Temperaturmessungen sind schwer...

Praxis und Theorie der Destillation. Sowohl Fragen zu und Berichte von Destillationen als auch theoretische Erklärungen und Überlegungen
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derwo
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Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

Ich habe seit kurzem einen guten Temperatursensor und ein gutes Anzeigegerät. Nun wollte ich mal mit kochendem Wasser schauen, ob es richtig anzeigt.
Schon fast vergessen hatte ich, daß ich das auch schon mal mit meinem TFA-Einstichthermometer versucht hatte, aber je nach Eintauchtiefe sehr verschiedene Ergebnisse bekommen hatte. Irgendwann habe ich das auf hd diskutiert und mir wurde gesagt, daß meine Ergebnisse nicht stimmen können, das Thermometer sei kaputt. Ich habe mich dann nicht weiter damit beschäftigt und das Thermometer bei einer Wasserdestillation im Dampf überprüft.

Mein neuer PT100-Sensor mit Dreikabelanschluss hat eine garantierte Genauigkeit von ±0.1°C bei 0°C und dann pro °C von 0°C entfernt zusätzlich ±0.0017°C. Bei 100°C also zusätzlich ±0.17°C, insgesamt also ±0.27°C. Durch eine Eiswassermessung undoder eine Wasserdampfmessung kann man aber vielleicht gut nachkorrigieren.
Der Sensor ist sehr klein und wasserdicht. Das Anschlusskabel mit PFA (ähnlich PTFE) umhüllt. Dadurch kann ich ihn zB komplett in die Destille eintauchen.

Das Anzeigegerät hat eine garantierte Genauigkeit von <0.3% + 1 Kommastelle, wobei das für den gesamten Messbereich gilt. Für unseren Messbereich bis 100°C ist es wahrscheinlich eher 0.1-0.2% + 1 Kommastelle.

Das sind also schon wesentliche Fehler. Wir diskutieren ja oft über 0.1°C hin oder her. Aber viel genauer geht auch für ganz viel Geld nicht. Durch Thermometerfehlermessungen, Zweipunkt- oder Einpunktkalibrierung kann man aber wahrscheinlich noch was rausholen.


Meine Messungen, erstmal ohne Destille. Wasser und Kochtopf.

1.Messung:
Der Siedepunkt von Wasser sollte laut Luftdruck 99.8°C sein:
6l-Kochtopf mit 3l Wasser befüllt, stark sprudelnd zum Kochen gebracht.
Bei offenem Deckel mittig im Topf eingetaucht knapp unter der Wasseroberfläche: 99.8°C, knapp über dem Topfboden: 100.1°C.
Seitlicher, also näher am Topfrand als in der Topfmitte: 99.3°C.
Wenn ich den Sensor über die stark kochende Wasseroberfläche gehalten habe, ist die Anzeige auf 50°C runter. Sehr schwankend. Das ist natürlich kein Messfehler sondern einfach Luft, welche im Dampf vorhanden ist.
Dann habe ich einen Deckel aufgelegt, welcher ein Loch mit 2cm Durchmesser hat. Durch dieses Loch habe ich den Sensor in den Dampf gehängt. Die Temperatur stieg innerhalb einer Minute auf 99.9-100.0°C, die Luft wurde also herausgetrieben. Seltsam, daß die Temperatur aber höher ist als im Wasser.

