Betrouwbaarheid digitale thermometers

Adrie · 14-05-2008 15:17 u

In de loop van mijn brouwcarrière heb ik al heel wat thermometers uitgeprobeerd. De laatste tijd is er een verzameling digitale thermometers ontstaan, maar het bleef een beetje onduidelijk hoe betrouwbaar die dingen nou eigenlijk zijn. Dus heb ik maar een proef gedaan met mijn vier verschillende typen thermometers.

De Thermometers
De volgende thermometers/sensors deden mee:
A. Thermometer UT-100 € 40,95 per stuk
B. LCD-module € 15,51 per stuk
C. Thermometer K102 € 56,40 met twee voelers BB thermotechnik €12,30 per stuk
D. Thermometer met timer en alarm € 19,94 per stuk

Van type D had ik ooit een tweede exemplaar, maar daarvan heeft de voeler het begeven. Deze zijn niet los te koop. Ik ben mijn digitale carrière begonnen met deze twee exemplaren.

De opzet
Sinds de vorige brouwsessie hang ik een eenzijdig waterdicht afgedopte 12 mm buis in het beslag en in de heetwaterketel. Hierin schuif ik de voeler(s) van mijn thermometer(s). Deze heb ik voor de proef ook gebruikt, omdat ik de omstandigheden zoveel mogelijk hetzelfde wilde houden als bij het maischen. De buizen hingen in een pan met water en in elke buis heb ik drie of vier voelers geschoven van de verschillende thermometers. Omdat ik van elk type thermometer twee exemplaren heb (op type D na), hangt in elke buis dezelfde set thermometers.

Ik heb een pan gevuld met koud kraanwater en hierin een groot blok ijs van -20 graden gelegd en deze laten smelten, zodat het water met smeltend ijs 0 graden werd. Daarna heb ik het water opgewarmd tot koken. Af en toe heb ik het vuur uitgezet om de temperatuur te stabiliseren om goed te kunnen aflezen. Zoveel mogelijk heb ik elke 10 graden afgelezen en in het maischtraject (45 - 70 graden) wat vaker.

De resultaten
Het is lastig vergelijken zonder een betrouwbare, geijkte thermometer, dus ik kan alleen de thermometers onderling vergelijken.

Kijken we naar de paren van dezelfde thermometers/voelers, dan valt op dat A (UT-100) onderling het minst afwijkt. De onderlinge, gemiddelde afwijking van A is 0,1 graad, van B 1,0 graad en van C 0,4 graad. Hiermee lijkt A het meest betrouwbaar. OOk bij smeltend ijs en kokend water geeft A de beste meting.

Ervan uitgaande dat de gemiddelde meetwaarde van de twee A's de juiste temperatuur weergeeft, ziet de afwijking bij de verschillende temperaturen van de thermometers/voelers er zo uit:

En ingezoomd op maischtemperaturen:

Zoals gemeld wijken uiteraard A1 en A2 weinig af van het gemiddelde van die twee. B1 en B2 zijn het vaak minder met elkaar eens, maar wijken nooit meer dan 2 graden af van het gemiddelde van A1 en A2. C1 en C2 wijken eveneens minder dan 2 en meestal minder dan 1 graad af van het gemiddelde van A1 en A2. D is het minst betrouwbaar met in het maischtraject een maximale afwijking van 3,5 graad.

A (de UT-100 thermostaat) lijkt het meest betrouwbaar te zijn. B is echter een goedkoop en voldoende betrouwbaar alternatief. Bijkomend voordeel van B is, dat er een sensor met een lang snoer aanzit. C is ongeveer net zo betrouwbaar als B, maar een stuk duurder. Bovendien heb ik gemerkt dat je C wel regelmatig opnieuw moet kalibreren. Je moet naast C dus altijd een goede andere thermometer hebben. Voor gebruik heb ik C niet gekalibreerd, maar zo gelaten als bij de laatste brouwsessie toen ik hem heb gecalibreerd tegen de UT-100. De sensoren van C zijn echter vrij kort (te kort voor mijn installatie). D, tenslotte, is niet betrouwbaar genoeg. En dan te bedenken dat ik hier een paar jaar mee heb gebrouwen. Al wijkt je thermometer dus af, dat hoeft geen belemmering te zijn om lekker bier te brouwen.

