Messstellen
Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Drahtmessungen an der Darre.
HopCon Technik
Technik und Messprinzipien von HopCon
Diese Seite beschreibt die technischen und physikalischen Grundlagen hinter HopConBox V17 und HopConView 3.2. Sie richtet sich an technisch orientierte Anwender, die die Messwerte im Trocknungsverlauf genauer verstehen möchten.
Im Mittelpunkt stehen die Fragen, was gemessen wird, wie Messwerte entstehen, wie sie verarbeitet und dargestellt werden und welche Grenzen bei der Interpretation der Werte zu beachten sind.
Systemüberblick: HopConBox V17 und HopConView 3.2
HopCon besteht aus Messstellen an der Darre, der HopConBox V17 als Erfassungseinheit und HopConView 3.2 als Windows-Software zur Anzeige, Speicherung und Auswertung. Die HopConBox nimmt Temperatur-, Feuchte- und Drahtmesswerte auf und stellt sie HopConView über die Verbindung zum PC bereit.
HopConBox V17
Erfassung von bis zu 6 Messwerten und zwei Drahtmessungen.
PC-Verbindung
USB-Verbindung zur HopConBox und Kommunikation über COM-Port.
HopConView 3.2
Live-Diagramme, lokale Speicherung, Konfiguration und Auswertung.
Optional
Cloud- und App-Funktionen, sofern sie eingerichtet und lizenziert sind.
HopConView 3.2 empfängt die Messdaten über die serielle Schnittstelle, verarbeitet sie, zeigt sie in Messwertbereichen und Diagrammen an und speichert gültige Kurvendaten lokal.
Messwerterfassung
Die HopConBox V17 ist für bis zu 6 Messwerte und zwei Drahtmessungen dokumentiert. HopConView 3.2 stellt drei Fühlerbereiche mit Temperatur und relativer Feuchte sowie einen Bereich für die beiden Drahtmessungen dar.
Damit entstehen getrennte Messwertverläufe für unterschiedliche Informationen aus dem Trocknungsprozess: Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und elektrische Drahtmesswerte.
Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit
Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit beschreiben unterschiedliche Eigenschaften der Luft. Die Temperatur gibt den thermischen Zustand an. Die relative Luftfeuchtigkeit beschreibt, wie stark die Luft im Verhältnis zu ihrer temperaturabhängigen Aufnahmemöglichkeit mit Wasserdampf gesättigt ist.
Weil warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann als kalte Luft, darf relative Feuchte nicht ohne Temperaturkontext bewertet werden. Für die Hopfentrocknung ist daher besonders der gemeinsame zeitliche Verlauf von Temperatur und relativer Feuchte der Darrabluft relevant.
Temperatur- und Feuchtesensor
Im THSens wird ein Sensirion SHT45 zur Messung von Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit eingesetzt. Dabei ist zwischen dem SHT45-Sensorelement, dem kompletten THSens als ATO-Sensoreinheit und der Kommunikation zur HopConBox V17 zu unterscheiden.
SHT45-Sensorelement und THSens
Der SHT45 ist das Sensorbauteil für Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Der THSens ist die vollständige ATO-Sensoreinheit mit Gehäuse, Sensorschutz, mechanischem Aufbau und Kommunikation zur HopConBox.
Herstellerdaten des SHT45 werden deshalb als Spezifikation des Sensorchips verstanden. Sie sind nicht automatisch eine separat validierte Genauigkeit des vollständigen HopCon-Messsystems.
Robuste Kommunikation zur HopConBox
Der THSens überträgt seine Messwerte über eine Current-Loop-Verbindung an die HopConBox. Diese Übertragung ist für einen robusten Betrieb auch in elektromagnetisch stärker belasteten Umgebungen ausgelegt.
Die Stromschleifentechnik erhöht die Robustheit gegenüber EMV-Einflüssen im Vergleich zu einer rein spannungsbezogenen Signalübertragung und ist auch für längere Leitungswege ausgelegt. Die THSens-Dokumentation nennt Leitungslängen von etwa 30 m als praktisch realisierbare Größenordnung, nicht als Garantiewert für jede Installation.
Einbaulage des THSens
Der SHT45 ist innerhalb des THSens so angeordnet, dass der Sensor in unterschiedlichen Einbaulagen korrekt betrieben werden kann. Der THSens kann horizontal oder vertikal montiert werden. Auch ein Verdrehen des Sensors um seine Achse hat keinen relevanten Einfluss auf die Qualität der Temperatur- und Feuchtemessung.
Die Einbaulage ist von der Wahl der Messposition in der Darre zu unterscheiden. Die räumliche Messposition beeinflusst weiterhin, welchen Bereich des Trocknungsprozesses der Sensor erfasst.