2.Messung:
Der Siedepunkt von Wasser sollte laut Luftdruck wieder 99.8°C sein:
Wieder den 6l-Kochtopf mit 3l Wasser befüllt und stark sprudelnd zum Kochen gebracht.
Diesmal habe ich Siedesteinchen dazugegeben.
Bei offenem Deckel mittig im Topf eingetaucht knapp unter der Wasseroberfläche: 99.3°C, knapp über dem Topfboden: 99.4°C.
Seitlicher, also näher am Topfrand als in der Topfmitte: 99.2°C.
Wenn ich den Sensor über die stark kochende Wasseroberfläche gehalten habe, ist die Anzeige auf 59°C runter.
Insgesamt also konsistentere Ergebnisse mit Siedesteinchen. Aber die im Wasser gemessene Temperatur ist viel zu niedrig.
Dann habe ich wieder den Deckel aufgelegt, welcher ein Loch mit 2cm Durchmesser hat. Durch dieses Loch habe ich den Sensor in den Dampf gehängt. Die Temperatur stieg innerhalb einer Minute auf wie erwartet wieder 99.9°C.
Nun den Deckel wieder weg und den Sensor ins Wasser: Wie erwartet wieder 99.3°C. Nun habe ich den Deckel mit dem Loch draufgelegt, den Sensor im Wasser gelassen und die Temperaturanzeige stieg auf 100.1°C. Deckel wieder weg -> 99.3°C. Deckel wieder drauf und Dampf gemessen -> 99.9°C.
Wenn der Deckel also trotz seines Lochs für einen Überdruck sorgt, also die höheren Temperaturen von höherem Druck kommen, müsste die Temperatur sinken, wenn die Siedestärke geringer wird. Und siehe da, ich habe die Herdplatte ausgemacht, den Topf aber drauf stehen lassen. Und ziemlich sofort ist die Anzeige gesunken. Nach 1min war sie schon auf 99.0°C, also wenn das stimmt, war da schon irgendwie wieder Luft im Dampf.


Was kann ich nun daraus ziehen?
- Zuerst, daß es so absolut keinen Sinn macht, ein Thermometer zu testen. Ich muss darauf hoffen, daß es eingebaut in der Destille anders ist. Das halte ich für möglich.
- Die Überlegungen in den anderen aktuellen Themen bezüglich des Temperaturunterschieds flüssig/dampfförmig aufgrund von Luft im Dampf sind ja der Hauptgrund, warum ich diese Messungen mache. Bei meinen Messungen sind zwei ganz gut vergleichbar: Die Messungen bei aufgelegtem Deckel nacheinander im Wasser und im Dampf. Sie mögen absolut gesehen falsch sein, weil im Topf ein erhöhter Druck zu sein scheint, aber der erhöhte Druck müsste bei beiden Messungen gleich sein. Und hier zeigte sich eine um 0.2°C niedrigere Temperatur im Dampf als im Wasser. Also das ist wieder ein Hinweis, daß an der Sache was dran sein könnte.

Ich überlege mir eine Möglichkeit, während einer Destillation den Sensor zwischen Topf und Potstillkopf hin-und-herwechseln zu können und ihn verschieden tief in den Topf hängen zu können, also ins Wasser oder in den Dampfraum.
Und morgen mache ich mal eine Eiswassermessung.
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Alk52
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von Alk52 »

Kannst Du bitte einen Link (oder genaue Beschreibung) zum Sensor und Anzeigeinstrument posten.
derwo hat geschrieben: 28. Mai 2021, 20:52 Mein neuer PT100-Sensor mit Dreikabelanschluss hat eine garantierte Genauigkeit von ±0.1°C bei 0°C und dann pro °C von 0°C entfernt zusätzlich ±0.0017°C. Bei 100°C also zusätzlich ±0.17°C, insgesamt also ±0.27°C.
Das Anzeigegerät hat eine garantierte Genauigkeit von <0.3% + 1 Kommastelle, wobei das für den gesamten Messbereich gilt. Für unseren Messbereich bis 100°C ist es wahrscheinlich eher 0.1-0.2% + 1 Kommastelle.
Nach Herstellerangaben ist die Summe der möglichen / zulässigen Abweichungen bei 100°C = ± (0,27 + (<0,3) + 0,1) = < ±0,67°C.
Das ist erst mal kaum zu glauben, aber es darf vorkommen...