Conclusie
Heb je geen thermostaat nodig, dan raad ik B aan. Deze is goedkoop, wordt gevoed door een simpelen penlite batterij (oplaadbaar in mijn geval) en heeft een sensor voorzien van een lang snoer. C is duur en heeft een te korte sensor (al kun je voor C vele verschillende sensoren kopen). D is niet betrouwbaar genoeg en de sensoren gaan vrij snel kapot door vocht. Losse sensoren zijn niet te koop. Wel handig is dat D een timer en een tijd- en temperatuuralarm heeft.
Wat meetbetrouwbaarheid betreft lijkt A superieur. A steek je in het stopcontact en gebruikt dus geen batterijen. Er zit een sensor aan met een lang snoer. A is echter wel vrij prijzig.

Gebruik je een digitale thermometer, dan moet je in het maischtraject rekening houden met een betrouwbaarheid van een graad of twee (los van de mogelijke ongelijkmatige temperatuurverdeling in je maischketel). Om deze reden is het aan te raden om altijd een tweestaps maischschema te gebruiken wil je voldoende sturing hebben op de vergistbaarheid van je wort. Bij een tweestapsschema is het aan te raden om de eerste stap te doen bij 62 graden en niet bij 60. Wijkt je thermometer namelijk 2 graden naar boven af, dan zou je op 58 graden maischen en bij die temperatuur verstijfselt het zetmeel nog niet. Dit betekent dat de eerste stap nauwelijks effectief is bij het omzetten van het zetmeel. Ga je vervolgens naar 70 graden, dan loop je de kans een wort te krijgen met te weinig vergistbare suikers.

EBC · 14-05-2008 15:44 u

Een aanvulling op het onderzoek van Adrie.

Digitale thermometers (zeker van het K-type, zoals Adrie's type C) kunnen een behoorlijke afwijking laten zien, indien de voelerdraad en/of het thermometer huis niet op kamertemperatuur zijn.

Indien de draad langere tijd in de verbrandingsgassen van je brander hangt, of over een warme pan loopt, krijg je een afwijkende meting.
Monteer je het huis van de thermometer boven je maischpan, dan zal het huis gauw een graad of 35 of nog wel hoger worden, ook met afwijking tot gevolg.

Weet dus hoe je meet.

Caspar · 14-05-2008 15:50 u

Nuttig experiment Adrie,

Ik heb nu drie thermometers. Twee kwik-thermometers en een digitale van de Ikea.

Kwik 1: Geeft bij 0 oC een correcte waarde en bij 100 oC 3 oC te koud.
Kwik 2: Geeft bij 0 oC 3 oC te warm en bij 100 oC een correcte waarde.

Digitale Ikea: Gaf 1 oC kouder aan tijdens het maischen dan Kwik 2 en was gelijk aan Kwik 1

Ik weet het dus niet meer

, op zich is Adrie's tip dus wel erg nuttig... misschien ga ik de vorige keer toch maar weer een tweestaps-maisch gebruiken

.

Adrie · 14-05-2008 16:22 u

Citaat van: EBC op 14-05-2008  15:44 uEen aanvulling op het onderzoek van Adrie.

Digitale thermometers (zeker van het K-type, zoals Adrie's type C) kunnen een behoorlijke afwijking laten zien, indien de voelerdraad en/of het thermometer huis niet op kamertemperatuur zijn.

Indien de draad langere tijd in de verbrandingsgassen van je brander hangt, of over een warme pan loopt, krijg je een afwijkende meting.
Monteer je het huis van de thermometer boven je maischpan, dan zal het huis gauw een graad of 35 of nog wel hoger worden, ook met afwijking tot gevolg.

Weet dus hoe je meet.

