Temperaturfühler-FAQ: Alles was man wissen muss.

s.ochs

BOFH
Ich werde häufig gefragt, welches denn die besten Temperaturfühler sind. Eine allgemeine Antwort auf diese Frage fällt mir schwer, weil es nicht DEN idealen Fühler gibt. Deshalb werde ich hier mal ein paar Fakten sammeln, anhand derer dann jeder selbst entscheiden kann, welcher Fühler für ihn der Beste ist.

Vorab: Eins der Hauptmerkmale unserer WLANThermos ist, dass Temperaturfühler unterschiedlichster Hersteller (Maverick, Fantast, iGrill, Grilleye, Inkbird etc.) verwendet werden können, sofern das Fühlerprofil in der Software hinterlegt ist. Das hebt unsere WLANThermos definitiv vom Rest der kommerziellen Thermometer ab, da man nicht an die meist teuren Ersatzfühler einer Marke angewiesen ist. Temperaturfühler sind Verbrauchsgegenstände - es ist also ganz normal, dass bei häufigem (oder auch mal etwas ungeschicktem) Gebrauch einer den Geist aufgibt. Da nicht jeder beim Bau/Kauf eines WLANThermos noch ein paar Fühler von seinem Altgerät in der Schublade hat, bieten wir im Rahmen des WLANThermo-Projekts eigene Fühler an. Dieses sind zum einen die 100K/iGrill2 und zum anderen die 1000K/Maverick.

Was ist NTC, PTx und Thermoelement - messen die nicht alle die Temperatur?
Die am Grillthermometer-Markt gängigsten Temperaturfühler (ich würde mal sagen 90 - 95 %) gehören zu den NTC-Fühlern. NTC steht für Negative Temperature Coefficient Thermistor, im deutschen auch als Heißleiter bezeichnet, und beschreibt die Funktionsweise dieser Fühler. Im Inneren eines NTC-Fühlers ist ein temperaturabhängiger Widerstand verbaut. Je heißer dieser Widerstand wird, desto geringer wird sein Widerstand für elektrischen Strom, deshalb Heißleiter. Im kalten Zustand (Raumtemperatur) haben sie einen eher großen Widerstand von meist 50 - 1000 kOhm (100K = 100 kOhm, 1000K = 1000 kOhm). Diese Widerstände sind thermisch etwa bei 300 - 350 °C belastbar, danach werden sie zerstört, dadurch ergibt sich auch die max. Einsatztemperatur der Fühler. Gemessen wird eigentlich die Spannung, die sich durch die Kombination mit einem Referenzwiderstand in einem Spannungsteiler ergibt. In der Software wird dann über das Fühlerprofil aus der Spannung eine entsprechende Temperatur berechnet. Neben den NTC-Fühlern gibt es noch eine Handvoll Geräte die PTx oder Thermoelemente einsetzen. PTx kommen eigentlich aus dem industriellen Bereich, dort sind sie sehr verbreitet. Sie sind das Gegenstück zu NTC-Fühler, also Kaltleiter. Der hier verbaute Widerstand hat im kalten Zustand einen sehr geringen Widerstand (PT100 = 100 Ohm, PT1000 = 1000 Ohm). Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand zu. Auch hier wird die Temperatur über die Umrechnung der gemessenen Spannung berechnet, allerdings sind NTC und PTx Messstrecken nicht unmittelbar kompatibel, da sie einen anderen Referenzwiderstand brauchen. Am WLANThermo Nano können deshalb nur NTC-Fühler verwendet werden. An den WLANThermo Minis besteht die Möglichkeit die Messstrecke für PTx-Fühler durch den Einbau eines anderen Referenzwiderstands kompatibel zu machen. PTx-Fühler sind meistens etwas temperaturbeständiger als NTC-Fühler, aufgrund des verbauten Widerstands. Thermoelemente wiederrum sind eine komplett andere Messtechnologie. Zwar wird auch hier eine Spannung gemessen, nur wird diese durch die zugeführte Energie im Thermoelement (bzw. am Übergang von zwei Materialien) selbst erzeugt. Thermoelemente benötigen eine ganz spezielle Anschlussbuchse, bei der darauf geachtet wird, dass es zu keinem Materialwechsel kommt, dieser würde die Messung verfälschen. Deshalb kann man Thermoelemente auch nicht einfach verlängern. Bei NTC und PTx ist das möglich. Da in Thermoelementen kein Widerstand verbaut ist, sondern der Fühler selbst das entscheidende Material ist, können damit Fühler gebaut werden, die bis 1200 °C temperaturstabil sind. Thermoelemente kommen daher auch primär im industriellen Bereich zum Einsatz. Im Grillbereich sind sie z. B. für den Einbau in HBO interessant. Am WLANThermo Mini V2 können Thermoelemente mittels einer Zusatzplatine angeschlossen werden. Vom Nano gibt es eine kleine Sonderserie mit entsprechender Anschlussbuchse.

