Charakterystyka czestotliwościowa wrzacej wody

[Agrest]

Witam,

Problem jak w temacie: Szukam po necie cały wieczór i nie mogę znaleźć. Będę wdzięczny za jakiś link, jeżeli ktoś to widział.

I druga sprawa: Jak nie znajdę wykresu, to czym to zmierzyć? Jakimś MEMS-owym akcelerometrem, czy po prostu przytknąć do garnka czuły mikrofon? Albo do płyty kuchenki gdzieś z brzegu - nie będzie taka gorąca, a drgania się przecież przenoszą przez stal i szkło. Mikrofon może się okazać za mało czuły. Z kolei MEMS-ów jest na rynku tyle, że nie wiem który byłby lepszy.

PozdrA

[rafal.220]

Czuły mikrofon na pewno coś wychwyci jak również pogłosy i inne zbędne informacje z otoczenia...

W takim przypadku bym się zastanowił nad jakimś wodoszczelnym czujnikiem drgań... (na pewno są takie które wytrzymają temperaturę wrzącej wody...

[pajaczek]

A możesz przybliżyć problem, bo jakoś nie ogarniam co i po co chcesz zmierzyć? Przecież tak (mikrofonem) zarejestrowny stan będzie szumem zależnym od tylu czynników... podejrzewam że: sposobu ogrzewania, kształtu zbiornika, jego zabrudzenia, chropowatości powierzchni, czystości wody, zapewne ciśnienia...

No bo nie chodzi Ci chyba o częstotliwość rezonansową cząsteczki wody? To ok 2.4 GHz

[Agrest]

Bąbelki pary wodnej które tworzą się we wrzątku, nikną pod powierzchnią, lub pękają na powierzchni, wytwarzają dźwięk. Tak jak bąbelki pary za śrubą okrętową (kawitacja) wytwarzają dźwięk który jest głównym źródłem hałasu okrętu. Ale nie chodzi mi o okrętownictwo, tylko o wrzątek, a w szczególności o jego charakterystykę częstotliwościową. Niekoniecznie dokładną. Chciałbym wiedzieć, czy wszystko dzieje się w pasmie akustycznym, czy też w ultradźwiękach i w jakich zakresach. Ta wiedza mi potrzebna żeby wiedzieć czym to zmierzyć i czego szukać, a właściwie co odfiltrować ze zmierzonego sygnału. Chropowatość, ciśnienie i takie tam... nie mają dla mnie większego znaczenia - po prostu będzie wrzało w trochę innej temperaturze i zupełnie mi to nie przeszkadza.

Liczyłem na jakąś sugestię odnośnie wyboru MEMS-a, bo jest mniejszy, lżejszy, IMHO mniej zawodny od mikrofonu. Ale dopóki nie wiadomo dokładnie co taki akcelerometr ma zmierzyć, trudno go dobierać, prawda? Niektóre z nich, jak np. np LIS35DE, mają w kartach katalogowych opis "Aplications: Vibration monitoring and compensation". Ale z kolei jego "system bandwidth" to "output data rate / 2" co daje jedynie 200 Hz Trochę mało jak na "vibration monitoring", nie mówiąc już o detekcji wrzenia wody. Chyba, że źle rozumiem ten "system bandwidth". A w ogóle rozważając garnek wrzątku, poruszamy się w zakresie przyspieszeń czytelnym dla MEMS-owych akcelerometrów?

PozdrA

[000andrzej]

Nie pomogę w szczegółach, bo w tym nie siedzę, ale chciałbym tylko zwrócić uwagę, że sam mikrofon wychwyci tylko pasmo słyszalne i to nie całe. Podejrzewam, że pasmo będzie szersze, a to co słyszymy to tylko szczyt góry lodowej.
Poza tym jeśli nie ma ewidentnych drgań - będzie to szum złożony z różnych częstotliwości, więc histogram wyjdzie w miarę płaski.

[pajaczek]

No nie... akcelerometry (obecnie popularne) się do tego absolutnie nie nadadzą. Można by rozważyć użycie poza dobrym mikrofonem np. przetwornika piezo (trochę wyższe częstotliwości). Wpisałem sobie również w szukajkę jakieś ultrasonic sensor i jest tego trochę (choć bliżej się nie przyglądałem) może coś z tego (oczywiście trzeba by przefiltorwać wszystkie czujniki jedynie wykorzystujące ultradźwięki do innych celów).