Kijk, da's een waardevolle aanvulling. Bedankt, Jasper. Die K102 was duidelijk een miskoop. Van dat geld had ik beter mout en hop kunnen kopen.

Henielma · 14-05-2008 18:53 u

Adrie, leuke test. De thermometers A en D heb ik ook en een dergelijke thermometer als C heb ik ook.

De resultaten komen overeen met mijn ervaring. De UT 100 is het meest nauwkeurig. Ik heb ook eens (3 dec 2006) een vergelijking gedaan met de UT 100 en een LM92. De LM92 is een geintegreerd circuit (IC) met temperatuursensor en omzetting naar digitale signalen in 1. Deze gebruik ik in mijn PC gestuurde installatie.

In smeltend ijs dat flink geroerd werd gaf de UT100 0,0 ºC aan en de LM92 0,63 ºC.

In kokend water gaf de UT100 --.- aan omdat deze geen 100 ºC of hoger kan aangeven en de LM92 gaf 99,42 ºC aan. In een tabel.

smeltend ijs Kokend water
A) UT100 0,0 --.-
B) --
C) Voltcraft multimeter 0 96 (Thermocouple sensor)
D) T meter met timer 0 99
E) LM92 0,63 99,42

Ik heb een tijd geleden twee UT 100 meters aan de wand van het gistvat gemaakt met daaroverheen een sponsje. Deze twee UT 100 meters weken maximaal 0,1 ºC van elkaar af in het bereik van 16 .. 22 ºC.

Zoals EBC al aangeeft is de nauwkeurigheid van de thermocouple meters afhankelijk van het constant zijn van de temperatuur van de behuizing. Het thermocouple meet namelijk de verschiltemperatuur tussen de sensor en de meter zelf. Daarom zit er in deze meters een extra absolute sensor die de temperatuur van de aansluiting van de sensordraden meet. Hiermee heb je twee extra onnauwkeurigheden te pakken. Namelijk die van de interne temperatuurmeting en het verschil in temperstuur tussen deze sensor en de aansluitingen van het thermocouple op de meter. Als de meterbehuizing aan het opwarmen of aan het afkoelen is kan de interne sensortemperatuur vaak graden Celsius afwijken van de werkelijke temperatuur van de thermocouple aansluiting.

Ik ben het dus helemaal eens met je conclusie dat de UT100 de beste keus is als je nauwkeurigheid wil. Het is jammer dat de bijbehorende datasheet niet de gespecificeerde nauwkeurigheid aangeeft van de UT100. Maar volgens mij is deze in de praktijk beter dan plusminus 0,5 ºC. De gespecificeerde nauwkeurigheid is eigenlijk een goede vraag voor Conrad.

manly · 14-05-2008 18:58 u

Ik kocht laatst een Brewferm thermometer (met snoer) bij Brouwland.
Ik stak de sonde onder mijn oksel

en wat bleek.
Mijn temperatuur was 38,7°C!

Mijn temperatuur gemeten met een koortstermometer bedroeg 36,4°C
Mijn vorig goedkoper zakmodel eveneens van Brouwland gaf bij dezelfde test 36,7 aan.

Ik stuurde een mail naar Brouwland of ik mijn toestel niet kon omruilen.
Ze antwoorden me dat dit een gekend "probleem" is met de Brewferm toestellen dat deze tot 1°C afwijken.
Daar meer dan 2°C afwijking niet aanvaardbaar leek mocht ik het product omruilen.
Ik ruilde hem voor een professioneel model.
En wat bleek deze heeft een zelfde kleine afwijking net zoals het goedkoopste model.

Conclusie kwalitiet is niet evenredig met de prijs?
Of heb ik gewoon geluk gehad met mijn zakmodel?
Deugen Brewferm thermometers (met hun ontwerp en verpakking uit de jaren 60) wel in het algemeen, daar ze het probleem bij Brouwland zo snel toegeven?