Ist PT100/PT1000 nicht das selbe wie 100K/1000K?
Nein, wie im vorherigen Bereich beschrieben, handelt es sich hier um zwei unterschiedliche Bautypen vom gleichen Messprinzip. Die 100/1000 bei PTx-Fühler steht für 100 bzw. 1000 Ohm. Die 100/1000 bei den NTC-Fühlern 100K und 1000K steht für 100 kOhm bzw. 1000 kOhm. In beiden Fällen entspricht der Widerstandswert dem Basiswert bei einer Temperatur von 25 °C (also in etwa Raumtemperatur). Beim NTC-Fühler fällt der Widerstand beim Erhitzen, beim PTx-Fühler steigt der Widerstand beim Erhitzen. Deshalb können beide Arten nicht direkt am selben Messfühleranschluss verwendet werden.

Worin unterscheiden sich NTC-Fühler?
Alle NTC-Fühler beruhen, wie bereits geschrieben, auf dem selben Messprinzip, egal ob sie von Maverick, Fantast, Grilleye oder sonst wem kommen. Deshalb ist es möglich all diese Fühler an unseren WLANThermos zu betreiben. Was sich unterscheidet ist der verbaute temperaturabhängige Widerstand (und das Fühlerprofil), die Form und Dicke des Mantelmaterials und das Anschlusskabel.

Der Basiswiderstand ist der Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands bei Raumtemperatur (25 °C). Hier mal ein paar Beispiele der verbauten Widerstände in den gängigen Fühlern (mit aufsteigendem Basiswiderstand):

Inkbird: 50 kOhm
Grilleye, Igrill2, 100K: 100 kOhm
Fantast(neu): 220 kOhm
Maverick, 1000K: 1000 kOhm


