TC-Modus Funktionsprinzip

TC, TemperaturkontrolleIn diesem Beitrag erklÀre ich wie das Dampfen mit Temperaturkontrolle (TC) auf technischer Ebene funktioniert, wie sich Basiswiderstand & TCR auswirken, und warum bei vielen AkkutrÀgern der Verdampfer kalt aufgeschraubt werden muss.


Inhalt

Falls bei den Begriffen im Beitrag Fragezeichen ĂŒber'm Haupthaar aufplöppen: AbkĂŒrzungen & Begriffe

Temperatur & Widerstand

Man kann Temperatur nie direkt messen – es geschieht immer ĂŒber einen Umweg. Das analoge Fieberthermometer bedient sich des Tricks das die Ausdehnung der FlĂŒssigkeit unter WĂ€rmeeinfluss einen bestimmten Faktor hat, so dass mit einem passenden Röhrchen die FlĂŒssigkeit so steigt das die richtige Temperatur dabei abzulesen ist.

So Ă€hnlich funktioniert es auch bei TC, aber natĂŒrlich viel schneller, und auf elektrischem Weg. Es gibt verschiedene Verfahren, doch bei einem Verdampfer bietet sich das Widerstand-basierte Verfahren an, womit der Heizdraht / die Wicklung gleich selber zum TemperaturfĂŒhler wird.

Widerstand-basiert“ bedeutet das der AkkutrĂ€ger die Eigenschaft einiger Metalllegierungen ausnutzt, die ihren elektrischen Widerstand (Ohm) verĂ€ndern, wenn sich ihre Temperatur verĂ€ndert.

Ein Wicklungsdraht im Verdampfer könnte beispielsweise bei 20°C einen Widerstand von 1 Ohm haben, und bei 200°C einen Widerstand von 1,5 Ohm erreichen. Tolle Sache, denn nun kann der AkkutrĂ€ger eine elektrische GrĂ¶ĂŸe messen, die etwas mit der Temperatur des Drahtes zu tun hat! 🙂

Damit kann der AkkutrĂ€ger nun wiederum die Watt-Leistung so steuern das ein bestimmter Ziel-Widerstand (also Temperatur) wĂ€hrend des Zugs gehalten wird. Liegt der Wicklungswiderstand ĂŒber dem Ziel-Widerstand, so verringert der AkkutrĂ€ger die Watt-Leistung, und er erhöht die Leistung, wenn der Widerstand unter dem Ziel-Widerstand liegt. Blitzschnell, viele male in der Sekunde. FĂŒr eine TC-Regelung ist es ein stĂ€ndiger Tanz um den Ziel-Widerstand herum, um möglichst nah bei ihm zu bleiben, und somit möglichst exakt die gewĂŒnschte Temperatur einzuhalten.

TCR

Es wĂ€re nicht schlecht wenn der AkkutrĂ€ger nun noch wĂŒĂŸte welcher Widerstand welcher Temperatur entspricht, damit die Temperaturanzeige im Display korrekt angezeigt werden kann.

Weil sich jedes Metall bei ErwĂ€rmung anders verhĂ€lt, muss man irgendwie beschreiben WIE es sich konkret verhĂ€lt, damit der AkkutrĂ€ger weiß was Sache ist, und eine konkrete Temperatur errechnen / anzeigen kann.

Die Beziehung von Widerstand & Temperatur wird mit dem „TCR“-Wert ausgedrĂŒckt. Mit dem TCR-Wert kann der AkkutrĂ€ger einen linearen Anstieg des Widerstands in Bezug zum Anstieg der Temperatur berechnen.

Randnotiz: Metalle Ă€ndern ihren Widerstand nicht linear zur ErwĂ€rmung, sondern in einem mehr oder minder ungleichmĂ€ĂŸigen Kurvenverlauf. Ein AkkutrĂ€ger der mit einem fixen TCR-Wert arbeitet wird daher immer mehr oder minder neben der tatsĂ€chlichen Temperatur liegen, was in der Praxis aber ĂŒberhaupt kein Problem darstellt, da wir keine sterbenskranken Fieberpatienten messen wollen, sondern nur reproduzierbare Dampf-Ergebnisse von Zug zu Zug benötigen. Wer es trotzdem genauer haben möchte nimmt einen AkkutrĂ€ger mit DNA-Chip. Die arbeiten nicht mit einem einzelnen TCR-Wert, sondern mit TR-Kurven, also quasi Tabellen, mit mehreren Temperatur-Widerstand-Bezugspunkten.

