Hydrometer op afstand aflezen via magnetich veld

[hansHalberstadt]

Nav dit topic:
https://www.hobbybrouwen.nl/forum/index.php?msg=666842
kwam ik op nog een heel andere idee:
je neemt een drijver met onderin een sterke neodynium magneet en afgetuned op het net blijven zweven bij het maximale SG wat je ooit wilt meten bv SG=1100. aftunen met gedroogd zand.

Ik heb hiervoor een reageerbuis genomen met afsluitbare dop.
vervolgens neem je een milligrammen weegschaaltje met daarop een 2e sterke magneet die de magneet in de drijver recht omhoog afstoot.

weegschaaltje op 0 zetten.
dan doe je de drijver in het maatglas met te neten SG en zet die op een plateau op de weegschaal. zodat de drijver omhoog geduwd wordt en blijft zweven.
Dan lees je het gewicht af.
Het gewicht wat je nu afleest is het verschil in verplaats gewicht tussen SG=1100 in dit geval en het te meten SG. op die manier kun je heel nauwkeurig het SG meten.
Ik heb een ijkoplossing gemaakt van SG=1100 (via hydrometer) en ook water en een 1 x verdunde ijkoplossing.   
gemwten resultaten:
SG1000= 3.59g
SG1050=2.10g
SG=1100=0.660g

dat invullen in bijgaande Excel sheet levert het berekende SG
SG_magnetisch.xlsx

Het leuke is nu dat je dit principe dus ook in je gistingsvat kunt toepassen en door de bodem heen het SG inline meten. (met als beperking dat het gistingsvat niet magnetisch mag zijn) 

[hansHalberstadt]

Met een grotere drijver van bv een bierflesje van 300 ml heb je nog een  10 x nauwkeuriger meting bij 10 mg weegschaal resolutie. En evt kun je ook nog een hefboom gebruiken van bv 1:100 zodat je ook met een gewone keukenweegschaal kunt meten.

[seed7]

Zomaar een idee, heb je wel eens naar de dielectrische eigenschappen van gistende wort/suikeroplossingen gekeken?

ingo

[Edwin brouwt]

Prachtig bedacht, Hans! 

[hansHalberstadt]

Zomaar een idee, heb je wel eens naar de dielectrische eigenschappen van gistende wort/suikeroplossingen gekeken?

ingo

Nee, geen idee eigenlijk. Dan zou je dus met een capacitieve meting iets kunnen. Maar dat is weer een nieuw topic als dat zou werken.

[hansHalberstadt]

Vandaag kwam ik op een leuk idee om inline het SG te meten.

Via holle RVS bol als drijver die het SG meet. Ik heb drijver van 500 ml. Dus bij SG=1000 of 1100 is het verschil in opwaartse kracht 50 gram. Dus als je hem vult met water en aftuned dat hij net blijft drijven bij bv SG=1150 dan weegt hij bij SG=1000 dus 75g.

De truck is nu dat de bol via een gelagerd armpje is opgehangen in de gistende wort en met een magneet voorop de bol magnetisch contact maakt met een 2e magneet buiten het gistingsvat. Die 2 magneten stoten elkaar af dus de magneet buiten levert dan precies die kracht om de bol op zijn plek te houden. Met een weegschaal kun je dan direct het SG meten via de magneet buiten op de weegschaal plakken. Je hebt dan 0.5 g per SG punt.
Dus met een weegschaaltje van bv 100 mg, 500g bereik kun je het SG op 0.2 SG punt nauwkeurig meten. Dat is vele malen beter dan mogelijk met een tilt hydrometer.
 

[hansHalberstadt]

Zo wil ik hem gaan maken.
Via L2/L1 goed kiezen tov het volume van de drijver kun je bv 1 gram per SG punt maken op de weegschaal.

