Temperaturreglerat vattenbad - Sous Vide

[MotoX]

Vem är jag?
Detta kommer bli min första post på detta forum vilket väl kräver en kort introduktion. Mitt namn är Rickard. Jag är 28 år gammal och bor i Trollhättan. Jag gick ur el-linjen på gymnasiet för 10 år sedan med inriktning automation, den lilla elektroniken jag läste på den linjen har jag redan glömt vilket gjort att jag är lite halvt om halvt tappad vad det gäller detta området. Min läs- och sökförmåga på internet kommer dock förhoppningsvis kompensera en del för detta och jag hoppas kunna snappa upp en del på ämnet elektronik då jag håller på med mitt nuvarande projekt. Ett av mina större intressen är matlagning vilket också ligger till grund för varför jag kom igång med detta projektet.

Mål
Tanken med projektet är att kunna styra en vattenmängds temperatur och samtidigt jämna ut temperaturen i vattenmängden så pass att det ej skiljer mer än ca 1 grad celsius mellan olika ställen i vattnet. I vattnet skall plastomsluten mat sänkas ned och hållas där i olika tidsperioder för att helt enkelt tillaga maten. Utrustningen får vara ett ihopbyggt vattenbad med tillhörande temperaturstyrning men den får med fördel vara utformad som en doppvärmare man kan sänka ned i valfri behållare, detta gör att utrustningen tar mindre plats när den ej används och är mer flexibel. Projektet får ej springa iväg för mycket i kostnad då ett fullt fungerande vattenbad kan köpas för 3600kr idag. Utrustningen skall vara reproducerbar då jag har några vänner som gärna får var sin utrustning om det visar sig bli bra.

Utgångspunkt
Jag har redan tjuvstartat detta projekt kan man säga, anledningen till att jag väljer att starta upp tråden är för att jag vill ha lite hjälpande åsikter i olika vägskäl jag står i.

Jag började min resa med en 20L kylbox, 2 stektermometrar och lite fryspåsar. Jag visste inte om det här med Sous Vide var något att satsa på så jag gjorde några försök hemma genom att värma upp vatten på spisen och se till att hålla rätt grader i kylboxen för att sedan släppa ned några bitar kött i fryspåsarna och justera temperaturen på vattnet med nytt vatten från spisen. Det tar lång tid att laga mat på detta sätt och mina försöksessioner bestod oftast av att under 3-4 timmar befinna mig i köket var 15e minut för att justera vattentemperaturen med mer vatten från spisen. Jag skulle dock säga att det var värt det när jag fick se hur bra kött kan bli när det blir tillagat på detta sätt!

Självklart funkar det inte att springa till köket varje kvart under flera timmar så jag började kolla på vad som skulle krävas för att få detta automatiserat. Jag är lite väl impulsiv ibland och beställde 2 doppvärmare á 500W från en sida som säljer utrustning till skolfysiksalar och liknande. Jag köpte också en akvarieluftpump och en syresten för att med luftens hjälp få lite cirkulation i kylboxen. 2 hål borrades i sidan av kylboxen, doppvärmarna fördes igenom och jag limmade det hela med 2-komponentlim, kopplade ihop doppvärmarna till en stickokontakt och körde manuellt dra-ur-stick-i för att värma vattnet på detta sätt. Detta var lite smidigare än vatten på spisen och jag ville främst se hur hårdvaran klarade sig så att jag senare skulle kunna byta ut mig själv mot någon form av styrning.
Det hela fungerade ganska bra. Vattnet fick en jämn temperatur med hjälp av lufttillförseln, värmarna gjorde sitt jobb och köttet blev bra tillagat, men det hela läckte vatten. Jag fortsatte försöka täta med lite allt möjligt jag hittade på clas ohlson men inget kunde få grepp på den feta plasten i kylboxen. Jag fick helt enkelt ge upp försöket med att använda en kylbox till detta.

Jag började kolla på möjligheten att bygga en tank i rostfri plåt istället, där skulle jag ha mycket enklare att täta mellan doppvärmare och dess håltagning i sidan av tanken. Det lilla problemet som kom nu var att materialet till tanken skulle kosta 1000kr, tillsammans med omkostnader för att få svetsen i garaget att kunna svetsa i rostfritt skulle detta bli en för dyr lösning för mig. Jag tog här beslutet att bygga en doppvärmare istället då jag slipper oroa mig för tanken och det hela blir mer flexibelt och mer lätthanterligt.

Nuvarande utrustning
Under mina tester med att bygga automatstyrning har jag plockat på mig ett Arduino Uno Rev3, ett SSR DC/AC 10A, en 2x20 tecken lcd-display, en 24pulsers vridencoder, två doppvärmare á 500W, en 10kOhm NTC termistor samt lite övrig elektronik för att driva SSRet och lite sådant. Arduinon tar in temperatur med NTC-motståndet och styr utgången till SSRet på en enkel hysteres runt en inställd börtemperatur som ställs in med encodern och visas på displayen.

