Tovább folytattuk az impulzusos vízbontással kapcsolatos kísérleteket. A korábbi kísérletekről itt és itt olvashatsz.

A kapcsolást Robi és én, Tibor együtt terveztük. A cél az volt, hogy mind transzformátorral, mind anélkül lehessen méréseket végezni. A transzformátoros megoldásnál azt is célul tűztük ki, hogy a vízbontóra menő jel amplitúdója nagy és kis értékű is legyen, vagyis egy nagy impulzus után következzen n számú kis impulzus. A nagy impulzusok amplitúdója meghaladta a 2 V-ot, a kis impulzusoké pedig 1 V-nál kisebb volt.

Az elképzelésem a következő volt: ha nagy impulzusokkal beállítjuk a vízmolekulákat, akkor a kis impulzusok ideje alatt is fog folyni áram a vízbontóban, mivel ekkor a korábbi kísérleteknél már demonstrált polarizációs feszültség hatására a cellafeszültség mindenképpen meghaladja a minimálisan szükséges 1,47 V-ot.

Az is cél volt, hogy az impulzusok kikapcsolásakor keletkező ellenirányú impulzust visszavezessük a trafó bemenetére, ahol az impulzus szünetek alatt ez a villamos energia egy kondenzátort tölt, aminek következtében jelentősen le kell csökkennie az áramfelvételnek.

Ez a komplex igényrendszer "kicsit" összetetté tette a kapcsolást.

1. ábra. A kapcsolási rajz

 

Az elektronika táplálására számítógépes tápot használtunk, annak néhány kísérletben a 12 V-os kimenetét (ami gyakorlatilag csak 11 V volt terheletlenül), máskor pedig az 5 V-os kimenetét használtuk.

A rajzon látható, hogy a transzformátor jelét a T3 és T4 FET-eken keresztül visszavezettük a C1 és C2 kondenzátorokra. A tesztelés során azonban rájöttünk, hogy a visszacsatolást nem kell vezérelni FET-ekkel, ez automatikusan megtörténik akkor is, ha csak a diódákon keresztül kötjük a kondikra a tekercseket. Továbbá az is kiderült, hogy elég egy visszacsatoló tekercs és egy kondenzátor. A rajzon azonban még az eredeti kapcsolás látható, amit Robi készített és küldött el nekünk.

A kész kapcsolást a következő ábrákon láthatod.

2. ábra. Az impulzust előállító elektronika

 

3. ábra. A teljesítményerősítő rész és a transzformátor

 

Az ábrákon látható, hogy a két NYÁK lap egymáson helyezkedik el négy darab menetes szár segítségével, melyek egyben lábakként is funkcionálnak, így szükség esetén mind a két oldalára szabadon fordíthattuk a lapokat, az alkatrészek és vezetékek nem értek az asztalhoz.

A trafó két bemenetére kapcsolt jel egymáshoz képest a következőképpen nézett ki.

4. ábra. A trafó két bemenetére kapcsolt jelek fázisviszonyai

 

A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenállás mellett már a két különböző feszültséget mutatja. Figyeljük meg a negatív irányú visszarúgó jeleket is.

5. ábra. A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenálláson - Visszacsatolás: nincs

 

Amikor a negatív irányú jelet megfelelő polaritás fordítás után visszavezettük a bemeneti kondenzátorra, akkor a jel alakja módosult. Kétféle menetszámot használtunk visszacsatolásra: 120 menetet és 240 menetet. A következő ábrán a kimeneten látható jelalakot láthatjuk a különböző visszacsatolásoknál.

6. ábra. A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenálláson - Visszacsatolás: 120 menet

 

7. ábra. A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenálláson - Visszacsatolás: 240 menet

 

Az elektronika vízbontóval való első összekötésekor azt tapasztaltuk, hogy nem volt buborékfejlődés, csak ha visszacsatoltuk az energiát. Ez azzal magyarázható, hogy visszacsatolás nélkül a hasznos jel és a visszarúgó jel ellenkező polaritású és nagyjából egyenlő amplitúdójú (lásd az 5. ábrát), ezért a vízmolekulák nem tudtak polarizálódni.

Ekkor jött az ötlet, hogy négy Schottki diódából álló Gratze hidat tegyünk a trafó kimenetére, ami nem csak egyszerűen levágja a negatív irányú jeleket, hanem azokat is befordítja pozitív irányba.

