霧箱

ペルチェ素子の冷蔵庫はあまり実用的でないので、使った材料で今度は霧箱を作ってみることにしました。　学校で習ったと思いますが霧箱は簡単に言うと、アルコール蒸気を冷却し、そこを通った放射線で発生した霧を観測するものです。

まず冷却能力をアップさせるためにペルチェ素子の8アンペア版を2段重ねにしました。　ACアダプターも強力なものにする必要がありPC用のATX電源ユニットをヤフオクから入手しました。

冷蔵庫に使った回路も利用します。　各部の温度を表示します。　

CPUクーラーは風の吹き出し側にファンを追加しました。　外径を1センチ大きくする事によりヒートパイプの付け根付近に停滞する高温の空気も吸い出す様にしました。

枠組みを作った後に水平を保つのが重要とわかり傾き調整用のネジ部分を追加しました。

霧箱の部分ですが、ダイソーのコレクションケースが最適だというので使ってみました。　底蓋の下からペルチェ素子で冷却します。　底板に静電気を印加するための銅板を貼りスタイロフォームでペルチェ素子の周りを断熱します。

コレクションケースは覗き込む上の部分に射出整形用の凸凹があり中が見にくいので要らなくなったクローズアップレンズを取り付ける事にしました。　箱の上部にフェルトでアルコールを湿らせておく部分を作ります。　コレクションケースの下蓋にはCPUクーラーに取り付けるためのフックをアルミ版を加工して取り付けました。

ケースの上に照明用のLEDを取り付けます。　LEDの排熱がケースの上部に回る様にアルミ板で蓋を作ります。　このアルミ板には静電気も印加します。

静電気は霧箱の中に不要なイオンが入り込み霧の発生が悪くなったときに使うものです。　上の写真の右側が高電圧発生装置で、冷陰極線管用の昇圧回路に倍電圧整流回路を加えたものです。　マイコンなどの動作中に高電圧をかけて良いものかどうかと思いましたが、なんとか動作する様です。　と言っても、それが原因かどうかわかりませんが一度マイコンが壊れました。

写真左上はLEDの明るさ調整用、左下が2個目のファンの速度調整用ボックスです。　温度表示のマイコンでやっていたのですが、壊れる事が有ったので分離しました。　温度表示はしなくても霧箱としては動作します。

これが完成図。　アルコールを入れないで冷却したので、霜がついて白くなっています。

放射線源を入手したいのですが、良くわかりません。

1．自然放射線を見る

2．空気中のラドンを集める

3．ランタンのマントルを購入する

4．ラジウムセラミックボールを購入する

5．放射性の鉱物を購入する

などですが、よくわかららなかったのでとりあえず自然放射線を観察する事にしました。　それでは実際に動作させて見ましょう。

最初感度が悪かったりうまくできていないせいも有って自然放射線ではなかなか軌跡が見られなかったのですが、なんとかたまに見られる様になりました。　これはα線でしょうか。

これはβ線の様ですが、なかなかピントがビシッとくる位置に現れてくれません。　アルコールが過飽和になっている部分はある程度厚みが有ってピントの位置が掴みにくいです。　奇跡はそのわずかな厚みに平行に通ったものにしか現れないし、少しズレると右の部分の様に淡い軌跡になる様です。

奇跡は水蒸気が霧になって落下します。　周辺に広がりながら気流で移動して落ちていく感じです。　肉眼だと立体的に見えるので落ちていく感じが良く見られるんですが。

動画にも撮って見ました。　動画はほとんどやった事がないので撮影も編集もよくわかりませんでした。　なのでちょっと見にくいですが何本か上げて見ます。　（上記は動画からの切り出しです）

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あれ、みんな同じサイズになってしまいますね。　解像度が違うんだろうか、よくわかりません。

少し調整をすると感度が上がったのか自然放射線でも頻繁に観測できる様になりました。　と言うか、自然放射線ってこんなに多いのか。4センチ四方の薄い水平面だけでこんなに放射線を浴びているとすればかなりの量ですね。　これなら放射線源は要らないかな。