NTC-Fühler mit selbem Basiswiderstand müssen aber nicht unbedingt das selbe Fühlerprofil aufweisen. Je nach verwendetem Widerstand können diese unterschiedliche Temperatur-Widerstands-Kennlinien aufweisen. So benötigt der NTC-Widerstand 100K6A1B z. B. ein anderes Fühlerprofil als die 100K/iGrill2-Fühler, obwohl beide einen Basiswiderstand von 100 kOhm haben. Basiswiderstand und Kennlinie haben Einfluss auf die am Spannungsteiler anfallende Spannung, welche vom Analog-Digital-Converter (ADC) dann in ein digitales Signal gewandelt wird. An allen WLANThermos kommt ein Referenzwiderstand von 47 kOhm im Spannungsteiler zur Messung von NTC-Fühlern zum Einsatz. Auf die Wandlung der am ADC anfallenden Spannung in ein digitales Signal will ich an dieser Stelle nicht genauer eingehen, aber so viel: je näher sich der Basiswiderstand eines NTCs in der Nähe des Referenzwiderstands befindet, desto höher ist die Analog-Digital-Auflösung in unmittelbarer Nähe zur Raumtemperatur. Als Beispiel: Inkbird-Fühler haben einen Basiswiderstand von 50 kOhm, dieser ist sehr nahe am Referenzwiderstand und bei höheren Temperaturen fällt der Widerstand unter den des Referenzwiderstands. D. h. Temperaturen leicht oberhalb der Raumtemperatur werden am besten aufgelöst. Zu den Rändern des Messbereichs nimmt die Auflösung ab. Maverick-Fühler hingegen haben einen Basiswiderstand von 1000 kOhm, also weit weg vom Referenzwiderstand. Erst mit steigender Temperatur kommt der Widerstand in den Bereich des Referenzwiderstands. Maverick-Fühler haben also bei deutlich höheren Temperaturen ihre maximale Analog-Digital-Auflösung. Aber keine Sorge, wir haben die Analogmessstrecke bei allen WLANThermos so ausgelegt, dass im normalen Messbereich (0 - 250 °C) alle Messfühler eine gute Auflösung aufweisen. Um mal in Zahlen zu sprechen: im Bereich der max. Auflösung werden Temperaturänderungen in der zweiten Nachkommastelle aufgelöst und auch an den Rändern ist die Genauigkeit noch besser als 1 °C, also vollkommen ausreichend. Dennoch lohnt sich bei speziellen Anwendungen der Blick auf den Basiswiderstand. Ein Maverick-Fühler eignet sich z. B. zur Messung der Außentemperatur weniger, aufgrund seines großen Basiswiderstands. Hier ist der Einsatz des 5K3A1B deutlich sinnvoller, der einen Basiswiderstand von 5 kOhm hat (sich bei kälteren Temperaturen also an den Referenzwiderstand annähert). Andersrum eignet sich der 1000K/Maverick für sehr hohe Temperaturen sehr gut.
Weitere Infos zu den Basiswiderständen, Kennlinien und Analog-Digital-Auflösungen findet ihr hier: Link

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist das Mantelmaterial, in dem der temperaturabhängige Widerstand untergebracht ist. Also das, was wir eigentlich als "Fühler" verstehen, weil es das ist, was man sieht. Ob die Form nun gebogen oder gerade ist, hat so gut wie keinen Einfluss auf die Messung, lediglich über die mögliche Einstechtiefe ins Fleisch. Der Widerstand sitzt bei Einzelfühler eh immer in der Spitze des Mantels. Die Form ist also hauptsächlich Geschmacksache und eine Frage des verfügbaren Platzes. Mehr Einfluss hat die Dicke des Mantelmaterials. Je dicker der Fühler ist, desto mehr Masse hat er sehr wahrscheinlich auch. Mehr Masse bedeutet, dass es länger dauert bis die Temperatur außen am Fühler bis ins Innere zum Widerstand vorgedrungen ist. Das hat zwei Effekte. Zum einen nimmt die Träheit des Messverhaltens zu, je dicker der Mantel ist, zum anderen hält ein Fühler mit dickerem Mantel kurzfristige Temperaturspitzen auch länger aus, da die Temperaturspitze nicht direkt an den Widerstand weitergegeben wird. Stickt ein Fühler die komplette Garzeit im Fleisch, ist die Masse des Mantels eher unwichtig, da die Masse des Fleischs viel größer ist. Soll eine Temperatur aber nur kurzfristig und sehr schnell gemessen werden, sollte die Masse eher gering sein. Deshalb benutzt man bei Einstechthermometer auch eine sehr dünne Spitze. Im Garraum wiederum hat ein Fühler mit mehr Masse den Vorteil, dass nicht jedes vorbeiziehende Lüftschen die Messung direkt verändert. Ein trägeres Verhalten ist hier also durchaus gewünscht, gerade im Einsatz zusammen mit dem Pitmaster. Je weniger unruhig die Messung des Garraums ist, desto weniger unruhig ist auch das Regelverhalten des Pitmasters. Mehr Masse kann man aber z. B. auch durch das Umwickeln mit etwas Alufolie erzeugen und damit das Messverhalten nachträglich etwas mehr träge machen.