Deine Messungen im und über dem siedenden Wasser wären - jede für sich - noch zulässig, aber die systematischen Abweichungen die Du gemessen hast, zeigen andere mögliche Ursachen.
derwo hat geschrieben: 28. Mai 2021, 20:52 Bei offenem Deckel mittig im Topf eingetaucht knapp unter der Wasseroberfläche: 99.8°C, knapp über dem Topfboden: 100.1°C.
Seitlicher, also näher am Topfrand als in der Topfmitte: 99.3°C.
Wenn ich den Sensor über die stark kochende Wasseroberfläche gehalten habe, ist die Anzeige auf 50°C runter. Sehr schwankend. Das ist natürlich kein Messfehler sondern einfach Luft, welche im Dampf vorhanden ist.
Die Abweichung zum Rand hin könnte sich durch eine große Topfbodenfläche und kleine Heizquelle erklären.
Bei der Dampfmessung im offenen System ist es natürlich die eingezogene und mitgerissene Luft ...

In der Destille kommt keine Luft von der Seite, also haben wir ganz andere Bedingungen im Kessel und im Steigrohr.

Seit inzwischen fast einem Jahr arbeite ich daran meine Thermometer zu verstehen und zu kalibrieren.
Am Anfang habe ich genau wie Du mit Wasser und Eis probiert, das ist gut für grobe Korrekturen, ab weit weg von 0,1°C am Ende.
Dann hatte ich für 4 Wochen professionelles Equipment (Beamex 150 FB) zur Verfügung und habe ca. 60 Sensoren vermessen. Aber als ich dann untersucht habe, welchen Einfluß die Eintauchtiefe des (bei mir längeren) Sensors hat, habe ich mich heftig erschrocken.

Im Beitrag Thermometerkalibrierung mit Wasser- und Methanoldampf ist der Unterschied zwischen einer Eintauchtiefe von 10 cm (KalibrierBasis) und einer ET von 4 cm dargestellt.


Damit war für mich klar, dass die Sensoren im System kalibriert werden müssen, weil dort ET, Einspannung, Position (im Kessel / Steigrohr) zusätzlich beeinflussende Variable sind.
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derwo
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

Ohne Bestimmung mindestens eines Korrekturwerts wird es nicht gehen, das ist mir klar. Und es sollte natürlich primär im eingebauten Zustand funktionieren.
Da bei mir das Problem der unvollständigen Eintauchtiefe wegfällt, hatte ich erwartet, daß alles etwas einfacher und konsistenter wird als bei meinem Einstichthermometer. Davon merke ich leider bisher nichts. Es kann aber trotzdem immer noch ein großer Vorteil sein: Eine Eiswassermessung ist dadurch nämlich relevant. Wenn man dagegen den Thermometerfehler oder zumindest die Hälfte davon mit einer Eiswassermessung bestimmt und dann aber im Dampf das Thermometer nur zum Teil eintaucht, passt das nicht, weswegen du ja den deutlich schwierigeren Weg über die Methanoldestillation eingeschlagen hast, welcher einerseits den Vorteil hat, daß du näher am für uns interessanten Bereich bist, was bei deinen Thermometern glaube ich wegen der weniger linearen Widerstandskurve wichtig ist, andererseits aber die Siedepunktdaten von Methanol nicht garantiert auf 0.1°C genau stimmen, der Schmelzpunkt von Wasser dagegen klar definiert ist.

Ich bin froh, daß du das andere System verwendest. Die Möglichkeiten mit den zahlreichen Sensoren und den Diagrammen werde ich mit meinem Sensor nie haben. Und aus den Verläufen der Kurven haben wir ja schon sehr viel Schlüsse ziehen können. Mein Sensor bietet aber vielleicht die Möglichkeit, einzelne absolute Werte genauer messen zu können, was meiner Meinung nach zwar weniger Wert ist als deine relativen Temperaturverläufe, aber ebenfalls meiner Meinung nach halt bisher vergleichsweise vernachlässigt wurde.
Außerdem steht azeotrops Entdeckung mit der eventuell niedrigeren Dampftemperatur ja im Raum. Und um das zu überprüfen, ist mein Sensor glaube ich ein gutes Werkzeug.