まだ

まだペルチェ素子で遊んでいます。　前回まではペルチェ素子1枚を温度コントロールをしながら使用していました。　温度コントロールをするとそのためにいくらか電圧を損することもあり、せいぜい-5℃くらいが限界でした。

今度はペルチェ素子を2段にし、電源もパソコン用の大容量のものを使い直接駆動します。　WEBを検索すると2段目は5Vくらいが良いと書いてあったので、その様にしてみました。

するとどうでしょう、すぐに表面が凍結するくらいの低温になりました。

温度をどうやって測りましょう。　写真は5mmのアルミ版の上にペルチェ素子が乗っています。　最初この構成でアルミ板の横に温度測定用IC（黒い物）を貼り付けて温度を測定していましたが、少し効率が悪いと思いアルミ板を取り去ることにしました。　本当は冷却面の表面にセンサーを付ければ良いのですが、今回の用途にはその位置では邪魔なんです。　ペルチェ素子は2枚の薄いセラミックの板片側が高温、もう一方が低温になります。　写真の黒いICでは大きすぎて温度が測定できません。　でもこのICなら出力電圧が温度に正比例するので使いやすいんですよね。

右側の水色のセンサーは、サーミスターです、これなら小さくてなんとか片側のセラミックの温度だけを測れそうです。　でも、温度特性が非線形なんですよね〜

特定温度の時のサーミスターの抵抗値を求める計算式：

R = R0 * exp(B * (1/t - 1/t0))

だそうです。

t = 温度（絶対温度）

t0 =  基準温度（絶対温度）

R0 = 基準温度の時の抵抗値

B = B定数

こんな感じで回路を組んで電圧を測ると、（下の抵抗がサーミスタ）電圧からサーミスタの抵抗を求めるには：

r_ntsc = (VPOWER * RDIV) / v_ntc - RDIV

r_ntc = サーミスタの抵抗

VPOWER = 電源電圧

RDIV = 分圧用の抵抗

v_ntc = 測定された電圧

サーミスタの電圧をAD変換した値からサーミスタの温度を求めるにjは：

    v_ntc = ad / ADMAX * VREF;                // サーミスタの電圧

    r_ntc = (VPOWER * RDIV) / v_ntc - RDIV;         // サーミスタの抵抗値

    t_ntc = 1.0 / (log(r_ntc / R0) / B_CONST + 1.0 / (K0 + T0)) - K0;   // 温度

となります。

ad = ad変換で得られた値

T0  = 25.0               // 基準温度 ℃

R0 = 10000.0          // 基準温度時の抵抗値　Ω

B_CONST = 3220.0  // B定数

K0 = 273.15            // 絶対零度 -℃

RDIV = 4700.0        // 分圧抵抗　Ω

VPOWER = 5.0        // 電源電圧　V

VREF = 2.048          // AD変換の参照電圧 V

ADMAX = 1024     　// AD変換の最大値+1

B定数というのは使用するサーミスタの仕様書に書いてありますが、今回使用したものは低い方は25℃〜50℃の時の値しか書いてないんですよね。　これでは0℃以下ではかなり誤差が出そうです。　と思って、ググってみるとB定数を計算してくれるサイトがありました。　他のサーミスタに0℃以下の時の抵抗値が書いてあるものがあり、これから外挿してB定数を求めてみました。　すると大体3220と出ましたのでこれを使ってみます。

この計算が正しいのかどうか確かめる方法が無いのですが、いくつか測ってみます。

	備考	温度計	センサーIC	サーミスタ
氷水	0℃	1℃	2.1℃	0.9℃
保冷剤	-18℃		-14.1℃	-17.1℃
ペルチェ素子上			-13.4℃	-22.2℃

氷水はピタッと0℃になるかと思いましたが、コップの中の場所によって結構温度が変わり、なかなか正確には測れませんね。　センサーICとサーミスタではずいぶん値が違います。　保冷剤は保冷剤の謳い文句が-16℃、冷蔵庫の仕様が-18℃で、センサーの上下を保冷剤で挟んで測りました。　ペルチェ素子は挟めないので、片側は断熱材です。　そうなるとセンサーの厚みの部分でも温度勾配ができてしまうので、大きいセンサーICでは不正確になってしまうのかもしれません。　まあ、数℃の誤差はあると考えた方が良さそうですね。

