バーナーのガスノズル孔を０.２ｍｍにしてみた

２０１６／０３／１６（水曜日）　午前中は晴れその後曇り


自作したスチームエンジンボートを少しでも速く走らせたくて悪戦苦闘している。
エンジンを何度も作り変えたり、ボイラーを取り替えたり・・・
しかし、あまり効果はない。
先日はボイラーのバーナーを３連装にして火力をアップした。
バーナーの３連装は火力が上がっただけに少しは効果があった。
ただ、燃焼が不安定で、ボンベのガス栓を大きく開いていくと変な燃焼音になったり、
不完全燃焼？になったりしてしまう。
多分、バーナーに送り込まれるガスの量が多過ぎるのだろう。
現在のバーナー・ノズルの孔径は０.３ｍｍになっている。
これを０.２ｍｍにしてみればどうだろうか？
直径０.３ｍｍと０.２ｍｍでは２／３しか違わないがその孔から噴出すガスの量は
２倍以上も違ってくるのだ。（合ってるかな？）

ノズル孔を０.２ｍｍにして噴出すガスの量を今の半分にしたら、それだけ火力が
落ちてしまうのでは？
それはそうだが、不安定な燃焼でガスを無駄遣いするよりは良いかもしれない。
完全燃焼してくれれば今までよりも火力は上がるかも・・・・
まぁ、その辺はやってみなければわからない。


↓　ボートから降ろしたボイラー。


↓　ノズルの孔は直径０.３ｍｍだ。



ノズルの孔を０.２ｍｍにするのは０.２ｍｍのドリルで開ければいいわけだが、これが難しそうだ。
もう大分以前のことだけど、初めてバーナーを工作したときに０.２ｍｍのドリルを使ったが
細くて２本も折ってしまった。
それ以来、０.２ｍｍのドリルには手をだしていない。
今回も恐る恐る触ってみた。




↓　０.２ｍｍのドリルはこんなに細い。　落としたらもう見つからない。　



しかし、今回は一回も折らずに順調に孔が開けられた。
今まで何度も失敗を繰返したから少しは上達したのかな？


↓　ノズルに開いた０.２ｍｍの孔。



↓　ノズルを３連装に・・・・・




↓　いつか、新旧を使って燃焼状況を調べてみたい・・・・



もう夕方でそろそろ片付けの時間が迫っている。
でも、一刻も早く燃焼させてみたい・・・・・・・というわけでちょっとだけ燃やしてみた。

やっぱりガスの量は減っている。（孔が小さくなったんだから当たり前だけど・・・・）
それにボンベは無加温なので圧力も低いからだろう。
燃焼が穏やかで、吸い込み空気の調整もしやすい。


その様子を動画でご覧ください。





火力の方はボイラーを組立てて見なくてはテストできない。
今日はこの辺で工作はおしまいにしよう。

CR発振回路の実験

２０１６／０３／１４（月曜日）　雨


このところ天気の悪い日が続いて寒い。
こんなときは部屋の中でいろいろ実験してみるのが楽しみだ。

先日、周波数を連続して変化させられるＡＦ（音声周波数帯域）発振器を作った。
発振周波数は１５Ｈｚ～４０ＫＨｚを３バンドで切り替えて取り出すことができる。
しかし、なんとかサイン波形らしい信号を発生するだけで高度な測定には使用できない。
それでも何とか使ってみたいとの思いから前前から不思議に思っていたＣＲ発振回路の
動作を実験で確認してみた。

ＣＲ発振回路は増幅回路の出力をＣＲフィルターを通過させて入力に戻し、再度それを増幅して
また出力をＣＲフィルターを通過させて入力に戻す・・・・と、これを繰返してやがてはその
繰り返しが継続して行われ一定の周期の波状の信号を作り出す、というものだ。