Ich habe heute die Eiswassermessung gemacht. Also gecrushtes Eis in eine Thermoskanne, etwas Wasser dazu und dann den Sensor mittenreingesteckt. Die Anzeige hat entweder 0.0 oder -0.1°C angezeigt. Auch noch Stunden später, als das Verhältnis von Wasser zu Eis deutlich gestiegen war. Einmal hat es -0.2°C angezeigt. Da habe ich dann gemerkt, daß der Sensor in einem Eisbrocken festgesessen ist, also eingefroren war. Nach etwas Umrühren ist der Wert wieder auf 0 oder -0.1 angestiegen.
Falls ich einen zweiteiligen Thermometerfehler bestimmen werde, werde ich als den ersten Wert -0.05 nehmen.


Ich habe heute noch ein bisschen rumgegoogelt, wie die Profis Siedepunkte bestimmen. Die "Thiele tube method" schaut interessant aus:
https://chem.libretexts.org/Bookshelves ... ermination
Es gibt auch youtube-videos, wo man das anschauen kann.
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derwo
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

Ich habe heute nochmal versucht, ganz normal mit einem Kochtopf die Siedetemperatur im Wasser zu bestimmen. Ich habe den Topf etwas mehr befüllt und habe vor allem während des Messens permanent umgerührt. Trotzdem habe ich zwischen 99.7 und 100.1°C gemessen. Die Mitte 99.9°C würde passen, der Siedepunkt müsste laut meinem Luftdruck 99.93°C sein. Gerührt habe ich vorsichtig, trotzdem wird vielleicht minimal Luft in das Wasser gerührt, was dann die Temperatur vielleicht niedriger macht. Also ich kann mir vorstellen, daß es gerührt aber ohne Lufteintrag dann noch 0.1°C höher gewesen wäre. Das würde bedeuten, daß mein Thermometer bei 100°C 0.1°C zu hoch anzeigt. Oder ich überschätze das mit der Luft, dann würde mein Thermometer genau richtig anzeigen.

Das ersetzt natürlich nicht die Wasserdestillation. Die werde ich mit Rührwerk machen. Dauert aber ein paar Tage.
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Bei mir steht die Kesselwassertemperatur ohne Rührwerk völlig stabil. Ich bin gespannt wie es bei dir wird.
Vergiss die Siedesteine nicht.
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derwo
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

Ich habe heute in meiner isolierten Potstill, welche bis zum Rand 17l fasst, 10l Wasser eingefüllt und destilliert. Der Luftdruck war so, daß der Siedepunkt bei 99.72°C liegen müsste.

Zuerst ohne Siedesteinchen, denn eigentlich müsste das Rührwerk doch reichen, dachte ich:

Im Wasser:
2kW: 100.2°C. Es hat lange gedauert, bis diese Temperatur erreicht war. Es ist schon vorher Destillat gekommen.
Auch bei 800W und 2.5kW habe ich diese Temperatur gemessen.
Je nach Tiefe des Sensors hat dieser Wert aber zwischen 100.1 und 100.3 geschwankt. Also 100.3°C war ganz unten.

Im Kessel im Dampf:
99.8°C sowohl bei 800W als auch 2.5kW

Im Potstillkopf (kaum Steigrohr):
Ebenfalls 99.8°C sowohl bei 800W als auch 2.5kW

Das Rührwerk an- oder ausschalten gab kurzzeitige Schwankungen um 0.1°C.
Das Kühlwasser ausschalten hat keine Veränderungen gebracht.

Dann habe ich Siedesteinchen rein (Zeolithgranulat):
Nun hat das Thermometer im Wasser konstant 100.0°C angezeigt. Also etwa 0.2°C weniger.

Im Dampf hat es dann gependelt zwischen 99.7 und 99.8°C, also 99.75°C.