[hansHalberstadt]

inmiddels weer wat verder.
met en weegschaaltje van 10mg resolutie en bv 200g bereik kun je dan het Sg meten met een resolutie van 0.01 SG punt.
 weegschaaltje:
0g=sg=1000
100g=SG=1100
10mg resolutie =0.01 SG punt. moet dan wel een temperatuur correctie op 0.2 Sg punten/ grC 

[hansHalberstadt]

Inmiddels de 2 hefbomen gebouwd met lagertjes en stelgewicht.

Getest met een lepel van 50 gram komt overeen met sg=1000 zonder lepel komt overeen met sg=1100.
vandaag een weegschaaltje besteld van 0.01 g/200 g

[hansHalberstadt]

inmiddels werkt het en heb ik het gecalibreerd met water van SG=1000 en zoutoplossing van SG=1100.


Ik heb de lagertjes nog wat verbeterd door kleine kleine RVS schroefjes te nemen en daar met een priem een putje in te slaan zodat je dan vrijwel wrijvingsloos de hefboopjes kunt maken. die hefboompjes zijn van RVS fietsspaken van 2mm en de draaiende delen ook

[hansHalberstadt]

met een extra oplossing van sg=1052 heb ik de lineariteit een beetje kunnen zien.in het midden van de schaal is de niet lineariteit ca 2 SG punten. Dat komt denk ik omdat L2 en L3 vrij korrt zijn en ook niet even lang. daardoor moet de magneet bij verschillende SG's en verschillende hoek maken en daardoor komt er een extra koppel op. Ik ga L2 en L3 daarom wat langer maken en ook even lang. en dan nog eens kijken.

[Alexander_H]

Altijd mooi om je posts te volgen!

[hansHalberstadt]

Weer wat nieuwe inzichten:
1)als de afstand L2 en L3 groter wordt dan wordt het lastiger om met een kleine magneet een stabiele afstotende kracht te maken omdat er een kracht haaks op de afstotende kracht ontstaat die de magneetjes naar de zijkant duwt zodat ze dan op een korte afstand van elkaar tegen de wand van het gistingsvat eindigen. Om dat probleem op te lossen heb ik de magneet m1 vervangen door een bredere magneet. Daardoor is de kracht over een groter gebied afstotend zonder een grote component haaks op de gewenste afstoot richting.

2) Er is een verschil in  opwaartse kracht van de bol afhankelijk van het SG. Die kracht moet geleverd worden door de afstotende kracht tussen de magneetjes. voor een magneet geldt als vuistregel dat de afstand tussen de magneetjes evenredig is met 1/(afstotende kracht)^2. Dat verschil in kracht veroorzaakt dus een variabele afstand en daardoor een variabele hoek alpha. Die hoek alpha veroorzaakt op zijn beurt weer een extra koppel op de hefboom van l2, l1 die je dan terug ziet als extra kracht op de weegschaal. Die is tegengesteld aan het koppel wat je wilt meten. Op zich is dat niet zo erg, maar punt is dat dat koppel evenredig is met de massa van M2 x sin(alpha) en dus een niet lineair effect introduceert. Truuk is dan om de massa van magneet m2 klein te houden, L2 lang te maken en te zorgen dat de opwaartse kracht niet te veel varieert over het SG bereik. Dat kun je doen door de bol wat zwaarder te maken dan nodig en die kracht weer te compenseren met het instelgewicht voor de SG=1000 instelling. De bol woog tot nu toe 548 gram wat bij een SG van ca 1125 de bol net laat zweven, dus dan is er geen koppel meer vanauit de bol en is de hoek alpha het grootste. Ik gan nu 20g extra gewicht toevoegen aan de bol (extra 20 g keuken zout in de bol toevoegen). Dan heb je bij SG=1100 (met maximum waarbij ik nog nauwkeurig het SG wil weten) nog een gewicht van de bol in de vloeistof van 32 gram, terwijl bij sG=1000 het gewicht dan 81 g is. dat is een factor 2.5 en dat betekent dat de afstand tussen de magneten dan varieert met een factor wortel(2.5)=1.6 en de hoek alpha dan hopelijk  zo weinig is dat het geheel nog mooi lineair is.               