A diódákkal a kimeneti jel alakja megváltozott, ezt láthatjuk a következő ábrákon.

8. ábra. A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenálláson, a Gratze híd után - Visszacsatolás: nincs

 

9. ábra. A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenálláson, a Gratze híd után - Visszacsatolás: 120 menet

 

10. ábra. A trafó kimenetén megjelenő jel 0,4 W-os ohmikus terhelő ellenálláson, a Gratze híd után - Visszacsatolás: 240 menet

 

Jól látszik, hogy a diódák hatására a jelek nem csak egyező polaritásúak lettek, de az amplitúdójuk is lecsökkent 0,7 V-tal, azaz a dióda nyitóirányú feszültségével. Ez óhatatlanul is energiaveszteséget jelentett, de így visszacsatolás nélkül is szépen beindult a buborékképződés.

 

A mechanikánál a H2 és O2 elválasztását is célul tűztük ki, ezért a lemezek közé egy gázt átnemeresztő "hálót" tettünk. A lemezek mérete: 20 mm * 185 mm, vastagsága 1 mm volt. Öt ilyen lemezt tettünk egymás mellé, közöttük 0,5 mm-es műanyag távtartó lemezdarabkák és a hálók helyezkedtek el. Minden egyes lemeznek volt külön elektromos kivezetése.

Annak ellenére, hogy a gázokat a lemezek mentén különválasztottuk, a felettük lévő légtérben már elkeveredhettek. Igazából csak arra voltunk kíváncsiak, hogy a gázelválasztással is működik-e a vízbontás jó hatásfokkal. A mechanikát Zsoltival együtt készítettük el.

A desztillált vízbe KOH-t szórtunk a vezetőképesség beállítására, az elektromos méréseket pedig egy kétsugaras oszcilloszkóp segítségével végeztük. Mind a KOH-t, mind pedig a szkópot István biztosította.

Nagyon köszönjük mindegyikőtöknek a segítséget!

 

Az első két kísérletben transzformátor nélkül vizsgáltuk a vízbontás hatásfokát, az összes többi kísérletnél viszont már a transzformátoron keresztül jutott a jel a terhelésre.

 

 

1. kísérlet

Ennek a kísérletsornak a kezdéseként egyenáramú vízbontást végeztünk. Az eredményeket a következő táblázat mutatja.

Ube
Ibe
Gáz
hFaraday
henerg
4,65 V 
3,10 A 
35,3 ml/p 
99,09 % 
31,32 % 

1. táblázat.

 

 

2. kísérlet

Felmerült a kérdés, hogy vajon mennyire helyes, ha a felvett áramot és feszültséget a vízbontón mérjük, ráadásul ki is vonjuk a vízbontó kapcsain megjelenő impulzusok amplitúdójából a polarizációs feszültség értékét.

Ezért a kérdés eldöntésére a felvett áramot és a feszültséget az impulzus előállító elektronika tápjánál mértük.

Négy lemezt használtunk, melyek között gázszigetelő háló volt. A frekvencia 37 kHz volt.

A mérési eredményeket mutatja a következő táblázat:

Kitöltés
Ube
Ibe
Gáz
hFaraday
henerg
33,0 % 
4,94 V 
0,60 A 
8,2 ml/p 
118,77 % 
35,34 % 
20,0 % 
4,95 V 
0,41 A 
5,5 ml/p 
115,88 % 
34,41 % 
11,0 % 
4,96 V 
0,26 A 
3,3 ml/p 
110,27 % 
32,68 % 
5,8 % 
5,07 V 
0,15 A 
2,6 ml/p 
152,90 % 
44,33 % 
4,0 % 
5,09 V 
0,10 A 
2,6 ml/p 
229,36 % 
66,24 % 
2,8 % 
5,10 V 
0,08 A 
1,9 ml/p 
204,78 % 
59,03 % 

2. táblázat.

 

A kétféle hatásfokot a következő ábrák mutatják.

11. ábra. Energetikai hatásfok

 

12. ábra. Faraday hatásfok

 

Kiértékelés:

 

A további kísérletekben az impulzusokat nem közvetlenül vezettük a vízbontóra, hanem egy saját tekercselésű ferritmagos trafón keresztül.

