Hőmérséklet korlátozós készülékek, avagy a TC

Az állítható teljesítményű készülékek után két évvel megjelent a hőmérséklet korlátozós mod készülék is, aminél immár nem csak azt határozhattuk meg, mennyire hamar fűtsön fel az a masina, hanem megszabhatjuk, mi legyen az a maximális hőmérséklet, amit a fűtőszálunk elérhet. Ehhez azonban minden pillanatban tudnunk kell, hány fokos is a fűtőszál. Ezzel a technológiával elkerülhető a vatta megégetése (215C^o avagy 420F felett kezdődik) és a száraz slukk jelenség, azaz a dry hit, ezzel együtt pedig a formaldehid (260C^o felett) vagy az akrolein (245C^o felett) képződése is . De vajon hogyan tudjuk ezt gőzölés közben mérni?

Az egyik módszer az lenne, hogy a kazánba beteszünk egy mérőszondát, ami folyamatosan közli a mod elektronikájával a pillanatnyi hőmérsékletet, így a mod tudja, hogy mikor kell beavatkoznia és hogyan. Sajnos ehhez az 510 csatlakozó nem elegendő, mert csak két pólusa van. A szenzornak is szüksége lenne még kettőre ehhez a mutatványhoz. Ehelyett a furfangos jenki fiúk az Evolv cégnél azt találták ki, hogy legyen maga a fűtőszál a szenzor!

Az ötlet nem hangzik rosszul, hiszen különböző fémekkel régóta mérünk hőmérsékletet. A fémek esetén hőmérséklet-emelkedés hatására a villamos ellenállásuk is megnő,  természetesen ez minden fémnél más és más mértékben jelentkezik (lásd lejjebb, TCR). Ezt a jelenséget kihasználva villamos műszerekkel mérhetővé válik a hőmérséklet.

A kanthal (FeCrAl) és a nikróm (NiCr) olyan speciális ötvözetek, amiket úgy terveztek, hogy hőmérséklet ingadozás esetén se változzon az ellenállásuk. Eredetileg tekercselt ellenállások készítésére szánták őket és egy áramkörben nagyon fontos, hogy az alkatrészek értékei állandók legyenek. A kanthal és a nikróm mindössze 2-3%-os ellenállás-változást mutat 100C foknyi hőmérséklet növekedés esetén, ami a készülékeinkkel jóformán alig mérhető változás. Emiatt ezekkel a huzalokkal nem lehet TC módban gőzölni! (akkor sem, ha  a gyártó azt füllenti)

Ezzel szemben a nikkel ellenállása 100 fokos hőmérséklet emelkedés esetén 62-64%-kal növekszik.
Tehát ha van egy olyan nikkel huzaldarabom, ami 20C fokon 0.1 ohm ellenállású, az 120C fokon 0.162 Ohm lesz, 220 fokon pedig 0.224 Ohm. Ez már mérhető különbség, hiszen az ellenállás majdnem a kétszeresére nő, mire eléri az üzemi hőfok környékét.

Azt, hogy milyen anyagú huzal kb. mennyi ellenállás-növekedést mutat egységnyi hőmérséklet változás esetén, a TCR nevű mérőszám (Temperature Coefficient of Resistance, azaz az ellenállás hőmérsékletfüggési együtthatója) mutatja meg.

Az Evolv koncepciója az, hogy ha nikkelhuzalból készítünk fűtőszálat, akkor a melegedés hatására bekövetkező ellenállás-növekedésből kiszámítható, hány fokos a fűtőszálunk. Mivel az elektronikus mod készülékek eleve tudnak ellenállást mérni, annyi módosítást kellett csupán eszközölni, hogy ne csak a tűzgomb lenyomásakor egy alkalommal, hanem izzítás közben folyamatosan mérje a porlasztó ellenállását az elektronika.

Ha ismerjük a huzal viselkedését, azaz tudjuk, hogy mennyit fog változni az ellenállása egységnyi hőmérséklet növekedés hatására (ismerjük a TCR-jét), valamint van egy referenciánk is (ismerjük az ellenállását szobahőmérsékleten), a későbbiekben jó közelítéssel meg tudjuk mondani, mikor hány fokos. Ha pedig elérte a beállított hőmérsékletet, onnantól az elektronika végzi a teljesítmény automatikus állítgatását, hogy azt állandó értéken tartsa . Ez a temp control, azaz a TC.