[rafal.220]

W takim przypadku można byłoby użyć podobnego mikrofonu, jakim mierzy się hałas (takie mikrofony przetwarzają także ultradźwięki)

Można np. taki mikrofon po przez niewielki wzmacniać z wyjściem liniowym podłączyć do wejścia liniowego odpowiedniej karty dźwiękowej.
Zarejestrowany sygnał otworzyć w postaci wykresu. (np. audacity rejestruje i tworzy taki wykres )
Swojego czasu na adacity po przez wejście liniowe rejestrowałem sygnał z pilota IR

[Agrest]

Chcę zrobić upgrade mojej płyty indukcyjnej o detektor wrzenia. Pytam o charakterystykę wody, bo najpierw będą eksperymenty z wodą. Później przyjdzie czas na mleko i zupę. Ale żebym wiedział jaki zastosować detektor, najpierw muszę wiedzieć jakich drgań szukam. No i cała akcja ma mieć sens nie tylko funkcjonalny, ale też finansowy. To nie może być nic drogiego, wiec specjalistyczne mikrofony odpadają. Chciałem przykleić akcelerometr od spodu płyty między polami grzejnymi. Znalazłem MEMS-a 22 kHz, ale kosztuje 250 zł. Nie zainwestuję tyle w funkcję, która nie wiem czy się sprawdzi. Pajączek, twierdzisz, że akcelerometry się nie nadadzą. Możesz napisać dlaczego? Na warsztatach LabVIEW pracowałem z aplikacją mierzącą drgania małego silniczka z wentylatorem na ośce, w dwóch wymiarach. Zdawało mi się, że czujnikiem pomiarowym był akcelerometr, ale im dłużej próbuję sobie przypomnieć, tym bardziej nie jestem pewien.

A szukając informacji o dźwiękach wydawanych przez bąbelki, natknąłem się na taki opis wrzątku: http://www.concordia.pl/dz/opowiadania/413/okno.htm

[pajaczek]

Pajączek, twierdzisz, że akcelerometry się nie nadadzą. Możesz napisać dlaczego? Na warsztatach LabVIEW pracowałem z aplikacją mierzącą drgania małego silniczka z wentylatorem na ośce, w dwóch wymiarach. Zdawało mi się, że czujnikiem pomiarowym był akcelerometr

Akcelerometr nie sprawdzi się właśnie ze względu na pasmo.
Bardzo możliwe że tam był użyty akcelerometr, tyle że drgania w paśmie akustycznym silniczkowi niewiele zaszkodzą, groźniejsze są drgania o znacznie niższych częstotliwościach. Zresztą chyba żaden silnik na świecie nie zbliża się do takich prędkości obrotowych by była konieczność rejestracji drgań w paśmie akustycznym (już nie mówiąc o wyższych) - owszem silniki, hmm... jak to napisać, wydają... drgania akustyczne, ale te są związane raczej z tarciem niż z wibracjami związanymi z niewspółosiowością np.

[rafal.220]

Zastanawia mnie jedna sprawa... (Z góry zaznaczam iż nie robiłem takich eksperymentów)
Ciekawe jaka jest absorpcja energii przez zimne naczynie, oraz z wrzącą wodą... (teoretycznie, w nagrzanym naczyniu powinny być większe spadki napięć w materiale z którego ono zostało wykonane...
Może warto pomierzyć prąd jaki pobiera urządzenie przy zimnym, oraz przy nagrzanym naczyniu...

Jeśli pojawią się znaczne różnice, to można by było wykonać detektor, który rejestrował by ΔJ w czasie T (znaczne zmniejszenie tego współczynnika oznaczałoby iż temperatura naczynia się ustabilizowała ze względu na wrzenie wody )
Tak jak wspomniałem, nie robiłem tego typu eksperymentów i nie wiem, czy coś z tego wyjdzie....

Prostszą metodą byłoby zastosowanie czujnika podczerwieni ukrytego pod płytą... (wykrywał by promieniowanie emitowane przez naczynie. (przy odpowiednim natężeniu ów emisji rozłączał by zasilanie urządzenia)

[000andrzej]

Wszystko zależy od naczynia, temperatury powietrza i jeszcze innych składników...
A dlaczego nie chcesz mierzyć temperatury?

[rafal.220]

A dlaczego nie chcesz mierzyć temperatury?