Zum Schluss unterscheiden sich die gängigen NTC-Fühler noch in der Länge und Dicke des Anschlusskabels. Die Länge muss jeder selbst wissen, was er da benötigt. Die Dicke des Metallgeflechts lässt meistens auf die Dicke der verwendeten Kabel schließen. Je dicker das Kabel ist, desto beständiger ist es meist auch gegen Temperaturspitzen und gegen mechanische Belastungen (dran ziehen oder Knicken im Deckel).


100K/iGrill2 oder 1000K/Maverick - welcher ist besser?
Die 100K/iGrill2-Fühler und die 1000K/Maverick-Fühler sind Teil des WLANThermo-Projekts und werden auch im Shop angeboten. Falls bei der Anschaffung eines WLANThermos keine passenden Fühler eines alten Thermometers vorhanden sind, bieten diese Fühler eine gute und günstige Alternative zu den sonstigen Markenfühlern. Damit kommt schnell die Frage nach dem "100K oder 1000K, welcher ist besser" auf. Wer den vorherigen Abschnitt aufmerksam gelesen hat, wird sicherlich selbst bereits festgestellt haben, dass es ein besser nicht wirklich gibt - maximal ein "besser" geeignet für einen bestimmten Anwendungsfall. Hier kurz die Fakten zu den 100K/iGrill2 und 1000K/Maverick.

100K/iGrill2-Einzelfühler: gerade oder gebogene Form, Manteldicke von 4 mm, Basiswiderstand von 100 kOhm, Kabeldicke etwa 1,7 mm, Kabellänge 1,2 m (gebogen) oder 1,8 m (gerade), kompatibles Fühlerprofil zu iGrill2/Grilleye.

1000K/Maverick-Einzelfühler: nur gerade Form, Manteldicke von 4,6 mm, Basiswiderstand von 1000 kOhm, Kabeldicke etwa 2,6 mm, Kabellänge 1,8 m, kompatibles Fühlerprofil zu Maverick (der originale Maverick-Fühler hat aber einen längeren Stecker, deshalb sind die 1000K-Fühler nicht direkt an Maverickgeräten einsatzfähig)


Wie weiter oben bereits beschrieben, ist der analoge Messkreis bei allen WLANThermos so ausgelegt, dass bei allen gängigen Messfühlern eine ausreichend hohe Temperaturauflösung im normalen Grilltemperaturbereich gewährleistet werden kann. Sowohl der 100K also auch der 1000K sind also für die Messung von Fleisch- und Garraumtemperaturen bestens geeignet. Rein technisch gesehen, liegt der Bereich der maximalen Auflösung beim 100K bei 0 - 100 °C, beim 1000K bei 40 - 160 °C. In der Praxis wird man diesen Unterschied bei der Messung von Temperaturen im Bereich von 0 - 200 °C aber nicht feststellen, da in den Randgebieten neben der Auflösung noch andere Effekte (z.B. Strömung) einen Einfluss auf die Messung haben.

Aufgrund der größeren Fühlerdicke des 1000K weist diese im Vergleich zum 100K ein leicht trägeres Verhalten auf (Erklärung siehe im Abschnitt darüber). Das wirkt sich positiv auf die Garraummessung und den Pitmaster aus. Soll eine Temperatur wiederum temporär sehr schnell gemessen werden, lohnt sich die Verwendung eines 100K (wobei man sich dafür auch ein separates Einstichthermometer besorgen kann). Das etwas dicker Kabel des 1000K verzeiht zudem auch ehr mal ein Knicken im Grilldeckel oder höhere Temperaturspitzen am Grillrost. Die 1000K sind also etwas beständiger als die 100K, aber wie anfangs erwähnt, Temperaturfühler sind Verbrauchsgegenstände, auch bei guter Führung kann mal einer seinen Geist aufgeben.