RobinB · 14-05-2008 19:21 u

He das goed nieuws!
Ik gebruik het type B en die week wel wat af van mijn (daarna) ter ziele gegane type D en vroeg me dus af wie er meer gelijk had!

Heb je voor het type B ook het eerste en laatste contactje op het printplaatje met elkaar verbonden? Dan geeft hij iedere seconde de temperatuur (schommelingen) weer ipv om de 10 seconden...

Misschien scheelt dat ook weer in tijdgebonden afwijkingen?

Jacques · 14-05-2008 21:25 u

Dit is een mooi experiment waar we als hobbybrouwers ons voordeel mee kunnen doen.

Goed om te zien dat er op dit moment zoveel geëxperimenteerd wordt!

goom · 30-05-2008 07:22 u

In de procestechniek worden altijd thermokoppels gebruikt om de temperatuur te meten vanwege verschillende redenen. Te weten: nauwkeurigheid, omvang, temperatuursbereik, bediening, kosten, inpassing in de fabriek.
Vanwege het principe van de thermokoppel is deze zeer nauwkeurig in te stellen (0,01 graad Celcius) mits de apparatuur er achter goed ingesteld staat (versterker signaal en omvormer van het signaal).
Bij vloeistof thermometers (zoals kwik en alcohol) is het temepratuursbereik van de thermometer en de gemeten waarde belangrijk. Met name de afkoeling van de vloeistof kolom bij hogere temperaturen (bereik thermometer) geeft een fout aan die rekenkundig te corrigeren is. Dit doen we in de preparatieve organische chemie.

Pieter. · 30-05-2008 10:04 u

Citaat van: manly op 14-05-2008  18:58 uIk kocht laatst een Brewferm thermometer (met snoer) bij Brouwland.
Ik stak de sonde onder mijn oksel en wat bleek.
Mijn temperatuur was 38,7°C!
Mijn temperatuur gemeten met een koortstermometer bedroeg 36,4°C
Mijn vorig goedkoper zakmodel eveneens van Brouwland gaf bij dezelfde test 36,7 aan.

Ik stuurde een mail naar Brouwland of ik mijn toestel niet kon omruilen.
Ze antwoorden me dat dit een gekend "probleem" is met de Brewferm toestellen dat deze tot 1°C afwijken.
Daar meer dan 2°C afwijking niet aanvaardbaar leek mocht ik het product omruilen.
Ik ruilde hem voor een professioneel model.
En wat bleek deze heeft een zelfde kleine afwijking net zoals het goedkoopste model.

Conclusie kwalitiet is niet evenredig met de prijs?
Of heb ik gewoon geluk gehad met mijn zakmodel?
Deugen Brewferm thermometers (met hun ontwerp en verpakking uit de jaren 60) wel in het algemeen, daar ze het probleem bij Brouwland zo snel toegeven?

Ik heb zo'n Brewferm digitale thermometer gehad voor mijn verjaardag, na enkele keren gebruikt te hebben deed hij het al niet meer, als ik hem aan zet geeft hij al 53 graden aan

Batavier · 30-05-2008 17:08 u

Citaat van: Pieter. op 30-05-2008  10:04 uIk heb zo'n Brewferm digitale thermometer gehad voor mijn verjaardag, na enkele keren gebruikt te hebben deed hij het al niet meer, als ik hem aan zet geeft hij al 53 graden aan

Bij mij gebeurde hetzelfde. Er is dan vocht in de sensorhouder gekomen.
In de oven 2 uur 60° en hij doet het weer.

Emile · 30-05-2008 22:09 u

Citaat van: goom op 30-05-2008  07:22 uVanwege het principe van de thermokoppel is deze zeer nauwkeurig in te stellen (0,01 graad Celcius) mits de apparatuur er achter goed ingesteld staat (versterker signaal en omvormer van het signaal).