Vägskäl 1
Jag har haft problem med att få en tät mätprob tillverkad hemma för termistorn. Jag försökte med ett 10mm stålrör (1mm gods) men jag fick alldeles för stora temperaturfördröjningar av detta, det är möjligt att detta kan lösas med en PIDstyrning istället för till och från som jag kör idag men det borde finnas enklare sätt att få bra värmeöverföring i ett vattenfast utrymme kan jag tycka.
Vägskälet handlar alltså om vad det finns för olika sätt att mäta temperatur och vilket som borde passa detta projekt. Förutsättningarna är att jag skall ha mätnoggrannhet på +- 0,25C, avståndet från arduinon till mätpunkten i vattnet blir ca 120-150mm och temperaturområdet på vattnet kommer ligga på -40C till +95C.

Fortsättning
Det ser ut som att jag kommer köra på sensorn DS18B20. Den är linjär och har en skaplig noggrannhet (±0.5C vid temperaturområdet -10C till +85C).

Vägskäl 2
PIDstyrning eller till och från? Detta är en programmeringsfråga egentligen men den kan vara avgörande för vägskäl 1. Ju mindre mängd vatten jag har, ju snabbare temperaturmätning kommer jag behöva för att kunna klara mig med till och från så som jag ser det, PIDstyrning borde enl. mig rädda en seg givare. Nackdelen som jag ser det med PIDstyrning är att den måste parametreras om så fort jag sätter utrustningen i ett nytt kärl. Förutsättningarna här är att jag inte får ha några kraftiga överskjut på temperaturen i vattnet, när utrustningen ligger och reglerar är det viktigt att temperaturen inte varierar mer än 1C.

Fortsättning
Eftersom PIDstyrningen är ren mjukvara kommer jag labba lite med denna när jag byggt färdigt min enhet.

Vägskäl 3
För att lösa utjämningen av temperaturen i vattenmängden som skall regleras tänker jag frångå luftpumpen, den blir klumpig och svår att förlägga på ett bra sätt, samt att den låter en hel del. Ett alternativ hade kunnat vara en vattenpump men jag har inte hittat några för rimliga pengar som klarar så höga temperaturer, därför har jag istället funderat på att låta en elmotor sitta vid torr del av utrustningen och köra en propeller som skickar vatten genom en kanal i blöt del av utrustningen. Axel blir en rostfri axel och propellern skrivs i plast i en 3D-skrivare. Jag har inte kollat på elmotorer ännu så där tar jag tacksamt emot tips! Förutsättningarna är egentligen bara att motorn skall drivas av arduinons spänning alternativt 230 då hela utrustningen kommer vara kopplad till vägguttaget.

Det känns som att jag börjar såhär, jag är otroligt tacksam för all input jag kan få och hoppas på att få er hjälp med att fortsätta tankegångarna i detta projektet!

Utrustning
1st Arduino Uno Rev3 (Microcontroller) Elfa: 10-389-19
1st Batterieliminator 9V 1.9A (Spänningsmatning) Electrokit: 41011452
1st JHD202C (LCD display) Electrokit: 41003002
5st Alps SKHHANA010 (Strömställare) Elfa: 35-655-95
1st DS18B20 (Temperaturgivare)
1dm FIT-221-3/8 (Krympslang utanpå givare) Elfa: 55-071-73
1st EL 817 (Optokopplare) Elfa: 75-390-00
1st TO-92 NPN (Transistor) Elfa: 71-014-62
1st KSD210AC8 (Solid State Relay) Elfa: 10-348-50 (Ja, dessa går att få billigare på ebay)
1st L7806CV (Spänningsregulator 6V 1.5A)
Diverse motstånd och dioder

Krets för motorstyrning

Skärmklipp.PNG

Här är för övrigt lite bilder ifrån mina tester, inte så mycket elektronik ännu men någon kanske tycker det är skoj att se ändå.
picasaweb.google.com/115359143437903735026/SousVide

[Icecap]

För att få en bra reglering vill jag föreslå en PI-reglering. Inom värmestyrning är det ganska sällan att man behöver PID, PI räcker nästan alltid om det finns en viss termisk massa i förhållanden till inkommande effekt.

Styrningen av elementen anser jag ska vara långsam PWM med en cykeltid på t.ex. 1 sekund eller så. En upplösning på 100ms ska säkert räcka.

