[wiregate] Temperaturfühler am Kachelofen

[Hups]

Hallo Leute!

Ich würd gerne am Kachelofen Temperaturfühler anbringen.
1. an den Kacheln (ok bei mir sinds Betonringe...) um die Oberflächentemperatur zu bestimmen.
2. am Rauchrohr um zu registrieren, dass der Ofen in Betrieb ist

Warum:
1. Wie wirkt sich die Kachelofentemperatur auf die Raumtemperaturen aus
2. Vielleicht macht es Sinn Heizkreise dafür auszuschalten oder zu drosseln? Durch den Sensor am Rauchrohr erkenn ich ja wenn er in Betrieb ist.

Oder macht es keinen Sinn, außer man sieht sich gerne Zahlen an?

sg,
Hups

[StefanW]

Hallo Hubert,

Zur grundsätzlichen Sinnhaftigkeit: Sensoren machen immer Sinn - wenn man es nicht brutal übertreibt. Schließlich bekommt nur so der Hausherr an gute Informationen.

Der "Forenstandard" besagt, dass nur Sensoren eingesetzt werden sollen, wenn diese Bestandteil einer Regelung sind. Damit sind technische Regelungen gemeint und das ist zu knapp gedacht. Ein jeder Betreiber einer technischen Anlage benötigt Informationen über den Zustand und die Betriebswerte, um die Funktion und teils auch die Qualität und Effizienz beurteilen zu können. Das mag manchmal drei Jahre lang langweilig sein, weil sich nichts verändert - bis es zu einem Defekt oder einer Funktionseinschränkung kommt. Dann ist der Sensor plötzlich Gold Wert.

Genau deshalb sind in Autos (und natürlich auch Flugzeugen und vielen anderen komplexen technischen Anlagen) mehrere Dutzend Sensoren (Bremsdruck, Reifendruck, Tür- und Fensterüberwachung, Temperaturen, Batteriestand und zig weitere) verbaut, die nicht Bestandteil eines technischen Regelkreises sind, sondern der Information des Besitzers über den Zustand seines Fahrzeuges geben. Es geht um Vermeidung von Auswirkungen bei Nichtbeachtung.

Wer smarte Häuser ohne solche Sensorik baut, der baut ein altes Haus - selbst wenn die Rolladen und Raffstores perfekt mit KNX automatisch gefahren werden. Es geht nicht nur im Komfort, sondern eben auch um eine Zustandsüberwachung.


In Deinem Fall: Wenn Du Wärme mit dem Kachelofen zuführst, wird man sicher andere Heizungen drosseln können. Es ist ein Komfort wenn dies automatisch geschieht. Rauchrohre können sehr viel heißer werden, als die 1-Wire Fühler geeignet sind, also entsprechend Abstand halten.

lg

Stefan

[Hups]

OK, danke für die Info!
In der Betriebsanleitung steht beim DS18B20+, bis 125°C bei Dreileiteranschluß
Das Rauchrohr kann eine Temp. bis 137°C bekommen lt. Hersteller.
An sich gehts mir ja nicht um die genauen Grade bis 137°C... eher darum ob an oder aus. Vielleicht noch um beobachten zu können wie lang hält sich die Wärme am Ofen nach dem "Aus" das, demnach unter einer definierten Temperatur liegt.
Wär zum ausprobieren, ich denk mir, wenn der Fühler knapp neben dem Rauchrohr liegt (Abgang nach oben), würd das für meine Zwecke reichen.
SG,
Hups

[lo4dro]

Ich selbst messe an einem BHKW per 1Wire die Abgastemperatur, dort wird das Abgas allerdings Maximal 80 Grad warm.
In deinem Fall solltest du dich nach PT-1000 bzw. PT-100 umsehen.
Die gibts auch mit Schutzgeflecht > 200 °C.
Vielleicht hilft dir dieser Beitrag weiter.