SHT45-Sensordaten
Die folgenden Werte stammen aus dem Herstellerdatenblatt des Sensorbauteils und beschreiben den SHT45.
| Merkmal | Sensor-Spezifikation | Fundstelle |
|---|---|---|
| Hersteller | Sensirion | SHT4x-Datenblatt, Seite 1 |
| Sensortyp | SHT45, Baureihe SHT4x | SHT4x-Datenblatt, Seite 1 und 16 |
| Messgrößen | relative Luftfeuchtigkeit und Temperatur | SHT4x-Datenblatt, Seite 1 |
| Feuchtebereich | 0 bis 100 %RH | SHT4x-Datenblatt, Seite 4 |
| Temperaturbereich | -40 bis +125 °C | SHT4x-Datenblatt, Seite 6 |
| typische Feuchtegenauigkeit | ±1,0 %RH für SHT45 | SHT4x-Datenblatt, Seite 4 |
| typische Temperaturgenauigkeit | ±0,1 °C für SHT45 | SHT4x-Datenblatt, Seite 6 |
| Auflösung | 0,01 %RH und 0,01 °C | SHT4x-Datenblatt, Seite 4 und 6 |
| digitale Schnittstelle | I2C mit CRC-Prüfsumme | SHT4x-Datenblatt, Seite 1 und 10 |
| empfohlener Normalbereich | 5 bis 60 °C und 20 bis 80 %RH | SHT4x-Datenblatt, Seite 7 |
Die Sensordaten sind Bauteilspezifikationen. Einbauort, Luftführung, Schutzaufbau, Leitungslängen und Betriebsbedingungen können die Aussage des Messwerts im Gesamtsystem beeinflussen.
THSens - technische Daten
| Merkmal | Wert gemäß THSens-Dokumentation |
|---|---|
| Sensorelement | Sensirion SHT45 |
| Messgrößen | Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit |
| Messbereich | -40 bis +125 °C, 0 bis 100 % r.H. |
| zulässige Einsatzbedingungen | -30 bis +80 °C, 0 bis 98 % r.H. |
| Genauigkeit Feuchte | bei 25 °C: ±1 % r.H. im Bereich 20 bis 70 % r.H. |
| Genauigkeit Temperatur | ±0,1 K im Bereich +0 bis +60 °C |
| Wiederholgenauigkeit | Feuchte: 0,15 ±0,1; Temperatur: 0,07 K ±0,03 K |
| Auflösung | Chip: 0,01; Anzeige: 0,1 |
| Ansprechzeit | Feuchte ca. 4 s, Temperatur ca. 2 s |
| Werkstoff | Edelstahl 1.4571 |
| Sensorschutz | Sinterfilter aus HD-Polyethylen |
| Schutzart | IP65 |
| Abmessung | Ø 12 mm x 140 mm inklusive Sinterfilter |
Was die Darrabluft über den Trocknungsverlauf verrät
Bei der Hopfentrocknung durchströmt erwärmte Luft das Trocknungsgut und nimmt dabei Wasser aus dem Hopfen auf. Dadurch verändern sich Temperatur und Feuchte der austretenden Luft im zeitlichen Verlauf.
Dieser Verlauf enthält Informationen über den Trocknungsprozess. Ein einzelner Messwert beschreibt nur einen Moment. Erst die Entwicklung über die Zeit und der Vergleich mit den Bedingungen der jeweiligen Darre machen die Messwerte für die Beurteilung nutzbar.
Relative Darrabluftfeuchte und Kippzeitpunkt
Über der Aufschütthorde kann der Verlauf der relativen Darrabluftfeuchte Hinweise für die Beurteilung des Kippzeitpunkts liefern. Entscheidend ist dabei nicht ein isolierter Zahlenwert, sondern die Entwicklung des Messwerts im Zusammenhang mit Temperatur, Witterung, Sorte, Schütthöhe und der jeweiligen Darre.
Die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft beschreibt die Nutzung der relativen Feuchte der Darrabluft zur Beurteilung des Kippzeitpunkts als fachlichen Hintergrund zur Hopfentrocknung.
Daraus folgt keine Empfehlung, Prüfung oder Zertifizierung von HopCon durch die LfL. Die Quelle dient hier ausschließlich zur fachlichen Einordnung des Messprinzips.
Drahtmessung im Schuber
Die Drahtmessung ist in der aktuellen HopConBox-V17-Dokumentation als Impedanzmessung dokumentiert. Der technische Drahtmessbereich ist mit 0-10 kHz angegeben. HopConBox V17 stellt zwei Drahtmessungen bereit.
Elektrisch wird damit ein Messwert aus dem Drahtmesssystem erfasst. Im Trocknungsverlauf verändert sich dieser Wert, weil sich der Zustand des Trocknungsguts und damit die elektrische Messsituation am Draht ändert. Für die Beurteilung ist deshalb vor allem der Verlauf wichtig.
10 kHz als Leer-Referenz
Für eine reproduzierbare Drahtmessung muss die externe Drahtmessung im leeren Zustand 10 kHz anzeigen. 10 kHz ist der Referenzwert des leeren Messaufbaus.