To jest płyta indukcyjna, a więc mogą wystąpić zakłócenia pomiaru. (należałoby przeprowadzić odpowiednie testy)

[Agrest]

Autokorekta: wrząca woda wydaje nie dźwięki, tylko szmery.

Pajączek, twierdzisz, że akcelerometry się nie nadadzą. Możesz napisać dlaczego? Na warsztatach LabVIEW pracowałem z aplikacją mierzącą drgania małego silniczka z wentylatorem na ośce, w dwóch wymiarach. Zdawało mi się, że czujnikiem pomiarowym był akcelerometr

Akcelerometr nie sprawdzi się właśnie ze względu na pasmo.
Bardzo możliwe że tam był użyty akcelerometr, tyle że drgania w paśmie akustycznym silniczkowi niewiele zaszkodzą, groźniejsze są drgania o znacznie niższych częstotliwościach. Zresztą chyba żaden silnik na świecie nie zbliża się do takich prędkości obrotowych by była konieczność rejestracji drgań w paśmie akustycznym (już nie mówiąc o wyższych) - owszem silniki, hmm... jak to napisać, wydają... drgania akustyczne, ale te są związane raczej z tarciem niż z wibracjami związanymi z niewspółosiowością np.

Trochę się obwąchałem z tematem i nie zgodzę się z Tobą, jeżeli chodzi o pasmo. Akcelerometr ADXL001 ma pasmo 22 kHz, co wystarczy z dużą nawiązką. Gdzieś na stronach Analog Devices leży opis jak w gitarze akustycznej zastąpili klasyczny pickup właśnie tym akcelerometrem - sprawdził się. Wadą jest jak wspomniałem wcześniej cena. A jak już zahaczyłem o Analog Devices, to mają w ofercie jeszcze 4 analogowe akcelerometry o paśmie 2,5 kHz. Oraz dwa cyfrowe z pasmem 5,5 kHz i 2,2 kHz. Każdy z nich ma wystarczające pasmo, bo potrzebne pasmo wynika z artykułu który linkuję na dole posta.

Co do silników, to nie za bardzo złapałem ideę tego co chcesz przekazać. I choć wiem, że mocno odchodzimy od tematu, to skoro piszesz, że żaden silnik na świecie...
Jako dziecko zaczytywałem się w "Zrób to sam" Adama Słodowego. Używał dwóch silniczków Silma o prędkościach 5 i 5,5 tys. obr/min. Częstotliwości jak najbardziej akustyczne. Silnik mojego samochodu też nie ma najmniejszego problemu z wejściem na takie obroty. Na warsztatach LabVIEW mierzyliśmy właśnie drgania wynikające z niewspółosiowości (po urwaniu jednej łopatki wentylatora), czyli związane z obrotami, czyli jak najbardziej w pasmie akustycznym. A tarcie o którym wspominasz, to akurat wyższe częstotliwości, niż prędkość obrotowa. Niższe mogą być jakieś częstotliwości rezonansowe, tylko co z tego?

Ale nie upieram się, że akcelerometr się w tym zastosowaniu sprawdzi. Problemem dla akcelerometru może być za mała amplituda drgań wrzątku. Układ mechaniczny: [woda / garnek / płyta kuchenki / warstwa kleju / akcelerometr] może mieć za duże tłumienie, żeby akcelerometr mógł w ogóle przeczytać drgania o tak małej amplitudzie. Wtedy rozwiązaniem będzie (mam nadzieję) MEMS-owy mikrofon przyklejony od spodu do płyty kuchenki. Będzie pracował odwrotnie niż "klasycznie", czyli powietrze wokół stoi, a sam mikrofon drga. Ale IMHO trzeba na to patrzeć w takim układzie odniesienia, że powietrze przemieszcza się w stosunku do mikrofonu i nie ma znaczenia który z ośrodków stoi, a który się porusza.

A dlaczego nie chcesz mierzyć temperatury?

A po co mi temperatura? Interesuje mnie wykrycie momentu w którym potrawa zaczyna wrzeć, a nie w jakiej temperaturze to zachodzi. Przecież w innej temperaturze wrą kartofle, kapuśniak, mleko, woda, pierogi... Oprócz tego temperatura wrzenia każdej z tych potraw zależy też od pogody, a konkretnie ciśnienia. Poza tym ciśnienie jest inne u mnie w Szczecinie i inne u Ciebie w Krakowie. A więc urządzenia u mnie i u Ciebie musiałyby być inaczej skalibrowane.