Was sind Doppelfühler / Hybridfühler?
Bei Doppelfühler, oder auch Hybridfühler genannt, sind zwei temperaturabhängige Widerstände in einem Gehäuse verbaut. Einer an der Spitze (identisch zu einem Einzelfühler) und einer am Ende des Fühlergehäuses, zur zusätzlichen Messung des Garraums. Das hat den Vorteil, dass man über nur ein Anschlusskabel gleich zwei Temperaturen messen kann. Die Messung an der Spitze, also in den meisten Fällen die Fleischtemperatur, ist identisch zur Messung eines Einzelfühlers. Bei der Messung des Garraums über die Messstelle am Ende des Doppelfühlers, sollte man bedenken, dass diese nicht 1:1 mit der eines Einzelfühlers am Rost zu vergleichen ist. Das hat folgende Gründe: Damit beide Widerstände im Gehäuse angeschlossen werden können ist der Bereich der Garraummessstelle deutlich dicker als der Rest des Fühlers (der vordere Bereich hat eine Dicke von 4 mm, wie bei Einzelfühler, der hintere Bereich ist 12 mm dick). Durch diese deutlich größere Masse im Bereich der Messstelle ist das Messverhalten des Doppelfühlers sehr viel träger als das Messverhalten eines Einzelfühlers. Des Weiteren befindet sich die Garraummessstelle baubedingt immer unmittelbar in der Nähe des kälteren (im Vergleich zum Garraum) Fleischs. Hier herrschen im Vergleich zum restlichen Garraum gern mal 10 - 20 °C andere Temperaturen. Zudem besteht immer eine physikalische Verbindung zum Fleisch. Insgesamt macht das die Messung der Garraumtemperatur nicht schlecht, aber man misst eben die Garraumtemperatur in der Nähe des Fleischs, das sollte man beim Vergleich mit einer Messung an einem Einzelfühler, befestigt am Rost, beachten.

Die 100K/iGrill2-Doppelfühler und die 1000K/Maverick-Doppelfühler sind bis auf den verwendeten Widerstand baugleich. Der Grund dafür, dass beide Modelle angeboten werden, liegt an der Schaffung der Möglichkeit zur einheitlichen Profilnutzung. Hat man neben dem Doppelfühler auch Einzelfühler z. B. vom Typ 1000K/Maverick im Einsatz, lohnt sich die Verwendung eines 1000K-Doppelfühlers, da man dann nicht das Fühlerprofil in der Software anpassen muss. Gleiches gilt für die Verwendung von 100K- Einzelfühler und Doppelfühler.

Einzelfühler oder Doppelfühler zur Garraumessung beim Pitmaster?
Hier kann ich persönlich ganz klar nur zur Verwendung eines Einzelfühlers raten. Der für mich entscheidende Grund hierfür ist: dei reproduzierbare und unverdeckte Position auf dem Grillrost. Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben befindet sich die Garraum-Messstelle des Doppelfühlers in unmittelbarer Nähe zum Fleisch. Die dort gemessene Temperatur ist nur bedingt identisch zur globalen Garraumtemperatur. Je länger der Garprozess läuft, desto mehr gleichen sich die Temperaturen an. Außerdem kann man einen Einzelfühler immer an der gleichen Stelle im Grill anbringen, beim Doppelfühler ist das schwierig. Der Pitmaster lebt davon, dass seine Regelstrecke eindeutig und bei jeder Grillsession weitestgehend identisch ist. Eine reproduzierbare Position erleichtert also dem Pitmaster und dem Griller das Einregeln des Systems.


So, dass war's erstmal. Ich werde dieses FAQ noch erweitern, sofern mir weitere Entscheidungskriterien einfallen oder konkrete Fragen im weiteren Verlauf des Freds auftauchen. Ich hoffe die Fühler-Entscheidung fällt somit etwas leichter.
 
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