Dann habe ich den Sensor wieder ins Wasser gehängt, etwas laufen lassen und dann ausgeschaltet, um zu schauen, wann die Temperatur sinkt. Schon bevor kein Destillat mehr kommt? Dann könnte man das so interpretieren, daß der Unterschied der Temperatur zwischen Wasser und Dampf daran liegt, daß im Wasser ein Überdruck ist, obwohl im Dampf keiner ist. Wenn man sich Anleitungen der "Thiele tube method" anschaut, gibt es Uneinigkeit darüber, wann man die Temperatur ablesen soll. Teilweise soll an zwei Zeitpunktenh abgelesen werden und die Werte gemittelt werden und teilweise soll nur die Temperatur genommen werden, wenn man die Heizquelle ausgeschaltet hat und das Kochen aufgehört hat (das ist, sobald Wasser die Kapillare hochgeht). In einem Video darüber wurde auch von Überdruck gesprochen, der in der Flüssigkeit ist und den Dampf heraustreibt.
Da kam aber eine Überraschung: Die Temperatur stieg nach dem Ausschalten an! Als nur noch 1 Tropfen pro Sekunde Destillat kam, war die Anzeige um 0.1 - 0.2°C gestiegen! Also es hat zwischen 100.1 und 100.2 gependelt.
Dann habe ich wieder aufgeheizt und die Temperatur ist wieder auf 100.0°C gesunken.



Was kann man daraus lesen?

Da die Ergebnisse vollkommen unabhängig von der Heizleistung sind, herrscht also auch bei der Maximalleistung kein messbarer Überdruck und damit ist diese Fehlerquelle also schonmal weg.
Meiner Meinung nach sind die Werte mit Siedesteinchen die "richtigeren". Deren Einfluss (-0.2°C) ist aber schon etwas seltsam. Auch der minimal niedrigere Wert im Dampf ist dann wohl "richtiger".
Aber der Temperaturanstieg im Wasser nach dem Ausschalten ist für mich vollkommen unerklärlich.
Anscheinend zeigt mein Sensor zu viel an. Aber wie viel genau, weiß ich leider immer noch nicht.

Ich habe noch den Gedanken, daß mit mehr Siedesteinchen oder so noch mehr Konstanz zu erreichen ist. Vielleicht auch sehr feines Material, daß das Wasser trüb ist. Mal überlegen. Jedenfalls glaube ich nicht, daß die Dampfmessung verbessert werden kann.
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

derwo hat geschrieben: 2. Jun 2021, 14:08 Aber der Temperaturanstieg im Wasser nach dem Ausschalten ist für mich vollkommen unerklärlich.
Ich habe gestern zufällig auch genauer auf die Abkühlphase geschaut. Bei mir stieg die Kesseltemperatur (Flüssigkeit) auch nach dem Abschalten der Heizung an. Der Zeitpunkt hing grob damit zusammen wann oben am Kondensator (Boka Kopf) der Dampf weg war. Ich erkannte das auch am Absinken der RK Kühlwasser Ausgangstemperatur. Ich hatte den RK so eingestellt dass mit 2200 W zur Heizplatte das Kühlwasser ca. 40°C am Ausgang hatte. Nach Abschalten der Heizung entsteht ja eine zeitlang weiter Dampf. Während dieser Zeit blieb die Kesseltemperatur noch auf der errechneten Siedetemperatur. Als der Dampf weniger wurde, stieg die Kesseltemperatur für einige Zeit um 0,3 Grad an. Später sank sie natürlich. Ich habe das Spielchen noch 3 mal wiederholt. Immer wieder das gleiche Ergebnis.

Ich bin genau so ratlos wie du. :thinking: :study: :doh: :dontknow: :sick: :uärgs:

Aber wichtig ist ja auch die Bestätigung dass der Dampf kühler gemessen wird als das Wasser.

Ich werde den fest eingebauten Kesselfühler wieder ausbauen und alles nochmal mit Eis, dem Topf mit Helm und dann wieder eingebaut im Kessel überprüfen.
Zuletzt geändert von azeotrop am 2. Jun 2021, 20:07, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Ich spintisiere mal etwas.