↓　ＡＦ発振器の信号をブレッドボードに組上げたＣＲフィルターに接続してその信号波形を観察する。



↓　（ソルダーレス）ブレッドボードは実験には便利だ。




一定の周期の波・・・・これを発生させる重要な機能はＣＲフィルターという部分が担っているらしい。
コンデンサと抵抗器を組み合わせた回路・・・・だからＣＲと言うんだな！
この回路はコンデンサが信号が流れる経路に直列に並んでいる。
コンデンサは高い周波数の信号を通しやすい性質を持っているから高い周波数を良く通すんだろう。
それを確認してみた。

オシロスコープのＣＨ１（緑輝線）をＣＲフィルター入力信号に、ＣＨ２（黄輝線）をその出力に接続して
観察してみた。
フィルターを通ると信号は大きく減衰してしまう。
ＣＨ２の感度を最大にしてやっと波形が見えるくらいだ。
なんとか、この観察で波形の周波数が高くなるほど出力が大きくなることはわかった。

その様子を動画でご覧ください。





それともうひとつＣＲフィルター回路の重要な働きは「波形の位相を変化させる」ということだ。
発振を持続させるのには入力信号を増幅して取り出し（出力）それを入力に戻して再び増幅する、という
ことを繰返すのだが、このとき、入力と出力のタイミングが一致していることが必要だ。
出力が増えようとしているときには、入力も出力が増えるのを助けるようにしなくてはならないし、
出力が減少しようとしているときは入力は出力が減少するのを応援するようにしなくてはならないのだ。
増幅器の出力を入力に戻してぐるぐる回りさせて発振させといろいろな周波数の発振が行われるだろう。
だけどそこにＣＲフィルターが介在すると、いろいろな発振信号の中から発振継続に一番都合が良い
（入力と出力の相互協力に一番適したタイミングの）信号が成長して行くのだろう。


その「位相」の変化の様子を観測してみました。





ＣＲフィルターに入力される波形の周波数を変えていくと、入力波形と出力波形のタイミングが
変化して相手に対して進んだり遅れたりが発生する。
その中間には全くぴったりとタイミングが合致したものもあるはずだ。
その波形は入力と出力が助け合って信号が大きく成長するはずだ。


ＣＲフィルターに入力された波形信号は通過するとは大きく減衰する。
説明書などによると１／２７になってしまうそうだ。
だから増幅器は２７倍以上の増幅度がなくてはならない。
実験中も発振が停止したことが何度もある。


↓　電源投入のノイズで波形が生まれて回路内のぐるぐる周りを始めたが、大きく成長できずに段々減少して
　　　やがて消滅してしうときの波形。



↓　入力・出力の協力関係が整った波形が増幅されて発振状態を維持したときの波形。



↓　何らかのショックで生まれた波形が成長していく様子かな？



これが「共振」というのだろうか？
ただ、何でこれがサインウエーブになるのかは（自分の能力では）わからない。　不思議だなぁ・・・・

でも、身の回りは、電灯線に送られてくる電気はサイン波だし、テレビやラジオの電波や、携帯の電波だってサイン波だろう。
光もそうかもしれない。　時計の振り子やブランコが揺れる振幅も多分サイン波だろう。
それにスプリングの伸び縮み揺れもサイン波らしい。
電車や自動車に乗って揺られるときはサイン・コサインで揺られているのかも知れない。
世の中はサイン波で溢れているんだろうな、きっと・・・・・・・

発振波形の調整 － ウィーンブリッジＡＦ発振器工作 －

２０１６／０３／０８（火曜日）　うす曇、一時晴れ。


やっとウィーンブリッジ発振器が組上がった。
１５Ｈｚから４０ＫＨｚぐらいまでを３バンドに切り替えて発振させる。
出力は最大で６Ｖ位（Ｐ.Ｐ.）出せる。
調整を繰り返して全バンドで発振するようになった。
ただ、波形は正確なサイン波かどうかはわからない。
今日はそれを確認してみた。

確認する・・・・っていったって特別な計測器を持っているわけではない。
何とか工夫して確認してみたい、ということだ。

サイン波・・・どうやって描こうか？　そうだエクセルだ。
エクセルもしばらく使っていないから操作方法も忘れてしまったが、昔を思い出しながら
何とかサイン波の図形を作った。