[Hups]

Danke! =)
Ein interessanter Beitrag!
Bestärkt mich in meiner Meinung einen normalen Anlegefühler fürs Wiregate zu nehmen.
Wie gesagt, das Rauchroh bekommt bei meinem Kamin max. 137°C (steht zumindest beim Ofen in der Montageanleitung) und nachdem er schon ein paar mal in Betrieb war und mir nicht vorkam dass es extrem heiß wird, geh ich einfach davon aus.
btw - ein heißeres Kaminrohr wär ohnehin ein schlechtes Zeugnis für den Ofen. ;o)

[lo4dro]

Bei einer Holzverbrennung kann es immer mal wider passieren, das diese Temperaturen überschritten werden, meistens durch eine Fehlbedienung.
Aber einen 1Wire Anlegefühler zu benutzen, sehe ich auch als sehr unkritisch an.

[derBert]

Vielleicht nur so als Vergleich: Wir haben einen 5kW-Kaminofen neben dessen Rauchrohrdurchführung in der Wand ich etwa 5cm seitlich einen 1Wire-Fühler im Putz liegen habe. Dieser geht ca. 5min nach Anzünden des Kamins sichtbar hoch (ausreichend um es regelungstechnisch eindeutig zu erkennen) und steigt dann über ca. 1 Stunde bis auf üblicherweise 45-60°C an. Wir haben aber bei Extrem-Last auch schonmal 85°C gemessen - wohlgemerkt mit einigen cm Abstand. Ich hätte bei einem 1Wire-Anlegefühler da durchaus Bedenken.

Im Zweifel den Ofen mal 1-2Stunden mit provisorisch angetüdeltem Fühler wirklich auf Volllast betreiben und schauen, wo man direkt am Rauchrohr hinkommt. Mind. 20% Reserve einplanen.

[Hups]

Da es bei mir eh kein großes Problem ist, werd ich den Fühler einfach mal neben das Rohr legen... wenn mir das für meine Zwecke reicht muß ich ihn ja garnicht irgendwie ans Rohr pappen müssen =)
Danke für den Input.
Hups

[Chris M.]

In der Betriebsanleitung steht beim DS18B20+, bis 125°C bei Dreileiteranschluß
Das Rauchrohr kann eine Temp. bis 137°C bekommen lt. Hersteller.
An sich gehts mir ja nicht um die genauen Grade bis 137°C... eher darum ob an oder aus.

Neben dem (Nicht-)Messen einer so hohen Temperatur gibt es noch einen anderen Aspekt: Lebensdauer.

Die Daumenregel bei Elektronik sagt, dass pro 10°C höherer Temperatur die Lebensdauer halbiert wird.

Ich weiß jetzt nicht auswendig welche Lebensdauer bei 125°C angegeben wird. Aber bei 137°C darfst Du nur noch ca. die Hälfte erwarten.
Was real passieren wird (unter der Annahme Du betrachtest ein statistisches Mittel und nicht nur den einen konkreten Fall...) hängt nun vom Lastkollektiv ab. D.h. wenn der Ofen fast immer aus ist und nur sehr selten die 137°C erreicht, wird der Effekt auf die Lebensdauer eher gering sein.

[StefanW]

Es gibt seitens des Herstellers für das Bauteil keine Angabe der MTBF. Es gibt keine mir bekannte Lebensdauereinschränkung für 125 °C, weil das liegt im Bereich für den das Bauteil spezifiziert ist.

Wir haben einige Großkunden, welche unsere Temperaturfühler in Schichtspeichern betreiben (in fünf bis zehn Meter hohen Speichern alle 10 cm). Dort betragen die Wassertemperaturen knapp unter 100 °C, über Jahre hinweg. Wir haben bisher nicht einen Fühler zurück bekommen, wobei die Fühler seit 2010 dort im Einsatz sind.

lg

Stefan

[Chris M.]

Ganz so einfach ist das nicht

Der Hersteller gibt eine Betriebstemperatur bis 125°C an. D.h. ein höherer Betrieb (z.B. bei 137°C) ist bereits außerhalb der Spek. Wenn bei der Temperatur keine "magischen Grenzen" (wie z.B. die Curie Temperatur bei Magneten) überschritten werden, kann man sich einen solchen Betrieb außerhalb der Spek durchaus trauen - man muss halt mit den Konsequenzen leben können, die hier primär eine deutliche Reduzierung der Lebensdauer sind.