 

 

A legtöbb ilyen készüléken a teljesítményt is állítani lehet a hőmérséklettel együtt, ami újabb kérdést vet fel: hová állítsuk a teljesítményt? Nos, TC-s készülék esetén minden rendben, amíg a teljesítmény magasabb, mint a huzal felfűtéséhez szükséges.
Ha van a kazánunkban egy jókora tekerés, ami ránézésre 35W-ot elkérne és mi csak 20W-ot adunk rá, a hőmérséklet sosem éri el  a beállított értéket és a korlátozás sem kapcsol be, azaz a TC értelmét veszti.
Ez némi rutint vagy némi próbálkozást igényel, hiszen meg kell tudnunk saccolni a szükséges teljesítményt a huzal vastagságát és a menetek számát figyelembe véve.

Több készülék esetén ki van iktatva a felfűtési teljesítmény állítása TC módban, pl. az iStick 40W maximális teljesítménnyel kezd fűteni és onnan szabályoz le később a  hőmérséklet függvényében, ezért a slukk elején, amíg a szabályozó be nem avatkozik, érezhetően melegebb a gőz, mint később.

Minden készülék esetén kritikus fontosságú, hogy a “hideg” referencia ellenállást (~20C^o) ismerje, mert ebből számít mindent. Ha a kazánt meleg vagy langyos állapotban tesszük fel és olvastatunk a készülékkel kezdő ellenállást, a TC nem lesz pontos és túlfűt!

A legelterjedtebb módszer a nikkelhuzalos fűtőszál, hiszen az eredeti Evolv terv is erre épít. Van azonban pár alternatíva is, amit egyes készülékek már tudnak kezelni. Ilyen pl. a titánhuzal, ami a nikkelhez hasonlóan változtatja az ellenállását, bár más mértékben, hiszen más a hőmérsékleti együtthatója. Ezért az olyan készülékek esetén, amik többféle huzalt tudnak kezelni egy menüben kell eszközölnünk a váltást az üzemmódok között.
Egyre több az olyan mod készülék, ahol a hőmérsékleti együtthatót a felhasználó módosíthatja, ezzel bármilyen huzal kezelésére alkalmassá teheti a készülékét. Ezen modok esetén kézzel kell megadni a korábban említett TCR értéket, pl. a Dicodes Dani V2 esetén a nikkelhuzalhoz 620 érték, titánhuzalhoz 350 érték tartozik (lásd a táblázatot fentebb). Az ilyen készülékek zömével a rozsdamentes acélhuzal is használható (~105 értéken), hiszen az is növekvő ellenállással reagál a hevítésre, bár a hőmérsékleti együtthatója nem olyan magas, ezért sok régebbi készülék nem tudja kezelni.

A különböző huzalok más és más tulajdonságúak, már ami a megmunkálhatóságukat illeti. A nikkel lágy fém, ezért a belőle készült huzal is lágyabb, mint a kanthal vagy a nikróm. Az ellenállása nagyságrendekkel alacsonyabb, 10 menet hézagosan sem több 0.15 Ohmnál, ezért a nikkellel készült fűtőszálakat csak és kizárólag olyan készülékeken szabad használni, amik TC funkcióval el vannak látva, mert ezeknek az elektronikája fel van készítve az ilyen extrém alacsony ellenállásokra!
A nikkel tekerésénél ügyelni kell, hogy a menetek nem érhetnek egymáshoz, mert a kanthallal ellentétben nem lehet izzítani vagy leoxidálni és az egymáshoz érő menetek zárlatot okozhatnak! A legegyszerűbb módszer az, ha a huzalt egy M2.5 vagy M3 menetű acélcsavarra tekerjük a meneteket szamárvezetőnek használva, majd pedig a kazánban történő rögzítés után a menet segítségével egyszerűen kicsavarjuk a tekercsből. Vattázni is óvatosan kell, mert a lágy menetek könnyen eldeformálódhatnak!
A Ni200 huzalt száraz izzítással tisztítani sem lehet (rákkeltő anyagok szabadulhatnak fel 350C^o felett!), emiatt minden elhasználódott fűtőszálat cserélni kell.