ペルチェ素子の上に2mmくらいの樹脂板を乗せ、その上から温度を測っている図。　電源を入れると1分半くらいで表面が凍結し始めます。

さあ、今度はこれで何を作るんでしょうか。

peltier

昔、学校で実験に使ったペルチェ素子なんていうのがamazonなどで安く売っていたりします。　少し遊んでみようかと購入してみました。

モノはこんな感じです。　使用後なので汚れてしまっています。　どんな物かと言うと、直流電流を流すと片面が温かく、反対側が冷たくなると言う物です。　最近は首周りに当てるクーラーなどにも応用されている様です。

かなりの大電流を流すため、適切に放熱してやらないとすぐに壊れてしまいます。　上の写真は壊してしまったものを剥がしてみたもの。　この様に半導体と導体を交互に直列にくっつけてあります。　この壊したもので12Vで6アンペアくらいの電流が流れます。　普段こんな大電流を扱わないので、他の部品も数個壊してしまいました。

とりあえずこんな感じで両側をヒートシンクで挟み、さらにファンで冷却してやれば良いかなと。　しかし甘かった様です、　Amazonで入手した安いヒートシンクは熱抵抗が結構大きい様であまり熱を吸い上げてくれません。　ファンもヒートシンクに直に付けしても、真ん中あたりに穴が無いため気流が妨げられます。　少し下駄を履かせてみましたがあまり効果はありませんでした。

蟹が入っていた発泡スチロールのボックスに取り付けて温度を測ってみました。　（時間軸の単位を忘れてしまいました、多分1目盛2〜3分でしょう）　赤い線がペルチェ素子の高温側のヒートシンクの中央に付けた温度センサーの値で、52度くらいになっています。　低温側（青線）は15度くらいまでにしかなりません。

う〜ん、これではダメですね。　原因は何でしょう？　断熱が悪いのかも。　Amazonの口コミによるとあまり電流の流れない不良品が有るとか。　電流は5Aくらい流れている様だし、ACアダプターが5Aなのでそれ以上流せないし。　とりあえず秋月電子で8Aまで流せるものを購入してみましたが、状況はあまり変わりません、と言うか、電流が流れすぎでACアダプターがシャットダウンしてしまう。

ああだこうだとやって制御用の回路が完成してきました。　下の基板を上に乗せて2層構造に。　部品を壊してしまったので応急処置が入って回路がごちゃごちゃしています。

さて、新兵器を投入です。　ヒートパイプ付きのCPUクーラーを発熱面に使用してみました。　CPUに接する面は40x40mmのペルチェクーラーには少し小さいのですが、アルミ板を継ぎ足したりして何とか使用できています。　結構安かったので本当に冷えるのか、ヒートパイプとか言ってただの銅の棒ではないのかと不安になりましたが、これがかなりの性能でした。

箱の内側はこんな感じで前と同じ様なものですが、ヒートシンクを触って冷たく感じるものと交換しました。　ヒートシンクはアルミ製ですが、アルミと言ってもいろいろ有る様ですね。

さて今度はどうでしょうか。　時間軸は1目盛（線１本）が2.5分です。　今度は高温側が40度に達しません。　低温側がなんと-2度くらいになっています。　箱の中も余裕で10度以下になっています。　18分くらいで安定したので冷却をやめました。

赤い線が途中から落ちている様に箱の中の設定を10度ではまだ余裕があります。　今の気温で5度近くまでいくと思います。　でもね〜中が空でこれですよ。　零下までいかないし、60Wくらい食っているし。　もう少し断熱に気を使っても大して能率は上がりそうにないし、あまり実用的な用途はなさそうです。