Wenn der Dampf dünner wird oder ganz weg ist, fällt die verdrängte Luft wieder in die Destille.
Die Luftschicht über der Wasseroberfläche stellt eine Isolierung das und die Flüssigkeit bringt keine Energie mehr in Dampf. Ohne Luft würde wenigstens noch etwas Dampf entstehen und dem Wasser Energie entziehen.
Da der heiße Topf und die heiße Heizplatte noch Energie nachschieben steigt die Temperatur leicht an.
Keine Ahnung ob das die Ursache sein kann oder ob es nur ein Gehirnfurz ist.
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

azeotrop hat geschrieben: 2. Jun 2021, 15:38Aber wichtig ist ja auch die Bestätigung dass das Dampf kühler gemessen wird als das Wasser.
Ja, aber wir wissen ehrlich gesagt noch nicht, welche die richtige Temperatur ist. Es könnte immer noch sein, daß der Dampf doch luftfrei wird und das halt die Siedetemperatur von Wasser ist. Und die Messung im Wasser ist falsch. Warum auch immer.
Daß der Dampf luftfrei wird, wäre eigentlich keine Überraschung. Wir sind ja nur wegen des Temperaturunterschieds darauf gekommen, daß er es eventuell nicht ist.
Kein Beweis, aber es geht mir im Kopf herum: Mein Sensor sollte recht genau sein. Laut Dampftemperatur ist er es, laut Wassertemperatur nicht. Also liegt es nahe, daß der Dampf "recht hat".
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

http://www.sites.hps.cam.ac.uk/boiling/index.htm
Ich glaube, das ist ein Goldstück, da finden wir die Antworten. Ob Lösungen, das wird sich noch zeigen.
Aich die anderen Teile von "The myth of the boiling point" bitte lesen.
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Alk52
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von Alk52 »

Super Quelle hast Du da gefunden.
Damit können wir die Zeit überbrücken, bis es wieder was zu brennen gibt. :+1:
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Das tut gut. Nun endet das Gefühl dass wir die Einzigen sind, die hier eigenartige Dinge beobachtet haben.
Das muss ich mir noch öfter durchlesen.
Glückwunsch zu der Entdeckung.
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von Alk52 »

derwo hat geschrieben: 2. Jun 2021, 14:08 Zuerst ohne Siedesteinchen
Im Wasser:
Je nach Tiefe des Sensors hat dieser Wert aber zwischen 100.1 und 100.3 geschwankt. Also 100.3°C war ganz unten.
Das deckt sich mit meinen Erwartungen und den Beobachtungen der weiter unten zitierten Untersuchung. Am Kesselboden könnten wir so etwas wie Hotspot-Dampf haben, der sich bei der Messung wiederfindet.
derwo hat geschrieben: 2. Jun 2021, 14:08 Im Kessel im Dampf:
99.8°C sowohl bei 800W als auch 2.5kW

Im Potstillkopf (kaum Steigrohr):
Ebenfalls 99.8°C sowohl bei 800W als auch 2.5kW

Dann habe ich Siedesteinchen rein (Zeolithgranulat):
Nun hat das Thermometer im Wasser konstant 100.0°C angezeigt. Also etwa 0.2°C weniger.

Im Dampf hat es dann gependelt zwischen 99.7 und 99.8°C, also 99.75°C.
Im Dampf haben wir also unabhängig von der Heizleistung und dem Topfboden /Siedesteinchen nur eine Variabilität von ca. 0,5°C.

derwo hat geschrieben: 2. Jun 2021, 14:08 Dann habe ich den Sensor wieder ins Wasser gehängt..
Da kam aber eine Überraschung: Die Temperatur stieg nach dem Ausschalten an! Als nur noch 1 Tropfen pro Sekunde Destillat kam, war die Anzeige um 0.1 - 0.2°C gestiegen! Also es hat zwischen 100.1 und 100.2 gependelt.
Dann habe ich wieder aufgeheizt und die Temperatur ist wieder auf 100.0°C gesunken.
Eine meiner Hypothesen ist, dass hier mangels Dampfmenge/Produkt die "absaugende" Wirkung des PK reduziert ist und so der Druck im Kessler erhöht wird.
Vielleicht zeigt ein ausgeschalter PK - kurzfristig - einen ähnlichen Effekt.
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

derwo hat geschrieben: 2. Jun 2021, 14:08
derwo hat geschrieben: 2. Jun 2021, 14:08 Im Kessel im Dampf:
99.8°C sowohl bei 800W als auch 2.5kW

Im Potstillkopf (kaum Steigrohr):
Ebenfalls 99.8°C sowohl bei 800W als auch 2.5kW

Dann habe ich Siedesteinchen rein (Zeolithgranulat):
Nun hat das Thermometer im Wasser konstant 100.0°C angezeigt. Also etwa 0.2°C weniger.