Sensorn är det knappast något att orda om, den ska klara av att mäta med tillräcklig upplösning och repeterbarhet, sedan får man välja vad man vill. Jag har dock aldrig varit glad i NTC - men de kan duga. Det finns dock NTC med bättre data och större likhet från enhet till enhet, just för att kunde vara utbytbara. Tar man t.ex. en 76-688-75 kan man ganska säkert packa in den i en kapsling som medger snabb reaktion och kemisk stabilitet. Tar man t.ex. ett tunt rör som är slutet i ena ändan, klämmer ner lite värmeledande pasta i botten och petar ner sensorelementet (fastlödd på ledningar) i geggan och försluter i toppen med silikon lär man ha snabb och exakt reaktion.

Självklart bör man ha två analoga ingångar kopplat till temperatursensorn: den ena får ett förstärkt och offsettat signal som ger en mycket bra upplösning inom ett relativt smalt område som såklart är det område det ska regleras runt, det andra signal är "det råa" signal som ger en översikt om var vattenbadet befinner sig.

Resten är då mjukvara.

Omrörningen verkar du ha koll på liksom resten. Tack i övrigt för presentationen och den tydliga beskrivning - och välkommen till forumet.

[rikkitikkitavi]

Jag tycker du gör rätt i att ta bort luftpumpen, eftersom den kyler vattnet och gör att du behöver mer effekt i doppvärmaren. Varför monterar du inte allting i locket på kylboxen och gör det nersänkbart i vattnet så slipper du läckage?

Som temperatursensor hade jag rekommenderat en IC-lösning, antingen analog (ex LM35 eller liknande) eller någon digital variant. De har god upplösning, tillräcklig noggranhet att det räcker med enpunktskalibrering i isbad (0 C ) och är enkla att koppla in.

Om ditt vattenbad håller ca 10 l vatten och doppvärmarna är på 500W kan du inte få en temperaturstegring på ens 1C/minut så du behöver inte så snabb sensor utan Icecaps förslag är fullt tillräckligt.

[zealotry]

Kul projekt! Skaffa nått sånt här istället för temperaturmätning. http://m.ebay.com/itm/350930753839?nav=SEARCH&sbk=1 jag använder en sån när jag brygger öl och är mkt nöjd!

[slft]

prova en ds18x20 sensor

tex http://www.tradera.com/item/171008/1983 ... ar-arduino

[MotoX]

De två senast postade givarna är samma va? Då hade jag gärna testat att beställa en ifrån ebay bara för att se vad slutsumman landar på, om säljaren går att lita på samt hur lång tid frakten tar. Kan vara intressant att veta för reproducerbarheten.

[MotoX]

Sensorn är det knappast något att orda om, den ska klara av att mäta med tillräcklig upplösning och repeterbarhet, sedan får man välja vad man vill. Jag har dock aldrig varit glad i NTC - men de kan duga. Det finns dock NTC med bättre data och större likhet från enhet till enhet, just för att kunde vara utbytbara. Tar man t.ex. en 76-688-75 kan man ganska säkert packa in den i en kapsling som medger snabb reaktion och kemisk stabilitet. Tar man t.ex. ett tunt rör som är slutet i ena ändan, klämmer ner lite värmeledande pasta i botten och petar ner sensorelementet (fastlödd på ledningar) i geggan och försluter i toppen med silikon lär man ha snabb och exakt reaktion.

Självklart bör man ha två analoga ingångar kopplat till temperatursensorn: den ena får ett förstärkt och offsettat signal som ger en mycket bra upplösning inom ett relativt smalt område som såklart är det område det ska regleras runt, det andra signal är "det råa" signal som ger en översikt om var vattenbadet befinner sig.

Anledningen till att jag själv börjat ogilla mitt NTC är att där är ganska liten skillnad i motstånd mellan de högre graderna. Noggrannheten på +-1% börjar bli ganska jobbig runt 90-95C och jag kan tänka mig att detta blir mycket trevligare med en linjär sensor. Å andra sidan har jag ju absolut en extra analog ingång över om man kan förstärka en av ingångarna så som du pratar om (något jag aldrig tänkt på förut) men förstärkningen hjälper mig dock inte ur repeterbarhet mellan olika motstånd på flera utrustningar. Å andra sidan borde väl en teach-funktion gå att använda där man använder antingen is- eller kokande vatten, eller rent av båda om det krävs. Jag använder inte mina analoga ingångar till något annat på arduinon så jag har absolut inget emot att använda dom till temperaturmätningen och låta de digitala pinnarna sparas till annat.

Som temperatursensor hade jag rekommenderat en IC-lösning, antingen analog (ex LM35 eller liknande) eller någon digital variant. De har god upplösning, tillräcklig noggranhet att det räcker med enpunktskalibrering i isbad (0 C ) och är enkla att koppla in.