ちょっと遊んでみるつもりが結構大袈裟になってしまいました。　でも制作中に色々と勉強になったし、面白かったので良しとしましょう。

地磁気

前に地磁気の観測をしていると書きましたが、ある程度データがたまったので出してみます。

上のグラフの赤線は1日の磁力の変化を示したもので単位はマイクロニュートンです。　灰色の線は前1週間の平均値です。

下のグラフは磁力線の水平方向の変化角度を表しています。　単位は度です。

上記のグラフは赤線と青線が1週間の平均値で、淡い赤と青は最大値と最少値になっています。　平均を取った日が違うので、一番上の平均とは若干違う波形になっています。

磁気嵐などによる地磁気の変化を観測するためにはもう一桁、0.01μNを観測できないとダメな様ですね。　最初1場上の赤線の凸凹はセンサーのノイズだと思ってこれを抑える努力をしていたのですが、どうやらそうではないみたいで、実際にこの様に変化しているらしい事がわかってきました。　0時〜5時くらいまでがいつもフラットなんですよね。

これは騒音計のグラフです。　最大値と最少値を表していますが、観測が数分に1回なのでたまたま近くを車が通ったときにピークが出てしまいます。　そのせいか最大値はあまり実態を表していませんが、最小値の方は感覚とだいたい合っています。　1日の騒音の変化は下側の包絡線に近いと考えて良さそうです。

うちの場合、騒音のほとんどは車の音と思われますが、ちょうど0時から6時くらいまでが静かなんですよね。　1週間分を眺めてみると、12時近辺が少し静かになるのも見えてきます。　地磁気計の方もやはり0〜5時と昼頃などのノイズが少なくなっています。

なんの事はない、地磁気の変化を測っているつもりが車の往来を測っていた様です。　ただ、毎日大きなうねりが有るのは一致している様で日周期変動は捉えられているんじゃないかと思います。

不思議な事に全磁力が大きくずれる事があるんですよね。　センサーの周りの磁性体は動かさない様に気をつけているんですが。　１番上のグラフが平均値とずれているのは大きくずれてそのままになっているせいです。　どうも上の階の住人がうるさいのは何か重いものでも動かしているのか？

まあ、そんな感じで一体何を観測しているのかわからなくなってきましたが、そのうち何か特徴的な現象でもとらえるんじゃないかと期待しています。

正直じいさん

相変わらず電子工作をして楽しんでいますが、何らかの原因で工具が磁性を帯びてしまうことが有ります。　ネジなどを締める時は都合が良いのですが、部品やその切り屑が工具にくっついてくると邪魔で困ります。

そこで消磁器（脱磁器）を作ってみることにしました。　WEBの情報を参考に最初に作ったのが上の写真。　作ってしまってから写真を撮ったので判りづらいですが、ネオジム磁石のS極とN極が交互になる様に板に貼り付けた後、少しづつ距離が遠くなる様にガイドの板を貼りました。

上から見るとこんな感じ。　上の写真の位置にドライバーを置き、左にスライドさせます。　そうするとS極、N極、S極、N極...と少しづつ磁力が弱まる様にドライバーに作用します。　これで脱磁ができます。　簡単ですね。　で、試してみたところ、ドライバーは脱磁ができたのですが、なぜか鉗子がうまくいきません。　鉗子の形状か、材質か、何か問題がある様です。

そこで、次に作ったのが電磁石で交互に磁界をかける方法です。　ソレノイドの真ん中の空洞に鉗子をを差し込んで、少しづつ引き抜いて脱時します。　最初は磁力線を自動で減衰させる様に考えたのですが、面倒なので止めました。

すべて手持ちの部品で構成したので、ちょっと複雑になってしまいました。　ACアダプターからの電圧を三端子レギュレーターで所定の電圧にし、PICでモータードライバを制御して交互の磁界を発生させました。　ソレノイドは、スピーカーボックスのネットワークで使用していた1mHを2個連結しました。

手持ちのモータードライバはDRV8832で、この構成だとちょっと電流容量が弱い様です。　もう少し電流容量の大きいものか、ソレノイドの巻線を細くして巻き数を増やす様にしたいですが、お金をかけるのも馬鹿らしいので、このままで使用します。

ソレノイドにかかる電圧はこんな感じ。　ドライバの電流容量が低いため、電流制限をかけてやらないとうまく動作しませんでした。　電流を制限したためにPWMで制御されたため上図の様な電圧波形になってしまいました。　これじゃダメじゃん、と言いたいところですが、