Im Dampf hat es dann gependelt zwischen 99.7 und 99.8°C, also 99.75°C.
Im Dampf haben wir also unabhängig von der Heizleistung und dem Topfboden /Siedesteinchen nur eine Variabilität von ca. 0,5°C.
Nein. Die 100°C sind im Wasser! Im Dampf hat es also entweder 99.8°C angezeigt oder es hat zwischen 99.7 und 99.8 gependelt. Die Variabilität ist also geringer als 0.1°C.


http://www.sites.hps.cam.ac.uk/boiling/discussion1.htm
However, happy-go-lucky sloppiness is not the most robust strategy of building scientific knowledge in the end, as the Royal Society Committee realized quite well. The committee's lasting contribution, the last of our three factors contributing to the fixity of the boiling point, was to find one clear method of reducing the variations of the boiling point due to miscellaneous causes. The following was the committee's chief recommendation: "The most accurate way of adjusting the boiling point is, not to dip the thermometer into the water, but to expose it only to the steam" (Cavendish et al. 1777, 845). Somehow, using the boiled-off steam rather than the boiling water itself seemed to eliminate many of the most intractable variations in the temperature:

"The heat of the steam therefore appears to be not sensibly different in different parts of the same pot; neither does there appear to be any sensible difference in its heat, whether the water boil fast or slow; whether there be a greater or less depth of water in the pot; or whether there be a greater or less distance between the surface of the water and the top of the pot; so that the height of a thermometer tried in steam, in vessels properly closed, seems to be scarce sensibly affected by the different manner of trying the experiment." (ibid., 824)

The recommendation to use steam came most strongly from Cavendish, who had already made the same proposal in his review of the instruments used at the Royal Society (Cavendish 1776, 380). But is the steam point really more fixed than the boiling-point? If so, why? (Read more about the fixedness of the steam point.)
http://www.sites.hps.cam.ac.uk/boiling/steampoint.htm
Hier wird beschrieben, wie sich die Dampfmessung historisch zuerst langsam durchgesetzt hat (auch Luft im Dampf wurde da angesprochen) und später aber in Überlegungen (staubfreie Luft) zumindest in der Theorie als ebenfalls anfällig für Fehler erwiesen hat.

Ich bin auch noch nicht ganz durch und habe heute und morgen keine Zeit mehr. Aber es schaut so aus, als haben wir uns umsonst den Kopf gemacht. Thermometer im Dampf kalibieren, fertig, aus. Und die Temperaturwerte im Kessel nicht so ernst nehmen. Ich werde trotzdem mal mit Alkohol was ausprobieren (Vergleich Temperatur Dampf und Flüssigkeit).
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Es werden viele wichtige und interessante Punkte angesprochen. Aber zu einer Lösung führt es nicht.
Der Aspekt des Luftgehalts im Dampf ist hier nicht untersucht worden, sondern nur der Effekt der gelösten Gase im Wasser. Diese wirken stark auf die Flüssigkeit. Über die Auswirkung von Gasen auf den Dampf wird nicht gesprochen.

Nach einer ersten Durchsicht blieb mir folgendes besonders in Erinnerung:
http://www.sites.hps.cam.ac.uk/boiling/steampoint.htm hat geschrieben:If steam can easily be cooled down below the "steam point" (that is, the temperature at which the vapor pressure of saturated steam equals the external pressure), the steam point is no more fixed than the boiling point of liquid water.
Für mich ist damit die Idee in siedenden Flüssigkeiten oder deren Dämpfen Thermometer zu kalibrieren gestorben. Zumindest da wo ich hohe Genauigkeit suche.