Oh, oh, en zo komen de misverstanden de wereld in. Een K-type thermokoppel geeft 40 microvolt per graad celsius af. Weet je hoe weinig dat is? 40 miljoenste van een volt! Bij honderd graden is dat dus 4 mV. En dan durf je te beweren dat je deze tot op 0.01 graad nauwkeurig kunt instellen? Mits de apparatuur goed ingesteld staat. Precies! Daar gaat het dus ook om en dus haal je nooit een hoge nauwkeurigheid hiermee.

Waarom ze dan wel in de procesindustrie gebruikt worden? Omdat ze een lange levensduur hebben en hoge temperaturen aankunnen. Maar nauwkeurig? Nee dus.

De LM92 gebruik ik al sinds 1998 in mijn HERMS installatie en het zijn de meest nauwkeurige sensoren die beschikbaar zijn. Als je ze ingiet in giethars, dan heb je nergens problemen mee.

goom · 31-05-2008 08:53 u

Emile,

Uit jouw opmerking begrijp ik dat deze materie niet jouw vakgebied is, dat is op zich niet erg.
Als je er meer vanaf wilt weten ga dan een opleiding procestechniek aangevuld met scheikunde op HTS nivo doen.

JWVG · 31-05-2008 10:26 u

Heren, laten we nou proberen om inhoudelijk te reageren, we hebben al weer genoeg geruzied de afgelopen dagen :P. Een studie-advies is misschien in het dagelijks leven heel nuttig, maar op een forum komt het erg denigrerend over. We zitten hier met een enorme variatie aan achtergrond kennis en praktijkervaring, vrijwel iedereen heeft wel iets nuttigs in te brengen. Bovendien ken je elkaar helemaal niet, en weet je helemaal niet wat voor opleiding jullie gevolgd hebben. Wie weet geeft Emile wel les op een opleiding procestechnologie

. Misschien kan Goom gewoon vertellen waar Emile volgens hem de fout in gaat? Dan probeer ik het allemaal te volgen....

JW.

Henielma · 31-05-2008 10:49 u

Citaat van: Henielma op 14-05-2008  18:53 uZoals EBC al aangeeft is de nauwkeurigheid van de thermocouple meters afhankelijk van het constant zijn van de temperatuur van de behuizing. Het thermocouple meet namelijk de verschiltemperatuur tussen de sensor en de meter zelf. Daarom zit er in deze meters een extra absolute sensor die de temperatuur van de aansluiting van de sensordraden meet. Hiermee heb je twee extra onnauwkeurigheden te pakken. Namelijk die van de interne temperatuurmeting en het verschil in temperatuur tussen deze sensor en de aansluitingen van het thermocouple op de meter. Als de meterbehuizing aan het opwarmen of aan het afkoelen is kan de interne sensortemperatuur vaak graden Celsius afwijken van de werkelijke temperatuur van de thermocouple aansluiting.

Het is goed om inhoudelijk te reageren en niet te schermen met opleiding want voor je het weet trek je aan het kortste eind.

Hierboven nog een deel uit mijn reactie op Adrie's mooie proef. Dit bovenstaande geciteerde deel gaat over meters die gebruik maken van thermokoppels. Hierin wordt inhoudelijk in eenvoudige taal uitgelegd waarom volgens mij thermokoppel meters moeilijker nauwkeurig te maken zijn. Het compenseren van de temperatuur van de thermokoppeldraden heet koudelas compensatie.

Ook de opmerking van Emile dat een thermokoppel erg kleine signalen afgeven is zeker ook een reden dat dit type meters moeilijk nauwkeurig te maken is.

In de industrie wordt inderdaad veel gebruik gemaakt van thermokoppels. Betrouwbaarheid en temperatuurbereik zijn hierbij belangrijke pluspunten. Maar in de industrie zie je ook steeds meer PT100 of PT1000 sensoren. Deze zijn eenvoudiger nauwkeurig te maken mede omdat ze geen koudelas compensatie nodig hebben en omdat ze een groter meetsignaal geven. Een nadeel van deze PT100 sensoren is dat ze niet boven een paar honderd graden kunnen meten. Maar voor een hobbybrouwer is dat niet relevant.