 

[hansHalberstadt]

vandaag de aanpassingen gemaakt en de afstanden zo ingesteld dat de weegschaal zo goed mogelijk 1 gram per SG punt aangeeft. en toen de bol vervangen door gewichtjes (injectie spuitjes met water en die precies gewogen met 10mg weegschaaltje) en toen het verband tussen gemeten gewicht en gewichtjes bepaald.
daar kwam dit uit:

Het 2e grafiekje laat zien hoeveel SG punten verschil er is tov een aangenomen lineair verband tussen gewicht van de bol horizontaal en SG punten. De bol varieert 50 gram tussen SG=1000 en SG=1100. Je kunt de bol vullen met zout om zo het gewicht van de ondergedompelde bol in gistende wort optimaal af te stellen op een zo lineair mogelijk bereik. als je de bol dus vult zodat die bij SG=1000 80 gram weegt in de vloeistof en bij SG=1100 30gram dan kun je  binnen ca 1 SG punt niet lineariteit het SG aflezen op de weegschaal. Het SG is dan 1 SG punt hoger bij sg=1000 of 1100 en 1 sg punt lager bij SG=1050.
Voor het inline volgen van de gisting is dat meer dan voldoende.   
 

[hansHalberstadt]

Nog een ander idee:
Je kunt ook informatie over hoeken contactloos overzetten via magneten. En je kunt ook een koppel overzetten op die manier. Dan kun je buiten het gistingsvat met de hellingshoekmeter van een iSpindle de hoek meten en op die manier veel nauwkeuriger het Sg meten dan met een iSpindle mogelijk is omdat het SG dan gebaseerd is op een bol in combinatie met een veer die dan het SG lineair omzet in een hoek die je dan meet met de ISpindle sensor.
Je kunt dan dus het meeste van de iSpindle hergebruiken.

ps, de rechter magneet zit buiten het gistingsvat en is gekoppeld met de hellingshoekmeter. De linker magneet zit in het gistingsvat en is gekoppeld aan een asje waarmee je een hoek definieert via de bol en de veer. De bol levert een kracht en de veer zet die om in een hoek, de hoek wordt overgezet naar de magneet buiten en kun je dan zo meten. Je kunt zelfs een wijzertje erop zetten en gelijk het SG aflezen. Dus simpeler als voorgaande methode en lineair vanuit het basisprincipe.

[hansHalberstadt]

Ik ga het nu zo maken:
4 gekoppelde magneetjes houden dezelfde hoek aan binnen en buiten het gistingsvat. Een en ander komt met plaatjes polypropyleen met een putje erin als lager en verbonden met 4 rvs draadeindjes aan elkaar geschroefd. Het geheel wordt door de magneetkracht van de 4 neodynium magneten zowel binnen als buiten tegen de wand gehouden. Dan heb je dus een lichtlopende gelagerd systeem met een rondje waar het draadje over loopt naar de bol. Buiten het vat

Kun je dan op 2 manieren de kracht meten:
1) met een weegschaaltje op een met een schroefje instelbare afstand van het hart zodat je de gevoeligheid op 1 gram per sg punt kunt afstellen of
2) met een torsieveertje kun je dan de kracht van de bol omzetten in een hoek die je dan met een iSpindle systeem bevestigt op het uiteinde aan de buitenkant van het vat kunt meten. Torsieveertje kan ook aan de buitenkant.
 

[hansHalberstadt]

Dit systeem is als het goed is wel lineair en heeft geen last van hoeken van hefbomen zoals het andere idee en is ook nog eens simpeler.
Dit prototype wordt van hout, maar het definitieve ding wordt van RVS.