Dessa verkar vara sneppet dyrare än NTC, men de kanske är enklare att arbeta med vad gäller precisionen? Om dessa kan ta bort kravet av förstärkning kanske det också jämnar ut prislappen lite mellan de båda lösningarna?

[LaRdA]

Hur stor behållare krävs?
För en ide är ju att köpa en billig fritös där du får behållare och värmellement i ett, kompletterar man sedan den med en färdig PID regulator+ halvledarrelä från ebay så är man ju nästan i hamn.

http://www.kjell.com/sortiment/hus-hals ... tos-p48063
http://www.rusta.se/fritos-2100w-p90951362.aspx

Ett par exempel på kontrollers:
http://www.ebay.com/itm/Digital-PID-F-C ... 0879156946
http://www.ebay.com/itm/New-Display-Dig ... 0926820202

[Meduza]

LaRdA: Precis en sån variant håller jag faktiskt på att bygga, projekttråd kommer så fort jag har hunnit fixa vidare på den

Jag har valt att bygga med en Fritös, en färdig PID-modul, ett SSR och en vattentät PT100-sensor som sitter i badet!

[PeterH]

När får vi se ett PIC/Aurdino baserat projekt med LCD som visar tidsåtgång/kvarvarande tid/temp osv.? Det finns ju redan ett antal PID-projekt baseade på PIC (exempelvis lödugnar) så det borde inte vara ett jättekliv åt detta håll?

[netrunner]

3600kr är ju ett rätt lustigt överpris.

Vi kan titta på vad Ebay säger om allt utom "byttan" (att köpa en stor förpackning huvudsakligen luft från Kina är dyrt).

Värmeelement, ca 30kr (ta fler för mer effekt eller köp en större)
12V om man inte gillar att köra på 220V http://www.ebay.co.uk/itm/200958603620
220V http://www.ebay.co.uk/itm/310816544549
220V mer effekt och fast montering http://www.ebay.co.uk/itm/190873357007

PID kontroller
Extra fin med PID 300kr: http://www.ebay.co.uk/itm/280840220156
Vanlig 80kr http://www.ebay.co.uk/itm/231073499933

sensor:
15kr http://www.ebay.co.uk/itm/271103969704

Så från 150kr till 400kr. Så får man lägga till en burk och lite skrot.

För fet plast ska man använda smält-lim ... tror jag.

Det är vad jag hittade på 3 minuter. Kanske ska man läsa det finstilta lite bättre för att hitta den optimala sensorn för så låga temperaturer.

[Dekor]

Adafruit har en guide som kanske kan vara något? http://learn.adafruit.com/sous-vide-pow ... us-viduino
Lawicel säljer Adafruits grejer och har en Arduinoskola som kanske också är intressant. http://www.lawicel-shop.se/

[Mediespecialist]

Kör på LaRdA:s första ebay länk, billigare kan det inte bli men det är ju
inte så mycket att bygga själv.

Jag har en liknande i min maskin och som värmelösning har jag
en "slow cocker" (gryta med inbyggd varmare på 400w)
Räcker men än väl för att hålla oxfilen på 56 grader.




/ Petter

[MotoX]

För en ide är ju att köpa en billig fritös där du får behållare och värmellement i ett, kompletterar man sedan den med en färdig PID regulator+ halvledarrelä från ebay så är man ju nästan i hamn.

Absolut värt att kolla på om man vill ha en lagom behållare och värmarna redan inbygda i utrustningen, dock vill jag sikta på att ha en doppvärmare jag kan flytta mellan olika behållare så som kastrull, kylbox, diskho eller plastback (typ hammarplast). De tar mindre plats när man stuvar undan dom och går att använda till både större och mindre satser med mat.

Adafruit har en guide som kanske kan vara något?

Mycket trevlig guide måste jag säga, framförallt PID-delen, tack! Den åker in i favoriter.

Jag håller mig till att vara lite sugen på DS18B20, den verkar dock sakna lite noggrannhet över 85C

Accuracy over the range of -10°C to +85°C: ±0.5°C.

och jag skulle egentligen gärna se en bättre noggrannhet än +-0,5C i det prisområdet om det går. Måste man hoppa över 100kr får det kvitta men jag vill bara kolla detta först.

Sensorn MCP9808-E/MS ger ju t ex en noggrannhet på +-0,25C vilket hade varit alldeles underbart! Enda kruxet är att Elfa bara säljer den okapslad, jag hade gärna haft den i en kapsel som DS18B20.
MCP9808-E/MS

[netrunner]

Vad är max-temperaturen Sous Vide?

Det skulle ju vara trevligt med en "flytande doppvärmare inklusive termostat". Bara att lägga i en bytta (som är djup nog) och ställa in temperaturen. Tyvärr måste nog termostaten vara avsedd för att klara samma temperatur om man lägger på ett lock... och det kanske man vill göra.