↓　エクセルのサイン波を透明シート（透明のクリアホルダー）に赤マジックで転写した。



その透明シートをディスプレイに貼りつけて「サイン波定規」にした。





この定規と波形を比べてみようというわけだ。





まぁ、何とか波形を比べて見ることはできた。

その様子を動画でご覧ください。





ここで問題が発生した。
これは前から気にしていたことだが、波形を最良の位置に調整すると、バンド（発振帯域）を切り替えるたびに
発振が停止したり、波形が乱れたりして、そのつど調整するようになってしまう。
これでは使い物にならない。
対策としてはバンドごとに負帰還量（発振強度）を調整する可変抵抗器を付ければ良いことなんだけど
配線をやり直すのが面倒だ。
しかし、これをやるっきゃないだろう・・・・
今日の工作はこれで止めとこう。

ウィーンブリッジ発振器完成

２０１６／０３／０７　（月曜日）　雨


朝から雨降りだ。
でもこういう日のほうが電子工作には向いている。
天気の良い日は外が気になって作業が進まないからね。

前々から作りたいと思っていたウィーンブリッジ発振器がやっと完成した。
完成したといってもただサインウェーブもどきの信号を発生させるだけで
波形の歪みだとかは度外視だ。
（歪みの測定など高度な技術は持ち合わせていません。）



↓　今までの実験でブレッドボード上に組上げた回路が正常に動作するようになった。



↓　その回路をそのままユニバーサル基板に移し換えた。



↓　配線面はワイヤーを張り巡らす方式だ。　扱うのは低周波なので大丈夫だろう。



↓　ケースはアルミ板を折り曲げて作った。　ハンドメイドのケースは歪んでいてボコボコ・・・・・



↓　基板を取り付けて配線。






↓　配線完了。　電源を入れてテストしたら一発でＯＫだった。



↓　正面をちょっとおしゃれして完成。




発振周波数は３段階の切り替えで１５Ｈｚ～５０ＫＨｚをカバーする。
今まではＣＲ発振器で１ＫＨｚ、５ＫＨｚ、１５ＫＨｚの３点しか出せなかったが
これからは周波数を連続で変化させられるからいろいろな実験ができるかも知れない。
雨の日が楽しくなるかもね。

オシロスコープが具合悪くなってしまった

２０１６／０２／２８（日曜日）　晴れ


ウィーンブリッジ発振回路の動作確認中、オシロスコープの波形が乱れることがあった。





どうもプローブを取り付けるコネクタ（ＢＮＣ）の基部に触れると現象が出るようだ。

その様子を動画でご覧ください。




ＣＨ１のコネクタが具合悪いようだ。




調べてみよう。


↓　このネジ４本を外せば蓋が開きそうだ。



↓　ここはシールが貼ってあって破るとメーカーの保証は無効になる。
　　　だけど購入してから６年も経つんだから「そんなのかんけぇねぇ」だよね。



↓　コネクタ部分。



↓　基板部のグランドとコネクタ外周部との導通をチェックしてみると１６ＫΩの抵抗値が示された。



↓　ＣＨ２の方はグランドになっている。



オシロスコープのコネクターにプローブを取り付けるのにはちょっとだけど力を加えるので
それが積もり積もって基板との接触が悪くなったのかも知れない。


↓　基板との接触不良だと思ってコネクタ部分のピンを半田付けをやりなおしてみたがＮＧだ。



コネクタ基部の内部で不良になっているようだから本格的な修理はできないだろう。
そこで応急的な修理としてコネクタ外周に導線を半田付けしてグランドに接続することにした。


↓　半田鏝の熱容量不足（４０Ｗ　手持ちの半田鏝では最大）とあまり熱したくないので汚い仕上がりだ。



↓　何とか修理完了。



↓　波形もＯＫ。



今度はコネクターに触れても波形はぶれない。
安物のＰＣオシロだけどまた新しく買うのは年金暮らしにとっては大変だ。
うまく直せてよかったよ。