goom · 31-05-2008 23:16 u

Millivolts zijn helemaal geen kleine signalen.
Die zijn prima en uitstekend te meten.
De alles wat betreft electrochemie, worden spanningen vanaf 0,3 mV met gemak gemeten.
Alleen spanningen in de range van 10 micro Volt wordt lastiger.
Dan moet je om de fout te reduceren veel meer meten.
Een voorbeeld om de fout in de meting met 8 te verminderen moet je 64 metingen doen.
8 is dan de wortel van 64.
Tevens worden er in de procesindustrie versterkers gebruikt om signalen over langere afstanden te transporteren.
Met de spanning is dat niet echt noodzakelijk.
Een voorbeeld in een wijktransformatorhuis wordt 380 volt omgezet in 220 volt.
De afstand tot een huis kan dan zeker nog 1 a 2 km bedragen.
In dat huis meet je de spanning die ook ontstand bij de transformator.

Henielma · 31-05-2008 23:57 u

En wat is je beeld bij de invloed op de nauwkeurigheid van de volgens mij benodigde koudelas compensatie in het meetapparaat?
Zoals ik aangeef heb je hiervoor een extra temperatuurmeting nodig die de temperatuur van de contacten van het thermokoppel meet. Dit vergroot de onnauwkeurigheid om twee redenen. Het is moeilijk om de contact temperatuur van de thermokoppel aansluitingen te meten. En je moet hier nog een absolute temperatuurmeting doen met een ander type sensor. Mede hierdoor kan het thermokoppel niet nauwkeuriger meten dan deze in het meetapparaat ingebouwde temperatuursensor. Calibratie van thermokoppels wordt in de praktijk vaak gebruikt om tot een redelijke nauwkeurigheid te komen. Echter als het meetapparaat onderhevig is aan (snel) veranderende temperaturen dan wijken thermokoppelmeetmethodes ondanks calibratie meer af dan bij een constante omgevingstemperatuur van het meetapparaat.

Het principe van oversampeling zoals je aangeeft is mij bekend. Het helpt om de meetnauwkeurigheid op te voeren. Met name ruis en andere stoorsignalen worden hiermee onderdrukt. Ik heb een keer een temperatuurmeting ontworpen die in 1 seconde 4000 maal oversampelde. Dit gaf in combinatie met een gecalibreerde NTC (weerstand met een negatieve temperatuurscoeficient) een nauwkeurig meetrestulaat. Denk daarbij aan een absolute nauwkeurigheid van beter dan 0,1 ºC.

RobinB · 03-06-2008 11:05 u

Citaat van: goom op 31-05-2008  08:53 uUit jouw opmerking begrijp ik dat deze materie niet jouw vakgebied is, dat is op zich niet erg.
Als je er meer vanaf wilt weten ga dan een opleiding procestechniek aangevuld met scheikunde op HTS nivo doen.

Ik denk dat elektrotechniek wel het vakgebied is van Emile, aangezien hij dat hier al aangeeft. Sowieso is het niet verstandig zonder je erin te verdiepen om te stellen dat iemand ergens geen verstand van heeft, laat staan op zo'n "zoek een opleiding" toon!

Ook (ik ben dan geen elektrotechneut) lijk je jezelf tegen te spreken in:

Citaat van: goom op 30-05-2008  07:22 uVanwege het principe van de thermokoppel is deze zeer nauwkeurig in te stellen (0,01 graad Celcius)

bij

Citaat van: goom op 31-05-2008  23:16 uAlleen spanningen in de range van 10 micro Volt wordt lastiger.

als

Citaat van: Emile op 30-05-2008  22:09 uEen K-type thermokoppel geeft 40 microvolt per graad celsius af.

klopt?

0,01 ºC zou dan een verschil van 0,4 uV geven wat dus niet haalbaar/meetbaar is zonder versterking van het signaal/oversampling en andere trucs?
Dáárom minder handig voor de hobbybrouwer als er simpelere oplossingen zijn die ook goed genoeg / beter werken in de praktijk!