Guckst du: Vaping-Tools. 🙂

Kennt man also den TCR-Wert eines Wicklungsdrahtes (Drahtsorten-Überblick: TCR), so kann man diesen Wert im AkkutrĂ€ger eingeben, und bekommt damit eine halbwegs genaue Temperatureinstellung. Denn mit Hilfe des TCR-Wertes kann der AkkutrĂ€ger ermitteln um wieviel der Wicklungswiderstand pro 1°C steigen wird.

Formel:

TCR * Temperaturerhöhung = Widerstandserhöhung

Beispiel, die Temperatur soll um 200°C steigen – um wieviel wird der Widerstand steigen?:

0.00105 TCR * 200 °C = 0,21 Ohm Widerstandserhöhung

Diese Rechnung ist noch unvollstÀndig, weil man noch den konkreten Widerstand den die Wicklung mitbringt einbeziehen muss:

Wicklungswiderstand * TCR * Temperaturerhöhung = Widerstandserhöhung

Beispiel, die Wicklung hat 0,5 Ohm, nun rattert der Rechenschieber im AkkutrÀger wie folgt:

0.5 * 0.00105 * 200 = 0,11 Ohm Widerstandserhöhung

Zu der nun bekannten Widerstandserhöhung braucht der AkkutrĂ€ger nur noch den Wicklungswiderstand von 0,5 Ohm zu addieren, und dann weiß er wie hoch der finale Zielwiderstand sein muss, damit die Wicklung eine Temperaturerhöhung von 200°C erreicht. Wird ausgeschrieben lang, ich schreib’s mal untereinander:

Wicklungswiderstand
* TCR
* Temperaturerhöhung
+ Wicklungswiderstand
= Zielwiderstand

In unserem Beispiel:

0.5 * 0.00105 * 200 + 0,5 = 0,61 Ohm Zielwiderstand

Die Rechnung ist schon fast richtig, aber eines fehlt noch:

Basiswiderstand & Temperatur

Schraubt man den Verdampfer auf den AkkutrÀger misst er den Wicklungswiderstand, und speichert diesen Referenzpunkt als sogenannten Basiswiderstand ab.

Wir bleiben bei dem Beispiel der obigen Wicklung mit 0,5 Ohm, die 200°C Temperatur erreichen soll.

„Tolle Info“, denkt sich der AkkutrĂ€ger, wenn er mit einem TCR-Wert gefĂŒttert wird. Ihm fehlt aber noch etwas entscheidendes – ein realer Temperatur-Ausgangspunkt. Denn bislang geht obige Rechnung von 0°C „Starttemperatur“ aus. Die 0,11 Ohm Widerstandserhöhung reprĂ€sentieren „von 0°C auf 200°C aufheizen“. In der Regel will man aber nicht von 0°C auf 200°C heizen, weil man sich in einer Umgebung befindet die wĂ€rmer als 0°C ist, beispielsweise am Strand von Hawaii. 😉

Wenn der AkkutrĂ€ger also 0,5 Ohm als Basiswiderstand fĂŒr die Wicklung misst, und dabei davon ausginge das die 0,5 Ohm fĂŒr 0°C gelten, dann wĂŒrde die TCR-Rechnung nicht aufgehen, denn eine Wicklung die bei 0°C Temperatur einen Widerstand von 0,5 Ohm hat, besitzt bei Raumtemperatur einen höheren Widerstand…

Schau in die Dampfer-Tools. 🙂

Damit also die TCR-Rechnung am Ende tatsĂ€chlich stimmt, muss nicht nur der Widerstand der Wicklung gemessen werden, sondern auch die aktuelle Temperatur der Wicklung bekannt sein. Henne-Ei-Problem! Da die Wicklung selbst der TemperaturfĂŒhler ist kann sie ohne einen vorhandenen Bezugspunkt keine absolute Temperaturmessung ihrer selbst machen. Sie ist quasi völlig ungeeicht.
Daher 
geht man behelfsmĂ€ĂŸig von 20°C Raumtemperatur aus, also das die Messung des Basiswiderstands bei 20°C stattfindet.

Der AkkutrĂ€ger weiß nun also welchen Widerstand die Wicklung bei 20°C hat – in unserem Beispiel sind es 0,5 Ohm. Und damit die Temperatur im Display korrekt ist wird die Raumtemperatur in der TCR-Rechnung davon abgezogen.

Formel:

Gemessener Basiswiderstand
* TCR
* (Eingestellte Temperatur - Raumtemperatur)
= Benötigte Widerstandserhöhung

Beispiel:

0.5 * 0.00105 * (200 - 20) = 0,095 Ohm Widerstandserhöhung

Finale Formel, damit er weiß auf welchen Zielwiderstand er konkret hinregeln muss:

Gemessener Basiswiderstand
* TCR 
* (Eingestellte Temperatur - Raumtemperatur)
+ Gemessener Basiswiderstand 
= Zielwiderstand

Beispiel:

0.5 * 0.00105 * (200 - 20) + 0.5 = 0,595 Ohm Zielwiderstand

Ohne BerĂŒcksichtigung der Raumtemperatur hatte der AkkutrĂ€ger einen Zielwiderstand von 0,61 ermittelt, und hĂ€tte damit eine höhere Temperatur erzeugt als im Display eingestellt wurde.

