje en dat kost wat kracht om die om te zetten, dus staat de ballon op en wat hogere druk (ca 30 gram extra gewicht) als je bij de omsagpunten komt. Dat is het bovenste grafiekje.
Samen geeft dat dus het 3e grafiekje waarbij de flow staat als functie van de ballonhoogte.

De hoeveelheid CO₂ is nu het oppervlak onder die curve (integraal van hoogte x flow voor wie wat wiskunde kennis heeft over integreren)

Per slag is die flow dus een vaste waarde zolang er geen gas bijkomt gedurende het interval dat het klepje open staat. Maar dat gebeurt natuurlijk wel dus betekent dat je de flow nog met een constante moet vermenigvuldigen. Dus ook het oppervlak= gemeten CO₂ volume is dan met die constante vergroot.

De vorm van het gearceerde gebied blijft daardoor niet helemaal gelijk, maar omdat de drukverandering klein is tov de ingestelde druk met de gewichten (enkele honderden grammen) is dat effect klein.

Dus is het gemeten CO₂ volume evenredig met de tijd dat het klepje open staat. En dat is wat ik meet met de klok.

Je kunt de druk curve vrijwel helemaal vlak krijgen met een elektronische sensor ipv een mechanische, dus dan wordt het nog nauwkeuriger. Maar was hier even niet de opzet.
 
 

[GeHan]

Heb nog een ander idee bedacht, werkt enigzins hetzelfde maar dan met een stuk slang. Een stuk slang in een U-bocht, water erin en aan 1 kant afgesloten. Aan de afgesloten kant zo'n CO2 blowoff dop bijvoorbeeld, daar zet je aan 1 kant dan de CO2 van het vat op, op de andere zet je een stuk slang naar een afsluiter en vervolgens je sproeier. De CO2 die drukt het water omlaag de buis in, tot de hoogte van een sensor, geeft signaaltje naar een Arduino, gooit de klep open en het water levelt weer en drukt de CO2 eruit. Dan heb je en een volumemeting dmv de binnendiameter x hoogte van het verplaatste water, en een 2e meting met je gassproeier.
Schets toegevoegd, hoop dat die zichtbaar is.

Hoi Ivo,

Inderdaad een simpele variant op de ballon-bellenteller.
Met juiste keuze wordt het verplaatste volume nauwkeurig/repeteerbaar afgebakend door de diameter van de slang/buis en hoogte-meting. En dat zou een aanvullend meetsysteem (sproeier-tijd), wat Hans vanwege het minder goed gedefinieerd buffervolume van zijn ballon nodig acht, (wellicht) overbodig maken om kwantitatieve metingen te doen. Mocht het aanvullend meetsysteem toch nodig zijn dat is de druk niet constant zoals bij het concept van Hans, maar bestrijkt in jouw concept steeds hetzelfde druk-regiem en dus heb ik er vertrouwen in dat het repeteerbaar is en dus te calibreren valt.

Ik zie niet zo 1-2-3 dat jouw concept niet kan werken, echter je hebt wel nog wat uitdagingen in de realisatie om eea voldoende nauwkeurig en op juiste schaal te krijgen, maar met wat inventieviteit kom je zeker een eind, kijk maar naar Hans.

Succes en bedankt voor het delen van je concept-idee.

[hansHalberstadt]

Met juiste keuze wordt het verplaatste volume nauwkeurig/repeteerbaar afgebakend door de diameter van de slang/buis

Waar je wel rekening mee moet houden is dat tijdens het terugstromen naar de middenstand de CO₂ toevoer met een 2e klepje zou moeten worden afgesloten anders meet je dat extra toegevoerde volume niet mee.
Bij mijn sproeiertijd meting is dat opgelost omdat de tijd dan langer gaat worden als tijdens de sproeier aan fase ook nog koolzuur wordt aangevoerd. 

[GeHan]

waar je wel rekening mee moet houden is dat tijdens het terugstromen naar de middenstand de CO2 toevoer met een 2e klepje zou moeten worden afgesloten anders meet je dat extra toegevoerde volume niet mee.
bij mijn sproeier-tijd meting is dat opgelost omdat de tijd dan langer gaat worden als tijdens de sproeier aan fase ook nog koolzuur wordt aangevoerd. 