[hansHalberstadt]

Je zou hier misschien patent op aan kunnen vragen, maar bij deze is het nu dus gepubliceerd dus openbaar dus niet meer patenteerbaar. Dus dat maakt het goedkoper te produceren, dus komt iedereen dan ten goede. (Publiceren in een onderontwikkeld derdewereldland in een plaatselijk krantje wordt vaak gebruikt om ideeën te publiceren zonder dat anderen ervan af weten als een bedrijf geen geld wil uitgeven aan patenten, maar wel zeker wil weten dat anderen niet met hun idee het alleenrecht via een patent kunnen krijgen en hun idee ook niet aan andere willen vertellen).

[hansHalberstadt]

Het werkt getest met 2 zoutoplossingen met een pycnometer gemeten sg 1100 en sg 1053 en water 1000 de opstelling meet na kalibratie zelfde sg de weegschaal meet nu met 100 mg per sg punt kan meten van sg 970 tot sg 1150.

Het linker deel zit buiten het vat en het rechter deel erin. De bol om het SG te meten komt met een dun nylon draadje aan het witte wieltje en levert een opwaartse kracht tussen 0 (SG=990 bijvoorbeeld) en ca 50 g (SG = 1120) op het houten rolletje links komt dan een schroefje met instelbare lengte om de schaal in te kunnen stellen op 1 SG punt per gram.

Ferriet magneten (max temp ca 180°C) aan de binnen kant want Neodynium verliest zijn magnetisme bij 80°C en ik wil het met stoom kunnen steriliseren.

Ik heb een ijkgewichtje gemaakt waarmee jet hem op sg=1000 (0 g kunt zetten). Bij SG=1000 leg ik nog een gewichtje erbij op de weegschaal van ca 4 g en zet daarmee de weegschaal op 0 dan haal ik het gewichtje weg en zet het gewicht van de overbrenging erop. En daarmee regel ik dan het gewicht wat de weegschaal aangeeft op 0 met het ijkgewicht. Dan kan ik ook SG onder de 1000 meten.
[attach id=11259]principe2_SG1053.jpg[/attach]   

[hansHalberstadt]

Het idee van #15-#13 heeft nadelen dat het niet lineair is en ook lastig uit te richten omdat de magneetjes snel zijwaarts vliegen. Wat dat betreft dus ingehaald door idee #14-#18. dat is wel mooi lineair en kun je ook uitvoeren met een hellingshoekmeter zoals uit een iSpindle.   

[hansHalberstadt]

Alles gemonteerd.

Het plastic in de ketel wordt iets te slap bij 100°C. (geeft teveel speling in de lagertjes) dat ga ik nog vervangen door RVS. Het voorste lagertje bij de magneet ga ik weghalen. Ik gebruik dan de wand van de pan zelf als lager. Ik heb gemerkt dat het magneetje al zelf keurig op elkaar uitlijnen. Voordeel is dan ook dat de magneetjes nog iets dichter bij elkaar komen waardoor ze nog wat meer koppel aankunnen.

[hansHalberstadt]

Laatste aanpassing plastic plaatjes vervangen door rvs = schuimspaan van de action gaatjes zaten al op de goede plek als lager ern rvs schroefje en het geheel qua hoogte instelbaar met een rvs m5 draadeind.

 

Rvs schroefje is al een perfect lager met een kegelvormig putje

[hansHalberstadt]

Ik zal hierna een eerste vergisting gaan volgen en zowel meten met de refractometer als met deze methode en dan de resultaten in 1 grafiek zetten.

[thepsych]

Hans, het wordt te complex voor mij om te volgen. Maar compliment voor al je inzet met die knappe technische ideeën.Waar haal je de tijd vandaan!! Wat mij betreft ben je de grootste biergerelateerde uitvinder.

[hansHalberstadt]

Waar haal je de tijd vandaan

Bij mij werkt het zo dat ik van dit soort dingen de energie krijg om de minder leuke dingen te kunnen doen. Dus eigenlijk is het noodzaak.     Al met al een dag of 3 werk. En als het eenmaal werkt, heb je er heel veel plezier van.