Jeżeli temat kogoś zainteresował, znalazłem w końcu, czego szukałem:
http://bloq.computerworld.pl/wp-content ... zajnik.pdf

PozdrA

[pajaczek]

No dobrze, po kolei.

Autokorekta: wrząca woda wydaje nie dźwięki, tylko szmery.

Szmer to również dźwięk tak jak i zgrzyt, pisk, szum... i wiele innych.

Trochę się obwąchałem z tematem i nie zgodzę się z Tobą, jeżeli chodzi o pasmo. Akcelerometr ADXL001 ma pasmo 22 kHz, co wystarczy z dużą nawiązką. Gdzieś na stronach Analog Devices leży opis jak w gitarze akustycznej zastąpili klasyczny pickup właśnie tym akcelerometrem - sprawdził się. Wadą jest jak wspomniałem wcześniej cena. A jak już zahaczyłem o Analog Devices, to mają w ofercie jeszcze 4 analogowe akcelerometry o paśmie 2,5 kHz. Oraz dwa cyfrowe z pasmem 5,5 kHz i 2,2 kHz. Każdy z nich ma wystarczające pasmo, bo potrzebne pasmo wynika z artykułu który linkuję na dole posta.

Cóż, nie widziałem tego akcelerometru, ale nie zmienia to faktu że: 1) cena (choć spodziewałbym się szczerze wyższej), 2) 22kHz to częstotliwość rezonansowa struktury układu, 3) częstotliwość Nyquista, 4) te zakresy g też wydają się dziwne, ale możliwe że jest to wynikiem właśnie wysokiej częstotliwości.
Być może mógłby się on sprawdzić. Trzeba by poeksperymentować... tylko czy nie taniej wyjdzie tutaj mic ?

I choć wiem, że mocno odchodzimy od tematu, to skoro piszesz, że żaden silnik na świecie... Jako dziecko zaczytywałem się w "Zrób to sam" Adama Słodowego. Używał dwóch silniczków Silma o prędkościach 5 i 5,5 tys. obr/min. Częstotliwości jak najbardziej akustyczne. Silnik mojego samochodu też nie ma najmniejszego problemu z wejściem na takie obroty.

No dobrze... 5500 orb/min ≈ 92 obr/sek, czyli ew. drganie wynikające z "bicia" to circa 92 Hz - i to przy górnych obrotach. Jesteś w stanie to usłyszeć... no to masz dobry słuch, jeszcze. Kiedyś na studiach korzystając z okazji laborki o fali stojącej próbowałem zbadać swój zakres słyszalności... wyszło mi od ok 75 Hz do 17kHz o ile pamiętam. Niestety z wiekiem to się zawęża (ale to już taka dygresja).
Oczywiście... silniki w motocyklach osiągają i 15 tys obr/min ≈ 250 obr/sek, wrzeciona frezarek pow 50tys obr/min. Tak więc generalnie są to już częstotliwości akustyczne, może trochę przesadziłem z tym "żaden".

A tarcie o którym wspominasz, to akurat wyższe częstotliwości, niż prędkość obrotowa. Niższe mogą być jakieś częstotliwości rezonansowe, tylko co z tego?

Ano wyższe, i zwykle (dla przeciętnego użytku) bardziej zbliżone do pasma słyszalnego. A częstotliwości rezonansowe będą raczej w zakresie obrotowych. I faktycznie... nic z tego dla kwestii związanej z tematem.

po co mi temperatura? Interesuje mnie wykrycie momentu w którym potrawa zaczyna wrzeć, a nie w jakiej temperaturze to zachodzi. Przecież w innej temperaturze wrą kartofle, kapuśniak, mleko, woda, pierogi... Oprócz tego temperatura wrzenia każdej z tych potraw zależy też od pogody, a konkretnie ciśnienia.

Równie dobrze można powiedzieć po co Ci częstotliwość wrzenia, Przecież w innej częstotliwości wrą kartofle, kapuśniak, mleko, woda, pierogi... Oprócz tego częstotliwość wrzenia każdej z tych potraw zależy też od pogody, a konkretnie ciśnienia.
Trzeba by więc mierzyć ciśnienie, temperaturę lub częstotliwość, a ponadto ustawiać profil dla konkretnej potrawy (ale to chyba planowałeś gdzieś tam robić - pisałeś coś o tym).

