Thema: Temperaturstabilität kleine Einkreiser

Hallo,
habe mal ein paar Messungen an meinem kleinen Einkreiser gemacht.

Setup:
Boiler: Edelstahl, ca. 200 ml Volumen
Fallrohr (Brühwasser wird oben entnommen und durchquert den boiler von oben nach unten)
Frischwasserspeisung auf 1/3 höhe (von unten)

Bild:Solac siempre crema Boiler 2 small.jpg - KaffeeWiki

Die Brühgruppe ist aus Alu und von unten an den Boiler geschraubt:
Bild:Solac siempre crema Boiler 3 small.jpg - KaffeeWiki

Messung:
Brühtemperatur im Sibeträger mittels Typ-K Thermofühler und Multimeter (Träger kurz vor dem Bezug eingesetzt, Volumen 60ml/30s, gummipuck)

Kesseltemperatur oben: analoges stabthermometer + wärmeleitpaste (anzeige ~ repräsentativ für die temperatur der boilerdecke, habe ich mit dem typ k vorher ausprobiert)

Ergebnisse:
1) Ich bin von der Temperaturstabilität im ST überrascht: liegt ca. bei +/- 1.5°C währen des Bezugs.

2) Bezugstemperatur ist extrem abhängig vom start des bezugs relativ zum heizzyklus

Details kommen gleich

Beste Ergebnisse erzielt man, wenn man direkt nach dem durchheizen den Bezug startet:
(entschuldigt die schlechte qualität - ist leider nur die cam vom handy)

YouTube - bezug_03

und gleich der nächste zyklus:

YouTube - bezug_04

die Heizung ist dabei aus, wärmt aber natürlich noch nach.

gleiche stabilität bietet sich aber auch wenn man längere zeit nach dem heizen den bezug startet.

der heizzyklus dauert (ohne isolierung) ca. 8-10 min.
die heizung schaltet an bei boilerdecke=90°, ab bei 92°, dann folgt ein überschwingen auf 106°.

für die folgenden bezüge habe ich bei angezeigten 96° und 92° (NACH dem überschwingen) gestartet:

YouTube - bezug_01

YouTube - bezug_02

scheint also bis ca. 50-60ml recht stabil zu sein.

die heizung wärmt nicht mehr nach (sollte sich 6 min. nach dem heizen ~ im thermischen gleichgewicht mit dem wasser befinden) -> das kaltwasser vermischt sich nicht gleich mit dem warmen.

Die Temperatur an der Schraube des Boilerüberdruckventils (entspricht dem Wasseraustritt beim brühen, s. Bild 2 oben) beträgt (ohne isolierung)

t kurz bevor die heizung anspringt - nach dem heizen (max werte)
64° - 68° bezug
55° - 62° - 64° no bz
64° - 68° no bz
64° - 68°
---- isolation ---- bezug
58° - 64° - 66° - 68°
68° - 72°
70° - 74°
74° - 74°

isolation: ich habe die brühgruppe in styropor gepackt (nach unten offen zum ST)

die temperaturschichtung im boiler scheint doch erheblich zu sein.
da das brühwasser im fallrohr durch die kalte zone geht erklärt sich auch die niedrige temperatur beim den bezügen 1 und 2.

bei 3 und 4 ist die temperatur wohl höher, weil die situation eher einem durchlauferhitzer gleicht: das fallrohr liegt ja innen in der spirale.


temperaturschichtung:
also bei einem belchtopf auf meiner spüle (wärme fließt auch unten an die spüle ab) habe ich bei ca. 80° eine Temperaturdifferenz von ca 5° bei gleicher höhendifferenz wie im boiler.

ich nehme an, daß die nur kurz und stark laufende heizung zusammen mit dem wärmeverlust über die brühgruppe dazu führt, daß man oben eine sehr heiße warmwasserblase erhält, am unteren ende des boilers aber nicht richtig durchwärmt.

die frage ist nun:
kann man das mit einem pid aufbau, der die heizung ein/aus schaltet beheben? ich würde daran zweifeln, da die heizung ja immer noch kurz aber heftig läuft.

alternativ: die heizung pid gesteuert dimmen. dann könnte der temperaturgradient deutlich geringer ausfallen.

Hallo alexatkn,

danke für die Messungen bzw. die Mühe, die Du Dir im Dienste der Erkenntnis machst! Wenn ich es richtig verstehe, liegen zwischen den Reihen mitten im Überschwinger (3+4) und denen danach (1+2) ca. 15 Grad Differenz in der Brühtemperatur. Weiterhin scheint aber die Schwingung innerhalb eines Bezuges immer nur 2-3 Grad auszumachen, was ja sehr positiv ist. Ähnlich erstaunliche Ergebnisse in Bezug auf die Temperaturstabilität kleiner Einkreiser sind mir schon mal in diesem Review begegnet.

Wenn Du einen PID nur als Zweipunktregler benutzt, kannst Du den Überschwinger nur wenig reduzieren. Ich habe einen Zweipunktregler hier, der sich auf eine minimale Hysterese von 1 Grad einstellen lässt. Problem: Solange die Differenz noch nicht von der Mess-Sonde wahrgenommen wurde, heizt die Heizung Vollgas. Aus der Zeit, die es dauert, bis der Fühler anspricht, kannst Du auf die Dauer der Heizperiode und damit auf die Höhe des Überschwingers schließen.