Klopt Hans, in jouw sproeier-concept wordt inderdaad een eventuele stroming vanuit de kopruimte, als deze tegelijkgertijd met het legen van de ballon, door de sproeier naar buiten stroomt meegemeten. Echter zoals Herman heeft laten zien zijn er andere oplossingen mogelijk.
De 3-wegklep in zijn concept zorgt dat de bufferopslag of in verbinding staat met de kopruimte van het gistvat om gassen op te slaan of in verbinding staat met de buitenlucht om de bufferopslag te spuien. Dus de kopruimte komt dan nooit in direct verbinding met de buiten lucht te staan.
Dus Ivo heeft de keuze om met een van deze kleine aanpassingen, dat 'probleem' uit zijn concept te voorkomen, mocht hij dat belangrijk vinden, of hij verzint er zelf nog eentje.

Succes!

[hansHalberstadt]

Er staat nu en proefje met mijn bestaande CO₂ teller die ik al jaren gebruik, gebaseerd op een 10 ml glazen spuitje als meetvolume met daarachter het nieuwe concept met balg. Ik maak lucht met een aquarium pompje met instelbare flow. Flow op hoog, midden en laag gezet en dan gaat dezelfde lucht dus door beide systemen. Ik ga nu beide tellerstanden tegen elkaar uitzetten om te zien of je dan een rechte lijn krijgt voor de 3 verschillende flows.

 

[Ivoisrood]

Ik was eigenlijk van plan om de slang als buffer te gebruiken, en het van daaruit door een flowmeter te sturen. Berekening op basis van de hoogte in de slang is secundair, dat wil ik uitrekenen omdat die mogelijkheid er is. Mocht ik dit maken wil ik er zoveel mogelijke data uit zien te krijgen in de hoop dat er ergens iets bruikbaars is.
Maar goed, voorlopig helaas nog geen tijd om zelf iets te b(r)ouwen.

[hansHalberstadt]

Inmiddels nog verder versimpelt en verbetert:


Er is nu nog maar 1 hefboom die beide kanten op zorgt voor omslag van het klepje pas nadat de beslissing is genomen om om te slaan van de hefboom.
Voordelen tov de vorige versie:
-kleinere belasting van de balg (drukvariaties minder)
-simpeler constructie.

Maar 2 magneetjes nodig, een voor de hefboom en een voor het klepje.
Volgende stap is om dit te bouwen.

[hansHalberstadt]

Hier de andere stand met klepje open:

[hansHalberstadt]

Versie 2 (zie hierboven) inmiddels gebouwd en aan het testen. Het werkt precies zoals bedoeld.
Voor de grap heb ik de werking eens beschreven alsof het een patent is naar aanleiding van dit topic":
(helaas niet meer patenteerbaar omdat het bij deze gepubliceerd is)

https://www.hobbybrouwen.nl/forum/index.php?topic=46545.msg701561#msg701561

claims_.txt


Video link

[hansHalberstadt]

Met wat metingen gedaan met koolzuur.
Koolzuur via koolzuurcilinder met daarachter 1 mbar reduceer en metingen gedaan via 60 ml injectiespuit met 2 fietsventieltjes zodat je exact bv 50 ml per slag kunt toevoeren.
 

Daarmee 2 series metingen gedaan.


Daaruit komt een schaalfactor van ca 57,3 seconden per liter CO₂. Dat kan ik dan gebruiken om via een Excel sheet de gisting te volgen en alle belangrijke parameters zoals SG, alcohol, SVG etc.

[hansHalberstadt]

zie nu dat voor u die eerste dag ook niet zo belangrijk was, want je eerste meetpunt zit op dag 2?

De meting loopt continue door en wordt per 10 ml volume geregistreerd op een tellertje. Alleen de momenten waarop ik de tussenstand omreken naar SG, SVG etc is op de meetpunten.

Dag 1 was in dit geval niet zo belangrijk, want het moment van start gisting is voor mij niet meer zo'n verrassing met een goede starter. De gisting start normaal gesproken ca 6 uur na eenenten. 

[hansHalberstadt]

De balg lekte ca 5 ml per uur. Dat heb ik nu opgelost door de balg onder water te bekijken op lekjes. er bleek een lekje in de lijm aansluiting tussen balg en T-stuk met slangetjes. Dat gedicht en nu lekt hij niet meer.

Gisteren begonnen met een proefje met sinaasappelsap vergisten met BRY 97 gist om de CO₂ meter te testen en gelijk te zien wat voor smaak vergist sinaasappelsap geeft.



Met de Excel sheet kan ik na kalibratie bepalen hoeveel suiker er op elk moment is vergist en op basis daarvan kun je dan vervolgens alle vervolg berekeningen doen (komt nog in de sheet)

co2_balgmeter_sinasappelsap.xlsx
 

[hansHalberstadt]

Ca 700 ml sinaasappelsap van de Plus supermarkt.