気圧の変化でベローズが変形するのを確認した

２０１９／０９／２９（日曜日）　晴れ



ベローズの動作を確認してみたい・・・と前々から思っていた。
通常の状態では気圧の変化を待たなくてはならず、なかなか確認ができなかった。

ふと、こんな考えが浮かんできた。
手元には高感度の電子秤がある。
これはプリンタのインクタンクにインクを補充するときに使うもので、０.０１ｇ～５００ｇまで
測ることができる。
手のひらに乗るほどの大きさだ。
これなら手ごろな「気密箱」を作って実験ができるかもしれない。

有り合わせの材料を使って工作を始めた。



固定したベローズの突起を電子秤の受皿に押し当てる。



それを気密にできるケースに収めてケース内の圧力を変化させ観測する。



作業デスクに戻って観測を始めた。
自作圧力計の戻しバネを調節して１気圧を中心に正圧、負圧が見られるようにした。（絶対値はわからない）





気密ケースに息を吹き込んで圧力を上げてみる。
ベローズはこの圧力に押し込まれてさっきよりは縮むはずだ。
ベローズが縮むと突起も引き込まれ秤の皿を押す力が弱まる。




気密ケースの中の空気を吸い出して圧力を下げてみる。
ベローズ内部の空気圧力が勝って膨らむ。
ベローズが膨らむと突起も外に動き、秤の皿を強く押すようになる。





気密ケース内の空気を吸い出したり、逆に吹込んだりすると、圧力の変化で
ベローズが膨らんだり縮んだりする。
その動きで秤の皿に加わる力（重さ？）が変化し表示数値が変わる。


そんなテストの様子を動画でご覧ください。





このベローズは周囲の圧力変化に応じて膨らんだり縮んだりをする。

普通、こういう缶体の内部を真空にすれば（1平方メートル当たり１０ｔ（トン））という
大気の重さで押しつぶされてしまうはずだ。
ごの大気圧に対抗するために缶体を強力なバネで引っ張ってつぶされないようにしているはずだが
このベローズにはそれが無い。
もしかすると缶体の内部に押しつぶされないような仕組みがあるのかもしれない。

いや、もしかすると内部はいくらか低圧にする程度のものかもしれない。
（これだと登山に持って行ったお菓子の袋が頂上でパンパンに膨らみ、下山すると元に戻るという
現象と同じだ。）
これだと気圧の変化に対する感度は低いのではないだろうか？

気密ケースの中を低圧にした時に表示された「１３９２」という数値は何なんだろう？

実はこの電子秤は自動的に「風袋引き」をする機能があって「風袋引き」を完了する前に大きな
重さを乗せるとエラーになってしまう。
（風袋と思われる重さよりも重いものを乗せて電源を入れるとエラーになってしまうのだ。）

そのため今回の実験（常にベローズの突起が重さになって皿に乗っている）では重さは測れないので
やむを得ず「ＰＣＳ」というメニューで動作させた。
このため表示されている数値が何を示しているのかがわからないのだ。





秤を外に出して皿に硬貨を乗せて同じ数値に合わせていった。



数値に合わせるために乗せた硬貨。　




硬貨は全部で１１５.５ｇあった。
これはベローズが１１５.５ｇの力？で秤の皿を押したということだろうか？

何が何だかわからないが、まぁ圧力の変化でベローズが変形することだけは確認できた。

大昔の光センサーを使ってみた － ベローズを使った気圧計工作 －

２０１９／０９／２７（金曜日）　晴れ


気圧の変化で変形するベローズの状態を検出するセンサーにＣｄＳ光センサーを使ってみた。
このＣｄＳ光センサーは高感度で外部の明るさの変化にも敏感に反応してしまう。
そこでＣｄＳ光センサーを箱で囲って小穴を開けてＬＥＤの光線だけに反応するようにした。
この結果、ベローズの変動に追従する絞りの動きが前より安定に検出できるようになった。
しかし、センサー出力が微小に振れる状況は改善されなかった。
もしかするとこれはＣｄＳセンサーが発するノイズかもしれない。
ＣｄＳセンサーを他のセンサーに変えて確認してみることにした。

もう何十年も前のこと、マイコン（Ｍｙ　Ｃｏｎｐｕｔｅｒ　当時流行っていた。）の
プログラム読み込み装置を作ろうとしたが完成させられなかった。
その残骸の光センサーがあるはずだ。
ジャンク箱をかきか回して探した。