Die Einstellung erfolgt über ein Spindelpotentiometer im Gehäuse der externen Drahtmessung, die an der HopConBox angeschlossen ist. Die Leer-Referenz muss regelmäßig kontrolliert werden.
Nach dem Entleeren einer Schüttung kann der Anwender bei leerem Schuber den aktuellen Wert im Kurvendiagramm von HopConView ablesen. Weicht der Leerwert von 10 kHz ab, kann die Drahtmessung über das Spindelpotentiometer nachjustiert werden.
Die 10 kHz sind kein allgemeiner Grenzwert für den Entleerzeitpunkt, sondern die Referenz des leeren Messaufbaus. Die regelmäßige Kontrolle verbessert Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Trocknungsvorgängen.
Drahtmesswerte und Entleerzeitpunkt
Der „Draht im Schuber“ unterstützt die Beurteilung des Entleerzeitpunkts. HopConView 3.2 kann für unterschiedliche Hopfensorten eigene Schaltwerte für beide Drahtmessungen speichern und im Betrieb auswählen.
Die Sortenverwaltung speichert die Schaltwerte, nicht die Ausgangszuordnung selbst. Die Zuordnung der physischen Ausgänge bleibt in HopConView 3.2 im Dialog für die Ausgänge A1 bis A3 konfiguriert.
HopConBox V17 - technische Daten
| Merkmal | Wert |
|---|---|
| Versorgung | 24 V DC |
| Stromaufnahme | 3 A |
| Messwertaufnahme | bis zu 6 Messwerte + 2 Drahtmessungen |
| Temperatur / Feuchte | THSens mit Sensirion SHT45, digital |
| THSens-Kommunikation | Current-Loop-Verbindung zur HopConBox |
| Drahtmessungen | 2 |
| Drahtmessbereich | 0-10 kHz, Impedanzmessung |
| Ausgänge | 3, Messwerten zuweisbar |
| Ausgangsbelastbarkeit | max. 500 mA aktiv 24 V DC |
| Ausgangsfunktionen | statisch oder blinkend, direkt oder invertierend |
| PC-Verbindung | USB, Kommunikation über COM-Port |
| Schutzart | IP40 |
Die 3-A-Angabe wird hier als bestätigte Stromaufnahme der HopConBox V17 geführt. Sie ist von der maximalen Ausgangsbelastbarkeit der einzelnen Ausgänge zu unterscheiden.
HopConView 3.2 - Messwerte darstellen und auswerten
HopConView 3.2 ist die Windows-Software zur Anzeige, Aufzeichnung und Auswertung der Messwerte einer HopConBox. Die Software zeigt Temperatur-, Feuchte- und Drahtmesswerte in Live-Diagrammen an und speichert Kurvendaten lokal.
Darstellung
- bis zu vier Messwertbereiche
- bis zu 8 Messwerte
- Temperatur und relative Feuchte
- zwei Drahtmessungen
Konfiguration und Daten
- Verbindung über COM-Port
- lokale Datenbank mit MDF-Datei
- Export und Import von Einstellungen
- Hopfensorten mit Schaltwerten
Aus Temperatur und relativer Feuchte können in HopConView zusätzlich absolute Feuchtigkeit und Mischungsverhältnis angezeigt oder für Ausgangsfunktionen verwendet werden.
Warum der Verlauf wichtiger ist als ein einzelner Messwert
Ein einzelner Messwert ist immer eine Momentaufnahme. Bei der Hopfentrocknung ist jedoch entscheidend, wie sich Temperatur, relative Feuchte und Drahtmesswerte über die Zeit verändern.
Die gemeinsame Betrachtung der Verläufe unterstützt die Prozessbeurteilung. Sie macht Unterschiede zwischen Trocknungszyklen sichtbarer und hilft, Messwerte im Zusammenhang der jeweiligen Anlage zu bewerten.
Messwerte richtig einordnen
Sensorwerte besitzen spezifizierte Messunsicherheiten. Außerdem beeinflussen Messstelle, Luftführung, Darre, Betriebsbedingungen, Sorte, Witterung und Schütthöhe, wie ein Messwert zu interpretieren ist.
HopCon ersetzt nicht die Erfahrung des Anwenders, sondern ergänzt sie um nachvollziehbare Messwerte.
Technische Quellen
- HopConBox V17 Bedienungsanleitung DE
- HopConBox V17 Bedienungsanleitung EN
- HopConView 3.2 Bedienungsanleitung
- ATO THSens Produktinformation
- Sensirion SHT4x Datasheet, Version 3, April 2022
- Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft: Trocknung und Konditionierung von Hopfen
Die LfL-Quelle wird ausschließlich als fachlicher Hintergrund zur Hopfentrocknung und zu den Messprinzipien verwendet.