A titán esetén a huzal igen rugalmas, szinte rugóként viselkedik, így célszerű kisebb magra tekerni, mint amekkorára terveztük a tekercset. Ha pl. 2.5 mm-es magmérettel tervezünk, 2 mm-es magra dolgozzunk és plusz egy menettel többet tekerjünk fel, az utolsót úgyis “visszarúgja”. A huzalt feszesen kell tartani tekerés közben, tehát nehezebben megmunkálható, de a nikkelnél ridegebb, kevésbé deformálódó tekercs lesz a végeredmény, így a vattázás művelete egyszerűbb vele. Az ellenállása is barátibb, mint a nikkelé.
A titánt nem muszáj hézagosra  tekerni, microcoil is készíthető belőle, valamint nagyon alacsony teljesítményen (4-5W) nagyon óvatos izzításokkal le is oxidálható – a legbiztosabb az, ha ezt is TC módban, 300C^o fokra állítva fűtjük fel, amíg el nem kezd lilulni a felülete. A kékes-lilás elszíneződés jelzi, hogy oxidálódott annyira, hogy a menetek már nem kerülnek zárlatba egymással.
A tisztítását az oxidálásához hasonlóan TC módban 300C fokon végezzük vagy cseréljük a komplett tekercset, mert a titán túlhevítése is káros anyagok felszabadulását, sőt, a huzal kigyulladását is okozhatja.

A rozsdamentes acélt a kanthalhoz hasonló módon tekerhetjük microcoilba, valamint alacsony teljesítményen, narancsvörösre izzítva ki is égethető, különösebb odafigyelést sem igényel.  Szerencsére egyre több készülék támogatja alapból az acélhuzalt, hiszen egészségügyi szempontból is talán ez a legkevésbé necces.

Mivel a használt huzalok többségükben igen alacsony ellenállásúak, ez okozhat némi galibát. Ha belegondolunk, hogy egy kicsit koszosabb 510 csatlakozó, egy hangyányit oxidálódó befogató csavar is hozzáad 0.05-0.1 ohmot a fűtőszál ellenállásához, a hőmérséklet mérése igen könnyen elhangolódik. Emellett nagyon sokan feledkeznek meg arról, hogy a pontos működéshez stabil és pontos referencia kell, hiszen amikor a készülék rögzíti a szobahőmérsékletű ellenállást, mint referenciapontot, az kihatással van a teljes hőmérséklet-tartományra. Ha a kazán nem teljesen hideg (pl. egy 35 fokos nyári napon jól átmelegedett táskában hordoztuk magunkkal), várjunk, amíg lehűl, mielőtt a készülékre tesszük és referenciát méretünk a moddal.

A legtöbb készüléken a referencia ellenállás mérésekor megjelenő “NEW COIL? YES:+  NO: -” vagy “NEW COIL UP, SAME DOWN”  is félreérthető a kezdők számára – valójában itt azt kérdezi a készülék, hogy vegyen-e új referenciaértéket TC-hez vagy tartsa meg az előzőt a memóriában. A legcélszerűbb mindig igent mondani, amennyiben alaposan megtisztított csatlakozómenetek és szobahőmérsékletű kazán van a kezünkben. Ha csak pl. utántölteni szereltük le a porlasztót és még meleg a használattól amikor visszatesszük, mondjunk nemet, ne vetessünk új referenciát!

Egyes új készülékekre komplett TFR görbéket is fel lehet programozni. A TCR ugyanis csak egy együttható, ami jó közelítéssel leírja, hogy milyen meredeken változik a huzal ellenállása a hőmérséklet függvényében és ezt a közelítő arányszámot alkalmazza a teljes tartományon.
Ennél egy fokkal precízebb a TFR görbe, ami már azt is figyelembe veszi, hogy a TCR értéke 20C környékén nem pontosan annyi, mint 200C környékén – ámbár a különbség igen kicsi.

Ezeket a készülékeket a steam-engine.org oldal Wire Wizard funkciójával lehet betanítani egyes huzalok viselkedésére. A készülék (pl. Sigelei 213) TFR beállításainál a hőmérséklet tartomány több nevezetes pontjához tartozó TFR értéket kell bepötyögni (20, 100 ,150 ,200 ,250 ,300 C fokhoz egyenként), ami leírja a készüléknek, hogy adott hőmérsékleten a kezdeti ellenállás hányszorosát fogja várhatóan mérni. Elég komplikált és szükségtelenül túlbonyolított formája ez a hőmérséklet szabályozásának, de mivel bele lehet botlani ilyen készülékekbe is, célszerű megemlíteni.

Ennél lényegesen egyszerűbb dolga van azoknak, akik DNA 75, DNA 200/250, DNA 60 készülékeket használnak, ugyanis a DNA200 feliratra kattintva letölthető a TFR görbe, amit az Evolv Escribe szoftverével két kattintással feltölthetünk a készülékre.

A TC nem létszükséglet és nem feltétlenül mindenkinek a játékszere. A technológia még közel sem tökéletes, van hová fejlődni. Kezdetnek nem rossz egy ma kapható TC-s készülék sem, de van egy olyan sejtésem, hogy ez még nem a végleges formája a hőmérséklet szabályozós modoknak.