電流波形ではこんな感じになります。　0.1Ωの抵抗をソレノイドに直列に入れて計りましたので、電流は約1.4A流れていることになります。　ソレノイドのインダクタンスによって高周波成分が除去される様です。　本当は方形波に近い形で出るはずですが、モータードライバがパルスの立ち上がり時にPWM制御をして少しなだらかにするために立ち上がりが鈍くなっています。　0V（グラフの中心）あたりに段が付いているのはわざとその様にして有ります。（他のドライバの仕様書にそうした方が良いとか書いて有りました）

1秒間に約9回磁界のN極とS極が入れ替わる様になっています。　なので、比較的ゆっくりと磁化してしまった工具を引き抜けば脱磁されるはずです。

これを使って前述の鉗子で試してみました。　結果は大成功。　ちょっと電流が弱いかなと思ったのですが、部品がくっつかない程度には十分に脱磁できました。

天王星食

次は何百年後とか言われると、撮らなければと思ってしまいますね。　でも500mm程度の望遠レンズではなかなか難しいです。　テレコンを入れて1000mmにしようかとも思ったのですが、風も強くなってきたしぶれそうなのでやめました。　幸いな事に今回は玄関のドアを開けて数歩の位置で撮れました。

天王星食寸前。

一部が欠けているはずですが、解像しません。　ミラーレスならAFでもう少しくっきり撮れるんでしょうかね。

翌日ミサゴを撮りに行きました。　ospray（ミサゴ）はよく出たのですが、ミサゴがなかなか出ません。

トビが魚を捕っても。

アオサギが魚を捕っても、

ミサゴは魚を捕れません。　なんて日だ！

この後ミサゴが何度かタッチアンドゴーの様な動きや、完全に水没して数秒後に飛び上がる様な事を繰り返しました。　失敗した後の照れ隠しって事はないでしょうけど。

ミサゴの水浴びは何度か見ましたが、浅瀬で5分とか10分とかかなり長い間淡水／海水に浸かる印象があります。こういう水浴びも有るんでしょうかね。

水を！

昨日はそれほど暑くならないかなと思って、朝から自転車を飛ばしてMFに。　でも着いたら風もなく蒸し暑くて熱中症になりかけました。　通行人もいなくて危ない感じだったので、自転車に乗って日陰を探すことにしましたが、MF近辺には大きな日影がなく結局家に帰ってきてしまいました。　保冷剤を持っていったし、水も有ったので良かったのですが、気をつけないといけませんね。

趣味の電子工作は暇が潰せて良いのですが、そろそろ作りたいものが無くなってきてしまいました。　最近の作品を紹介します。

まずは部品から。　これは何でしょうか？

アルミサッシの隙間を電線を通すものです。

まあ、こんなものはAMAZONでも購入できますが、アンテナ線用だったりするので、電流容量にちょっと不安があり自作することにしました。　2枚の銅板をショートしない様に粘着テープで覆ってあります。　

次は、こんなもの。　ステンレスの針金を平行になる様にゴムで支えたものです。

これで、タンクの水深を測ります。

次に水流を制御するバルブ、ネットを探すと安いのがありました。

分解するとこんな感じ。　弁の駆動部分に水垢がびっしり付いていました。　購入するときに、新品かどうかチェックするのを忘れていて、中古品を買ってしまいました。　一個267円なのでしょうがないか。　内部を掃除して使うことにします。

このバルブを組み合わせてこんなものを作りました。　そう、作っているのは灌水機です。

今まではこんなものを使用していました。　これはタンクに入れた水を単一電池4本でポンプを駆動し、指定時刻に灌水するものです。

こんなノズルが10本付いていて、ネジで水量が調整できる様になっていますが、水量の調整がなかなか難しいです。　どこかを絞れば他が増える様になるので、数日間様子を見て出かけなければなりませんし、出かけてしまえば水量の調整はできません。