[000andrzej]

Wrócę do częstotliwości. Piszesz, że temperatura nie jest jednoznacznym określeniem wrzenia. Zgodzę się, ale też częstotliwości będą różne dla garnka aluminiowego, ze stali inox, ba nawet jak będziesz miał dno wykonane z innego metalu, poza tym szum z otoczenia, odbicia od ścian pomieszczenia itp...
Nie jestem przeciwny tym eksperymentom, chciałbym tylko zwrócić uwagę na możliwe błędy pomiarów i niejednoznaczne wyniki.

[Agrest]

No to inaczej. Woda będzie początkiem eksperymentów, bo czysta i się nie przypala. Mam intencję przy pomocy FFT wyjąć z widma to, co będzie jednoznacznie wskazywało na początek wrzenia. Po eksperymentach z innymi "mediami" mam nadzieję odkryć w widmie charakterystyczne elementy niezależne od tego czy gotuję kartofle, kapuśniak, mleko, wodę, czy pierogi Zatem od początku jestem zdecydowany badać charakter wibracji garnka, a nie temperaturę. Wydaje mi się to oczywiste, choćby ze względu na wygodę pomiaru. Bo projekt nie jest przeznaczony do laboratorium, tylko dla kucharza. Ale fakt - tego wcześniej nie napisałem.

A czy będę utrzymywał stan lekkiego wrzenia (bez wykipienia) metodą włącz/wyłącz z histerezą, czy będę musiał zaprząc PID, czy jeszcze inaczej, to wyjdzie w praniu. A właściwie w gotowaniu.

Zastanawiam się nad tym, co napisał 000andrzej. Czy widmo pękających bąbelków będzie się różniło w zależności od podgrzewania w różnych garnkach. Różne garnki mogą inaczej tłumić, ale czy wpłyną na częstotliwość? Jak starczy mi determinacji żeby się za to zabrać, sprawdzę.

Póki co to jest pomysł, mam nadzieję ciekawy, który rysuje mi się w głowie w wolnych chwilach. Na konkretne kroki przyjdzie czas jak spadnie śnieg. Bo na razie mam robotę na zewnątrz i chcę zrobić jak najwięcej póki się jeszcze da, przed zimą. Podobno w reszcie kraju już pada, ale w Szczecinie zawsze jest trochę cieplej.

Znad ostatniej herbaty pozdrawiam ciepło wszystkich już zasypanych

Acha - pajączek, jeżeli chodzi o tzw. język potoczny, oczywiście masz rację. Ale z punktu widzenia akustyki szmer to nie jest dźwięk. Przede wszystkim dlatego, że jest nieregularny. Tylko do Wikipedii podchodź ostrożnie, tam już w pierwszym zdaniu do hasła "szmer" są 2 błędy. Ale jak mawiał mój wykładowca - "Wikipedia to nie jest źródło ścisłej wiedzy" i obniżał ocenę za Wikipedię w "Literaturze" referatu.

[rafal.220]

Co do samych czujników drgań, to zastanawia mnie jedna sprawa.
Ciekawe jakby wyglądał pomiar, gdybyś np. płytę indukcyjną zamontował na czterech amortyzatorach, ograniczających tłumienie drgań.
Mając taką konstrukcję, do samej płyty zamocowałbyś magnes neodymowy, a do podstawy kuchenki cewkę. Drgania przenoszone na magnes po przez płytę powinny wyindukować w cewce jakiś ciekawy sygnał... (trzeba tylko tak zaprojektować konstrukcję, aby praca samej płyty nie namieszała w tym wszystkim)

[ECC88]

A jak stoi na jednej płycie więcej garów?
Jeden wrze, drugi prawie, w trzecim bulgoczą sobie flaki; bo tak powinny co nie???

Dlatego myślę że późniejsze sprecyzowanie „widma akustycznego”, z uwzględnieniem wszelkich warunków, jest chyba nie wykonywalne?!?

Może pomiar temperatury 'via Infrarot?

[Agrest]

Słuszna uwaga, dla wielogarowej płyty to trudniejsze zadanie. Drgania w twardej płycie rozchodzą się przecież we wszystkich kierunkach. Może czujnik pod każdym garnkiem i procesor DSP na podstawie amplitudy lub opóźnienia przyporządkowujący konkretne "odgłosy" do konkretnych garnków? Na szczęście nie mam tego zmartwienia, bo moja płyta do eksperymentów jest jednogarowa i obok mleka nie zmieszczą się flaki.