Unter http://www.maximintegrated.com/en/re...ct/DS18B20.pdf habe ich auch einen Qualifikationsbericht geunden (wobei ich immer nicht weiß, was der Unterschied zwischen DS18B20 und DS18B20+ ist...). Neben den ausgerechneten MTBF (dort MTTF) von 25120 Jahren wird gezeigt, dass der IC die 125°C für 1000 Stunden im HTOL überstanden hat. (Randnotiz: um neue Kollegen in Verlegenheit zu bringen, lasst die mal nach HTOL Googlen... )

Was stimmt nun? 1000 Stunden oder 25120 Jahre?

Beides! Und gleichzeitig nichts davon!

Der relevante Hinweis steht weiter oben, wo auf den Arrhenius hingewiesen wird. Man muss sich nun für seine Anwendung ein Lastkollektiv (also welche Temperaturen treten zu welchem Anteil auf) überlegen, dann eine Annahme für die Aktivierungsenergie für den Ausfall treffen (Maxim spricht von 0,7 eV, ich verlange immer 0,45 eV...) und damit kann man nun die erwartete Lebensdauer in der konkreten Anwendung ausrechnen.
Wenn man diesen IC nun nur bei 25°C betreibt, wird der 25120 Jahre leben.
Wenn man diesen IC nun bei 125°C betriebt, wird er 1000 Stunden leben.

Die Lebensdauerhalbierung bei 10°C mehr ist ein etwas gröberer Ansatz als der Arrhenius, aber für erste Abschätzungen meist gut brauchbar.

D.h. Du heizt durch, d.h. hast immer 137°C, dann erwarte dass nach 500 Stunden das Ding irgendwann die Grätsche macht.
Du nutzt den Ofen eigentlich nie (= 25°C, eher etwas kälter) und machst den 10x im Jahr für 5 Stunden an (und da dann bei 137°C): da sollte der Sensor 10 Jahre durchhalten.

Noch ein kurzes Wort zur geplanten Obsoleszenz: das hat hiermit nichts zu tun! Bei jedem technischen Gerät muss ich mir vor dem Design eine Ziellebensdauer überlegen und dann die Auslegung so machen, dass diese Lebensdauer erreicht wird. Bei diesem IC sind das wohl 1000 Stunden @ 125 °C. Wenn man mehr will, geht das auch, z.B. mit einem "Hochtemperatur Prozess" bei der IC Herstellung - die aber deutlich mehr kostet. Und den wenigsten was nutzt (z.B. alle die Raumtemperatur messen wollen können mit 1000h @ 125°C wunderbar leben, bedeutet das doch 25120 Jahre @ 25°C).
=> Hierbei handelt es sich um eine Mindestlebensdauer die das Design überstehen muss und die her Hersteller nachzuweisen hat (hier mit 77 + 77 + 45 Stück auch statistisch signifikant).
Eine geplante(!) Obsoleszenz würde dagegen eine Höchstlebensdauer festschreiben die das Design nicht überstehen darf (z.B. Anzahl der Tintennachfüllungen)

[Taxus]

Danke Chris, interessant!

Soweit die Theorie. In der vereinfachten 10K-50%-Überschlagsrechnung spricht die Praxis dann in Stefans Beispiel sehr für die Sensoren: 125 °C vs. 95 °C (also 3 x 10 K) bedeuten demnach bei den dauerhaft knapp unter 100 °C liegenden Meßwerten etwa 8000 h Lebensdauer, also knapp ein Jahr. Die Sensoren sind im genannten Praxisbeispiel aber schon etwa 5 Jahre im Einsatz. Das ist nun einerseits beruhigend, andererseits fehlt zur genaueren Lebensdauerabschätzung offensichtlich noch mindestens ein Parameter.

[Chris M.]