 

 

3. kísérlet

A kísérlet célja a transzformátor elektromos hatásfokának meghatározása volt. Itt még nem használtunk vízbontót, hanem terhelésként különböző értékű ohmikus ellenállást kötöttünk a trafó kimenetére.

A következőkben bemutatandó mérési eredmény csak "a jéghegy csúcsa", mivel egy teljes hónapot azzal töltöttem, hogy a transzformátort különböző menetszámok, vezetékátmérők és terhelések mellett teszteltem. Nagyon sok idő elment a régi tekercsek leszedésével és újabbak feltekerésével, valamint a különböző hullámformák energetikai mérésével.

Végül is azt kaptuk, hogy az itt található számítási módszerekkel meghatározott menetszámok és vezetékátmérők a legjobbak, azaz egy hónap után oda jutottunk, ahonnét kiindultunk. Mindenesetre meggyőződhettünk, hogy a számítási módszerek helyesek!

A hatásfokok azonban itt is elég siralmasak voltak, bár ez volt a legjobb eredmény. A részletes mérési eredményeket és számításokat hosszadalmas voltuk miatt nem mutatom be, elég, ha csak a végeredménnyel ismerkedünk meg.

Frekvencia
Terhelő ellenállás
0,5 W
0,4 W
0,3 W
0,2 W
0,1 W
910 Hz 
9,82 % 
12,13 % 
15,31 % 
17,03 % 
16,04 % 
1260 Hz 
13,74 % 
13,19 % 
13,71 % 
14,83 % 
12,62 % 
2570 Hz 
27,25 % 
25,11 % 
25,70 % 
21,84 % 
18,69 % 
3070 Hz 
29,07 % 
28,03 % 
27,93 % 
24,02 % 
21,40 % 
4270 Hz 
38,47 % 
33,48 % 
30,35 % 
29,30 % 
21,50 % 
8550 Hz 
32,64 % 
27,59 % 
23,13 % 
18,80 % 
11,14 % 

3. táblázat

 

A 3. táblázat eredményeinek grafikus ábrázolását a következő rajzon láthatjuk.

13. ábra. A transzformátor hatásfoka a terhelő ellenállás és a frekvencia függvényében.

 

Kiértékelés

A transzformátor hatásfoka messze elmaradt a várható 80-85 %-tól. Ennek két oka lehet:

A legjobb hatásfokot 4270 Hz-nél értük el, ami nem véletlen, hiszen 4200 Hz-re méreteztük a transzformátort.

 

 

4. kísérlet

A kísérlet célja a teljes elektronika hatásfokának meghatározása vegyes gerjesztés esetén, a Gratze hidas egyenirányító kimenetén mérve.

A mérések alapján kapott hatásfokokat a következő táblázatban tekinthetjük meg.

Visszacsatolás
Terhelő ellenállás
0,5 W
0,4 W
0,3 W
0,2 W
0,1 W
Nincs 
22,47 % 
19,99 % 
14,40 % 
13,51 % 
7,22 % 
120 menet 
24,01 % 
28,37 % 
24,98 % 
24,35 % 
25,51 % 
240 menet 
6,97 % 
8,21 % 
7,22 % 
6,79 % 
7,28 % 

4. táblázat

 

A 4. táblázat eredményeinek grafikus ábrázolását láthatjuk a 14. ábrán.

14. ábra. A 4. táblázat grafikus ábrázolása

 

Kiértékelés

A 14. ábrán láthatjuk, hogy a maximális hatásfokot a 120 menetes visszacsatolásnál értük el, ott is 0,4 W-os terhelő ellenállás esetén. Ez is megfelel a számítási eredményeknek, mivel a transzformátor elméleti ideális terhelő ellenállása 0,37 W kell legyen.

Azonban az elektronika legjobb hatásfoka még így is csak 28,37 %, egyéb terhelő ellenállások esetén pedig csak 24 % körül mozog.

 

 

5. kísérlet

Miután meghatároztuk, hogy mennyi energiát is veszítünk az elektronikán és a transzformátoron, szerettük volna megtudni, milyen a vízbontás hatásfoka.