Es kann einem drĂ€uen das durch die ungenaue Definition „Raumtemperatur“ die Temperatur im Verdampfer nie so ganz genau der im AkkutrĂ€ger eingestellten entsprechen wird, weil man selten genau 20°C Raumtemperatur hat. Zudem könnten asiatische Hersteller unter „Raumtemperatur“ etwas anderes verstehen, zB 30°C, bei Herstellern aus Dubai 45°C, und bei russischen Modellen dĂŒrften es wohl -10°C sein. 😉 

Schlaue AkkutrĂ€ger nehmen einen zweiten Temperatursensor zu Hilfe, der in der Regel in der Elektronik sowieso vorhanden ist, um diese vor Überhitzung zu schĂŒtzen. Wenn dann mindestens 10 Minuten (oder lĂ€nger, je nach Modell) nicht gefeuert wurde, geht der AkkutrĂ€ger davon aus das die gesamte Dampfe soweit abgekĂŒhlt ist das Board-Elektronik und Wicklung die gleiche Temperatur haben mĂŒssten – Raumtemperatur. Dann wird der Basiswiderstand des Verdampfers noch mal gemessen, und die aktuelle Temperatur dazu in Bezug gesetzt, womit die PrĂ€zision der angezeigten Temperatur deutlich steigen kann.
In meinen Tests von AkkutrĂ€gern und All-In-One GerĂ€ten teste ich ob das GerĂ€t so schlau ist, sofern es ĂŒber TC oder DHP verfĂŒgt.

Nur coole Verdampfer, bitte

Wir wissen nun also das der AkkutrÀger den gemessenen Basiswiderstand in Bezug zu einer Temperatur setzt, der Raumtemperatur.

Aus diesem Grund muss ein AkkutrĂ€ger erwarten dĂŒrfen das ihm der Anwender einen wirklich coolen Verdampfer aufs Haupt schraubt. 😉 Ist der Verdampfer (die Wicklung) hingegen nicht auf Raumtemperatur abgekĂŒhlt, dann kann die TCR-Rechnung nicht aufgehen, und somit wird auch die eingestellte Temperatur im Display nicht stimmen.

Beispiel:

Nehmen wir an der Verdampfer ist noch warm, und unsere 0,5 Ohm Beispielwicklung hat beim Einmessen des Basiswiderstand noch 80°C Temperatur, liegt also 60°C ĂŒber der Raumtemperatur. Dann ist der Wicklungswiderstand:

0.5*0.00105*(80-20) + 0.5= 0,532 Ohm

Der AkkutrĂ€ger misst nun die „80°C warmen 0,532 Ohm“ fĂ€lschlicherweise als „20°C Basiswiderstand“ ein, und bekommt zwangslĂ€ufig ein falsches Ergebnis:

0.532 * 0.00105 * (200 - 20) + 0.532 = 0,633 Ohm Zielwiderstand

Die Regelung wird somit nicht auf die korrekten 0,595 Ohm hinregeln, sondern um (0.633 – 0.595) = 0.038 Ohm zu hoch. Und damit wird logischerweise auch die Temperatur höher sein als man sie eingestellt hat, um 72,5°C höher:

(-0.5 + 0.632548) / (0.5 * 0.00105) + 20 = 272,5°C Wicklungstemperatur

Die Wicklung ĂŒberhitzt, und das wird nicht mehr schmecken.

Brauchst du: Dampfer Tools

Mal weniger drastisch, nehmen wir an der Verdampfer ist fast ganz abgekĂŒhlt. Bei 30°C Wicklungstemperatur, also nur 10°C ĂŒber Raumtemperatur, wird der Basiswiderstand eingemessen:

Der Wicklungswiderstand bei 30°C ist:

0.5*0.00105*(30-20)+0.5 = 0.50525 Ω

Wieder mit 200°C dampfen wollen, Zielwiderstand:

0.50525*0.00105*(200 - 20)+0.50525 = 0.601 Ω

Dampft real mit:

(-0.5+0.601)/(0.5*0.00105)+20 = 212°C

12°C drĂŒber, das merkt man im Geschmack meist schon sehr deutlich.

Fazit

Ich hoffe der Beitrag war nicht zu trocken und konnte die ZusammenhÀnge wie TC funktioniert deutlich(er) machen.

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