Wenn Du nicht nur die Mindest-Lebensdauer möchtest, sondern die durchschnittliche, so muss diese natürlich bestimmt werden. Da Maxim gezeigt hat, dass bei 1000h@125°C alle überlebt haben, müssten die nun den Versuch so lange durchführen bis alle (oder zumindest ein signifikanter Anteil) gestorben sind. Daraus, ggf. unter Verwendung der Weibull-Verteilung, ließe sich die typische Lebensdauer @125°C bestimmen - und daraus per Arrhenius dann die typische Lebensdauer bei gegebenen Lastkollektiv.

Für Einzelanwendungen ist dieser Aufwand meist zu hoch, da kann man das dadurch abkürzen, dass man die Sensoren um so leichter wechselbar gestaltet, je mehr man zum Extrem kommt
In einem Massenproduktionsumfeld (mehere Mio-Sensoren im Jahr) verlange ich im Beruf aber durchaus, dass im Lebensdauertest nicht nur bis zur spezifizierten Lebensdauer getestet wird (dort muss natürlich 100% überleben), sondern bis die Hälfte der Sensoren ausgefallen sind (nach der vierfachen Lebensdauer darf man auch aufhören...). So sehe ich nicht nur die Schwachstellen im Design (die dann zu beheben sind), sondern kann außerdem z.B. den Raffungsfaktor bestimmen.

[Hups]

Danke für die Ausführung!

Es gibt ja doch einen Sinn dahinter und eine Regel, an die man sich halten kann. =)
Als absoluter Laie kann man sich ja auch vorstellen, dass der Sensor nach einer Toleranzüberschreitung nach oben von xy% einfach den Geist aufgibt, weil irgend ein Plastikteil schmilzt, und er so unbrauchbar wird.

Also für meine Anwendung nochmal:
der Sensor ist absolut geeignet - auch wenn man ihn direkt ans Ofenrohr geben würde, was aber absolut nicht notwendig ist. Kurzzeitige Überschreitung von den angegebenen max. 125° verkürzt zwar die Lebensdauer, führt aber nicht zum sofortigen Funktionsverlust des Sensors.

Ich hab mich auch mal eingelesen, weil mich das "+" interessiert hat.

in der Fußnote des Maxim Datenblatts zum DS18B20 steht folgendes dazu:
"+" Denotes a lead-free package.

wenn jetzt noch jemand weiß was das heißt... =)

sg,
Hups

[Chris M.]

Das ein Plastik-Teil wegschmilzt wäre eine dieser "magischen Temperaturen". Das hat nichts mit Lebensdauer zu tun, sondern mit harter Grenze des Designs.

Der Arrhenius beschreibt im Grund Diffusionsprozesse (und die Formel für chemische Reaktionen sieht auch verdammt ähnlich aus...). Verschiedene Schadensmechanismen haben da unterschiedliche Aktivierungsenergien - daher eben auch der "Streit" welcher Wert jetzt richtig ist (0,45 eV? 0,7 eV?). Auf die Schnelle habe ich mal http://www.micross.com/pdf/Micross_T...eliability.pdf gefunden, wo verschiedene Werte für verschiedene Fehlermechanismen aufgeführt sind.

Der Vollständigkeit halber: es gibt natürlich auch noch ganz andere Fehlermechanismen. Z.B. Thermoschocks. Da kommt man mit Arrhenius nicht weiter, aber dann kann man ja zum Coffin-Manson greifen...

Zu Deiner Anwendung:
Wenn es keine magische Temperatur gibt, die überschritten wird (Vergussmasse in der Hülse?) dann spricht erst mal nichts dagegen so einen Sensor zu verwenden. Sollte er zu oft die Grätsche machen, kannst Du immernoch auf Pt1000 wechseln...
=> Evtl. kann StefanW etwas zur maximal erlaubten "Lager"-Temperaur sagen bis zu der der Sensor stabil ist.
(Dabei beachten: ein betriebener IC hat intern durch unweigerlichen Verluststrom eine höhere s.g. Junktion-Temperatur als extern anliegt. Bei 1wire-Sensoren dürfte das aber nicht sonderlich viel sein, ein paar Kelvin schätze ich mal)