これがそのセンサーだ。
テープに穿孔された穴の直径ぐらいの細長いセンサーだ。



形状からフォトダイオードかフォトトランジスタかと思って極性を調べてみた。

テスターで導通を測ってみたが導通無しだった。　＋　－　を入れ替えても導通無しだ。　？？？



もしかするとこれもＣｄＳかも知れない。


光を当てると導通する。



消灯すると高抵抗になる。



なぁーんだ、これもＣｄＳ光センサーだった。

でも、これを使えばうまくいくかも知れない。
ボール紙で小箱を作って中に収めた。





小箱には小さな孔を開けてＬＥＤからの光線だけが入るようにした。



段ボール製テスト台に乗せてテストしてみた。
これも前にテストしたものと大差なかった。

絞りを調節してＣｄＳ出力を１気圧相当の電圧にして様子をみてみた。
やっぱり出力は一気圧出力（１０１３ｈＰａ）を中心にして上下に細かく振れている。

そんなテストの結果を動画でご覧ください。





考えてみればこの振れている出力はｍＶのオーダーだ。
このくらいはしょうがないのかもしれない。

さて、次はベローズの動作確認をしてみようか・・・・・

外部の光線が問題だった

２０１９／０９／２５（水曜日）　晴れ


もう一度、ＣｄＳ受光素子の出力の測定をしてみた。


測定を始めたのだが・・・・・



部屋のカーテンが揺れるたびに出力波形が大きく変化してしまう。


測定中、絞りを一定にしているのに波形が大きく変化する。　どうもカーテンの動きに同期しているみたいだ。



カーテンの様子を撮影してみた。




雨戸を閉めてみたが・・・



外の光が変化すると波形が変わってしまう。





ＣｄＳ受光素子を箱に入れて小さな孔からＬＥＤの光を取り込むようにして実験してみる。



ＣｄＳ受光素子を遮光する小箱。





テストの様子。



１気圧（１０１３ｈＰａ）の基準線を中心に細かく上下する出力が得られた。



これなら出力を平均すれば正確？な気圧が測定できるかもしれない。

でも何で細かく振動するんだろう？
ＣｄＳ受光素子はノイズが出るのかな？
それろもＬＥＤの光線が細かく変化しているのかな？

やっぱりフォトトランジスタにしなくっちゃダメなのかな？

ＯＰアンプ増幅回路の再確認 － ベローズを使った気圧計工作 －

２０１９／０９／２３（月曜日）　曇りのち晴れ　（台風１７号が日本海を北上中）


ベローズで大気圧を測定する気圧計を工作しているのだが思うようにいかない。
大気圧の変動でベローズが変形するのを機械的なリンクで拡大して光センサーの遮光シャッタを
動作せて出力を得ようとしているのだが、その出力が安定しない。

ベローズに原因があるのか、光センサーに問題があるのか、ＯＰアンプ回路が問題なのか・・・
仕方がない。　　また、一つづつつぶしていこうかなぁ・・・


先ずＯＰアンプ回路を確認してみよう。
ＯＰアンプのパッケージには回路が２つ入っているが一つだけで充分なゲインが得られるので
片方しか使わない。


ゲインは（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１になる（・・・んだそうです）。　この場合は約５０倍だ。








入力電圧は半固定可変抵抗器で調節する。
細かい設定ができるように多回転型（ＴＲＩＭＰＯＴ）を使った。




入力電圧５０ｍＶ（０.０５Ｖ）、出力は２.５６９Ｖ。　増幅度は５０倍（約３４ｄＢ）だ。




入力電圧を増減すると出力電圧は素直に追従する。
入力電圧を一定にすれば出力も一定値を安定して表示している。
この動きならアンプとしては問題無しだ。

そんなテストの様子を動画でご覧ください。






次は光センサーを確認してみるか・・・・・

測定結果も乱れてる － ベローズを使った気圧計工作 －

２０１９／０９／２２（日曜日）　曇り



ベローズを使った気圧計の工作をしているのだが、得られた気圧データが安定せず、
いくら調整してもすぐに大きく狂ってしまう。
まぁ、こんな状態でもマイコンでデータを読み込んでグラフにしてみれば何か
解決の手助けになるかと思って簡単な動作確認プログラムを組み込んでテストしてみた。



ベローズ気圧計の出力をマイコン（ＥＳＰ-ＷＲＯＯＭｰ３２）に入力（アナログ入力）して
そのデジタル出力をパソコンの Ａｒｄｕｉｎｏ ＩＤＥ シリアルプロッタ に波形を表示させる。　








ＢＡＲＩＧＯやなんちゃって小型気象台のデータでは気圧は一定しているのにベローズ気圧計の
それはこんなに乱れている。





このベローズは中が本当に真空なのかどうかが気になる。

ＢＡＲＩＧＯのベローズや参考資料の説明などでは中身が真空のベローズを
強力そうなスプリングで引っ張って膨らませて大気圧とバランスを取っている
ように見える。
（そうしないとベローズは大気圧（１平方センチ当たり１Ｋｇの圧力）で
押しつぶされてしまう。）はずだ。）

ところがこのベローズには引張スプリングはない。
ただの薄い金属でできた密閉された空き缶かな？
これでは高山では膨らんで平地に降りたときに縮んでしまう風船と同じようなものだ。

気圧の変化でベローズがどのように変形するのか調べてみたい。