そこでこの灌水機のタンクとモーターを利用して、マイコン制御で灌水でできるものを作ろうと言う魂胆です。　電源は電池でも良いのですが、単一電池を頻繁に変えるのもエコでは無いので、ACアダプターを使うことにしました。　そのため電源をアルミサッシの隙間から取る必要が有って前の部品が必要になりました。

水もアルミサッシの隙間から何とかならないかと検討しましたが、ホースの太さでは通らないし、留守中に部屋が水浸しになったりしたらまずいので諦めました。

マイコン部分はこんな感じでシンプルですが、周辺のケーブルやらホースやらはかなりごちゃごちゃした感じです。

ノズルは別の手持ちの物を使おうと思ったのですが、水道の水圧で使用するものなので6Vモーターの水圧では足りなくてうまく水量をコントロールできませんでした。

そこで、分岐をしないで1本で使うバルブ（鉢）は先端に切り込みを入れたホースのみで使用することにしました。　

分岐が必要な部分はこんな感じの散水ノズルを使用しました。　本当は霧状に出るらしいのですが、水圧が弱いとポタポタと出てきます。

水量の調整は比較的しやすくて良いです。

制御用のソフトはこんな感じで、スマホの画面から灌水を指定でき、バルブ毎に水を流す時間を設定できます。　自動灌水にチェックを入れておけば毎日指定時刻に灌水します。

土壌湿度は以前に作った土壌湿度計のデータを使用しています。　スマホの画面は自宅のNASのWEBサーバに繋がっており、灌水のボタンを押すとNASからESP8266で動作する灌水機にWIFIで指示を出してポンプとバルブを操作する様になっています。

これで日本中どこにいても自宅のプランターの乾き具合を見ながら水やりをする事ができる様になりました。　と言っても、春の渡りの時期くらいにしか使うチャンスもないし、大したものを育てているわけでも無いんですけどね。

気がついてよかった

冷蔵庫の中でじゃがいもが目を出したので、プランターに植えてみました。　いつもは植え替えると枯れてしまうのですが、今年は放っておいたら葉が茂って花が咲きました。　あまりに黒いので枯れたと思っていた芽は生きていたんですね。　芋は適当に転がしておいたので新しい芋は地表に出てしまっています。

最近じゃが芋を食べて中毒になったと言うニュースが流れました。　光が当たって青くなった芋は危ないらしいですね、先にニュースで知っていてよかった。　光が当たったのはまた種芋にしよう。

最近電気カミソリの切れ味が悪くなったので上下の替え刃を買おうと思ったのですが、念の為本体の値段もチェックしたところ何と！本体の方が安いじゃ無いですか。　後継機で型番は新しくなっていますが、替え刃は新旧で共通です。　と言うことは最新のものでも替え刃のみより本体（刃を含む）の方が安いんです。　気がついてよかった。

洗剤などでも似た様なことが起こっていて、詰め替え用より容器入りの方が安い事が多々あります。　流通の都合などがあるのでしょうけど、ちょっと何とかならないのかな〜って感じですね。

昨日は涼しかったので曇りでしたが出掛けてみました。　曇りじゃこんな写りになってしまいます。　幼鳥は池まで来てくれないし、ほとんど何も写さず帰りました。

こう言うものを写す時はマクロレンズが欲しくなってしまいますね。　オリンパスには100mmくらいのマクロがないし、そろそろマウントを統一したい気分ですがニコンは手頃な本体を出してくれません。　

4日は夜中に雷の音で目が覚めました。　ログを見てみると盛大にデータが取れていました。　最初、途中で雷が止んだんだと思ったのですが、バッファがオーバーしてデータを取りこぼしていたのでした。　夜間はサーバーを止めているので、その間はマイコン内にデータを保持していますが、その容量にには限りがあります。

データの構造を見直し、何とか1.5倍の5時間ちょっと分を保存できる様に急遽修正しました。

これを見ると1日に3回にわたって雨雲が接近していたのが分かります。

週明けからは少し落ち着いた天気になりそうですね。　そろそろ渡りの鳥が見られ始めるんでしょうか、注意して探したいところですが、暑いので出掛けてもすぐに帰ってきてしまいます。