Nem alkalmaztunk vegyes gerjesztést, mert az már az első vízbontási próbánál nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket, azaz nem folyt áram a vízbontóban akkor, mikor a feszültség értéke kisebb volt 1,5 V-nál, még akkor sem, ha közben jöttek a polarizáló impulzusok és jelen volt a majdnem 2 V-os polarizációs feszültség.

A jelet a diódákon keresztül vezettük az 5 db elektróda lemezre, a jel frekvenciája 4270 Hz volt, kitöltése pedig 25 %.

Két esetet vizsgáltunk: amikor nem volt visszacsatolás és mikor a visszacsatolás 120 menet volt.

15. ábra. A vízbontón mért feszültség alakja - Visszacsatolás: nincs

 

A 15. ábrán látható, hogy a polarizációs feszültség közel 2 V, a kikapcsoláskor megjelenő impulzus pedig 3,8 V körül van. A kapcsoló impulzusok nem látszanak, mert azt "elfedi" a nála nagyobb értékű polarizációs feszültség, csak a bekapcsolás pillanatában jelenik meg egy rövid idejű tűimpulzus.

 

16. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja - Visszacsatolás: nincs

 

Ez a bekapcsolási tűimpulzus látszik az áram görbéjén is, akárcsak a kikapcsoláskor, de mivel az impulzus áramát az egyenirányító diódák előtt lévő söntön mértük, ezért itt még negatív irányú a visszarúgó áram.

Az áramimpulzusok alakját nézhetjük meg közelebbről a következő ábrán.

17. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja közelebbről - Visszacsatolás: nincs

 

Mikor a negatív visszarúgó jelet visszacsatoltuk a bemenetre, akkor a következő módon változott a feszültség és áram alakja.

18. ábra. A vízbontón mért feszültség alakja - Visszacsatolás: 120 menet

 

Láthatjuk, hogy a polarizációs feszültség 1,3 V körüli értéket vesz fel, éppen hogy látszanak a bekapcsoláskor és a kikapcsoláskor megjelenő nagyon kis amplitúdójú tüskék.

 

19. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja - Visszacsatolás: 120 menet

 

Az áramnál is hiányzik a kikapcsoláskor megjelenő erőteljes negatív irányú tüske, csak egy rövid csillapított rezgés keletkezik. A következő kinagyított képen jobban látszik ez a csillapított rezgés.

19. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja közelebbről - Visszacsatolás: 120 menet

 

A negatív irányú energia tehát visszatáplálódott a trafó bemenetén lévő kondenzátorba, amit a jóval kisebb áramfelvétel is regisztrál.

A mérési és számolási eredményeket mutatja be a következő ábra.

Visszacsatolás
Ube
Ibe
Gáz
hFaraday
henerg
nincs 
5,07 V 
0,14 A 
1,6 ml/p 
100,05 % 
29,01 % 
120 menet 
5,12 V 
0,05 A 
0,6 ml/p 
108,13 % 
31,04 % 

5. táblázat.

 

Kiértékelés

 

 

6. kísérlet

Ennek a kísérletnek az volt a célja, hogy az esetleges rezonanciát elérjük. A 17. ábrán jól látszik a negatív visszarúgó jelnél, hogy az elektronika kapacitív és induktív elemei kb. 5 MHz-en érnék el a rezonanciát. Ez túl magas érték volt a jelenlegi elektronikánál, ezért a hatás vizsgálatára egy olyan frekvenciát kerestünk, ami még előállítható és szinkronban is van a kis amplitúdójú rezgésekkel.

Egy ilyen értéket találtunk 400 kHz környékén. A kitöltési tényező 33 % és 5 lemezes a vízbontó.

20. ábra. A vízbontón mért feszültség alakja - Visszacsatolás: nincs

 

A bekapcsolásnál és a kikapcsolásnál jól látható, hogy a rezgések felerősödtek, a jelalakok pedig jelentősen eltorzultak. Ezt a torzítást a transzformátor viszi be a jelbe, mivel ezen a frekvencián már az általunk használt vasmag nem tudja átvinni a jeleket torzítás nélkül. Emlékezzünk, hogy a trafót 4200 Hz-re méreteztük, itt pedig már ennek a majdnem százszorosán üzemeltetjük. Az általunk használt ferrit mag maximum 100 kHz-ig viszi át torzítatlanul a jeleket.

21. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja - Visszacsatolás: nincs

 

Az áram csillapított rezgésként jelenik meg a söntön. Jól látszik, hogy ha még kb. a tízszeresére növelnénk a jel frekvenciáját, akkor már létrejönne a rezonancia.

Az áram alakját közelebbről a következő ábrán szemlélhetjük meg.

22. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja közelebbről - Visszacsatolás: nincs

 

A mérési eredményeket a következő táblázat mutatja.

Ube
Ibe
Gáz
hFaraday
henerg
5,03 V 
0,19 A 
0,5 ml/p 
20,69 % 
6,05 % 

6. táblázat.

 

Kiértékelés

Ezen a frekvencián a hatásfok már jelentősen leromlott. Ez annak köszönhető, hogy a transzformátor a primer tekercsen megjelenő energiát csak hatalmas veszteségekkel és nagy torzításokkal tudta átvinni a szekunder tekercsre. A vasmag megfelelő kiválasztásával és a menetszámok beállításával ez a veszteség azonban jelentősen csökkenthető.

 

 

7. kísérlet

Ez a kísérlet az 5. kísérlet folytatása. Nem volt egyértelmű, hogy miért ilyen nagyon magas frekvencián (kb. 5 MHz) jönne létre a rezonancia. Ez nem lehetett a vízbontó alkotta kondenzátor és a transzformátor eredő induktivitásának a rezonancia frekvenciája. Ezért egy 0,5 W-os terhelő ellenállást kötöttünk az elektronika kimenetére.

Az ellenálláson mért jel alakját mutatja a következő ábra.

23. ábra. A 0,5 W-os terhelő ellenálláson mért feszültség alakja - Visszacsatolás: nincs

 

Jól látszik, hogy a jel már nem négyszög, hanem fűrészfog alakúvá torzult, a visszarúgó impulzus pedig egy torz csillapított rezgéssé változott. Az általunk keltett jelekre viszont ugyanúgy ráült az a kb. 5 MHz-es jel, amit a vízbontó esetén is tapasztaltunk.

A következő ábrán a söntön mért áram alakja látható.

24. ábra. A 0,5 W-os terhelő ellenállással sorba kötött söntön mért áram alakja - Visszacsatolás: nincs

 

Az áram alakja nagyjából megegyezett a vízbontó esetén tapasztalt jelalakkal.

 

Kiértékelés

 

 

8. kísérlet

A kísérlet célja kisebb kitöltésű impulzusok esetén mérhető hatásfok meghatározása. A jel frekvenciája az 5. és 6. kísérleteknél használt értékű, a kitöltés viszont 20 %. Az első mérésnél a desztillált víz KOH tartalma kevesebb volt, a másodiknál több.

25. ábra. A vízbontón mért feszültség alakja - Visszacsatolás: nincs - KOH: kevesebb

 

A feszültség görbéjén jól látszanak az impulzus bekapcsolásakor és kikapcsolásakor keletkező csillapított rezgések. Érdemes megfigyelni, hogy ennél a kitöltési tényezőnél a visszarúgó jel nem torzult, hanem egy "púp" formájában jelentkezett.

 

26. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja - Visszacsatolás: nincs - KOH: kevesebb

 

Az áram görbéjén is látszanak a be- és kikapcsoláskor keletkező csillapított rezgések.

A következő ábrán ezek a rezgések figyelhetők meg közelebbről.

27. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja közelebbről - Visszacsatolás: nincs - KOH: kevesebb

 

A következő ábrák a több KOH esetén fennálló jelalakokat mutatják.

28. ábra. A vízbontón mért feszültség alakja - Visszacsatolás: nincs - KOH: több

 

29. ábra. A vízbontóval sorba kötött söntön mért áram alakja közelebbről - Visszacsatolás: nincs - KOH: több

 

A mérési eredményeket a következő táblázat tartalmazza.

KOH
Ube
Ibe
Gáz
hFaraday
henerg
kevesebb 
5,12 V 
0,02 A 
0,4 ml/p 
167,55 % 
48,11 % 
több 
5,12 V 
0,02 A 
0,5 ml/p 
208,88 % 
59,97 % 

7. táblázat.

 

Kiértékelés

 

Kapcsolódó kísérletek:

 

 

 

Utolsó frissítés dátuma: 2006 július 11.