Beispiel:
Mit dem normalen Bimetallthermostat, welches 10 Grad Hysterese aufweist, hast Du eine Heizdauer von 20 Sekunden und eine Gesamthysterese von 16 Grad (6 Grad Überschwinger).
Nun baust Du Deinen Temperaturfühler ein und schaltest bei 95 Grad die Heizung an. Bis das Display 96 Grad anzeigt, vergehen 5 Sekunden. Dann sollte bei einer Heizdauer von 5 Sekunden Pi mal Daumen eine Gesamthysterese von 4 Grad, also ein Viertel des Vorhergehenden, möglich sein. Wenn Du allerdings Pech hast, bleibt der Überschwinger bei einer Zweipunktregelung immer annähernd gleich, auch wenn die Heizung stark verkürzt läuft. Genau das soll der PID ja mit seinem "Herandimmen" ausmerzen. Ich würde es aber immer erst mal als Zweipunkt versuchen. Du hast ja eine ziemlich flotte K-Sonde, die könnte durchaus auch viel schneller als in meinem Rechenbeispiel ansprechen. Btw.: Wo kauf ich mir so eine schnelle K-Sonde? Conrad, Reichelt u.s.w. - nix gefunden.

Gruß
Georg

Wenn Du schon was kaufst, dann hol dir gleich das kleine Auber PID. das ist günstiger als ein 2-Punkt-Regler. Gute Parameter sind schnell ermittelt und viel besser als jeder 2-Punkt-Regler.

"Schnelle" Typ-K wirst du kaum finden. Typ-K bezieht sich auf die Metallkombination und die ist immer gleich. Es ist aber auch egal, weil die von Haus aus schon sehr schnell reagieren. Selbst ein PT100 ist schnell genug für ein träges System wie eine Espressomaschine.

Ich habe mit der PID gesteuerten Napoletana sehr gute Erfahrungen gemacht und hierüber auch schon berichtet.

Grüssle
Kai

ja, die stabilität beim brühen ist eigentlich ganz ok.
danke für den link auf's review!

sorry, ich meine den pid nicht als 2 punktregler, sondern ich habe mich darauf bezogen daß die auber pid's - wenn ich's recht verstehe die heizung nicht dimmen (läuft konstant nur mit reduzierter leistzung), sondern voll ein oder voll ausschalten, die an/aus zeit aber variieren.

die k-sonde war beim meßgerät mit dabei, welches von obi war (40€ :schäm:, ok, ich war halt ungeduldig und wollte nicht erst im netz bestellen)
bei conrad hab ich entsprechende 'ersatz'sonden gesehen, kosten 5,08€ (Artikel-Nr.: 100586 - 62)

der widerstand ändert sich im Ohm bereich, so daß ich versucht bin das ding doch mal an einen atmel µC zu hängen. wieviel elektronik ist denn (mal abgesehen vom µC) nötig um mit der sonde was zu messen (braucht man irgendwelche gegenmeßstellen o.ä. oder reicht es den spannungsabfall zu messen?)

Wenn Du schon was kaufst, dann hol dir gleich das kleine Auber PID.

wo kaufe ich das denn?
das kann aber doch nur ein/aus über ssr (s. oben) und nicht 5A dimmen - oder?
hat das ggf einen 0-12V steuersignal-ausgang? dann könnte man es mit dem dimmer bausatz (conrad Artikel-Nr.: 190955 - 62 ) kombinieren.

gruß
alex

Also ich würde die Finger von einer Dimmung lassen. Die kurzen Schaltzyklen über ein SSR sind letztendlich auch eine Art Dimmung und ist unschädlich für die Heizung.

Das Auber-PID bekommst Du zusammen mit einem SSR (25 Amp) und ggf einem Typ-K oder einem PT100 direkt von Auber. auberins.com, Your number one source for precision instruments

Mit dem Zoll gehts meistens gut.

Zum Typ-K, der ändert nicht seinen Wiederstand, sondern erzeugt eine Spannung an den 2 Polen welche ausgewertet wird. Ein PT100 bzw PT1000 hat einen auswertbaren Wiederstand.

Grüssle
Kai

Hallo,

ich habe mich darauf bezogen daß die auber pid's - wenn ich's recht verstehe die heizung nicht dimmen (läuft konstant nur mit reduzierter leistzung), sondern voll ein oder voll ausschalten, die an/aus zeit aber variieren.

Ich dachte bis jetzt immer, dass PID-Regler im Millisekundenbereich an/ausschalten können und dadurch doch so etwas wie eine Dimmung erreichen. Indem sie die Heizung z.B. in jeder Sekunde um eine Zehntel Sekunde ausschalten, dimmen sie um 10%. Je näher die Temperatur zum Sollwert hin steigt, desto stärker die Dimmung durch immer mehr Mini-Unterbrechungen. Wenn ein PID sowas nicht kann, was kann er denn dann? Die sogenannte Autotuning-Funktion, die diese Geräte mitbringen, ist ja oft nicht so toll, dass sie den Aufpreis zum normalen Zweipunktregler rechtfertigen würde.

Es ist durchaus möglich, dass ich das falsch verstanden habe - Erklärungen zum Thema Elektrik / Elektronik müssen bei mir kurz und halbwegs verständlich sein, sonst lese ich sie gar nicht. Ist nicht so meine Stärke.

Gruß
Georg

Zum Typ-K, der ändert nicht seinen Wiederstand, sondern erzeugt eine Spannung an den 2 Polen welche ausgewertet wird. Ein PT100 bzw PT1000 hat einen auswertbaren Wiederstand.

ups, ich hab einfach mal den widerstand gemessen. bin halt mehr auf theorie und software und weniger auf messtechnik spezialisiert

Also ich würde die Finger von einer Dimmung lassen. Die kurzen Schaltzyklen über ein SSR sind letztendlich auch eine Art Dimmung und ist unschädlich für die Heizung.

was schadet dem heizelement die dimmung?