Es scheint mir dass unser bestes kostenlos verfügbares Mittel die Kalibrierung mit Eis/Wasser ist. Das bedeutet aber nicht dass es für alle Sensortypen gut und ausreichend ist.
Das zweitbeste Mittel ist sicher der Vergleich der Anzeige mit einem hochwertigen kalibrierten Thermometer bei einer möglichst stabilen Temperatur im Bereich in dem wir messen wollen. Z.B Thermoskanne mit heissem, nicht siedendem Wasser oder Öl.

Ich habe die Webseiten einiger DKD Kalibrierlabore abgeklappert. Die höchste Genauigkeit die die mit ihren Geräten auf ein zu kalibrierendes Thermometer übertragen können liegt bei 0,1°C.
Genauer können es nur die Primärnormale (z.B. der PTB) mit denen die Messgeräte der DKD Labore kalibriert werden.
Das liegt kostenmässig ausserhalb meiner Reichweite.

Ich werde mal mit dem DKD Labor telefonieren mit dem ich früher beruflich zusammengearbeitet habe. Mal sehen was rauskommt.
Ich habe einige gute Glasthermometer. Leider ohne Kalibrierunterlagen. Vielleicht geht was.
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Es gibt eine EU Verordnung die auch die anwendbaren Verfahren für die Siedepunktbestimmung beschreibt.
CELEX_32008R0440_DE_TXT.pdf
(13.6 MiB) 11-mal heruntergeladen
Manche Methoden verwenden die Dampftemperatur auf die eine oder andere Weise.

Auf PDF Seite 16 findet man in Tabelle 1 eine Aussage über die erreichbaren Genauigkeiten.
Bildschirmfoto 2021-06-03 um 08.33.37.jpg
Man erkennt leicht dass keine dieser Methoden geeignet ist ein Thermometer genau zu kalibrieren.
Es grüßt Azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von Alk52 »

azeotrop hat geschrieben: 2. Jun 2021, 20:52
Nach einer ersten Durchsicht blieb mir folgendes besonders in Erinnerung:
http://www.sites.hps.cam.ac.uk/boiling/steampoint.htm hat geschrieben:If steam can easily be cooled down below the "steam point" (that is, the temperature at which the vapor pressure of saturated steam equals the external pressure), the steam point is no more fixed than the boiling point of liquid water.
Der Dampf in der Destille kann nicht unterkühlt werden, weil ständig neuer Dampf nachströmt.
azeotrop hat geschrieben: 2. Jun 2021, 20:52 Für mich ist damit die Idee in siedenden Flüssigkeiten oder deren Dämpfen Thermometer zu kalibrieren gestorben. Zumindest da wo ich hohe Genauigkeit suche.
Wenn der Dampf - "die bessere Siedetemperatur" - gemessen werden kann und wir ja eigentlich an der Dampftemperatur interessiert sind, ist es praktisch und ausreichend genau, Dampf in der Destille zu messen und damit zu kalibrieren.
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Alk52 hat geschrieben: 3. Jun 2021, 10:41 und wir ja eigentlich an der Dampftemperatur interessiert sind, ist es praktisch und ausreichend genau, Dampf in der Destille zu messen und damit zu kalibrieren.
Oder man nimmt ein genaues Thermometer das nachvollziehbar mit anderen Mitteln kalibriert wurde.
Ich werde bis auf weiteres mit Eiswasser kalibrieren. Bei deinen Sensoren scheidet das aus. Wenn du mit Dampf kalibrierst und diesen Dampf dann misst hast du halt keine unabhängige Referenz. Aber der Fehler wird überschaubar bleiben.
Beim Dampf hast du aber noch immer das nicht völlig geklärte Problem mit dem Luftgehalt.
Kannst du dir nicht aus der Firma ein portables Thermometer mitnehmen? Es gibt viele die auf 0,1°C Abweichung kalibriert wurden.
Wenn du damit parallel den Dampf bei deinem geplanten Versuch messen könntest, kämen wir sicher einen Schritt weiter.
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Alk52
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von Alk52 »

>>> Kannst du dir nicht aus der Firma ein portables Thermometer mitnehmen? <<<

Dazu bin ich zu alt.

Meine ThermoSensoren sind auf 0,1°C kalibriert. Jetzt kommt nur noch die Überrprüfung im Dampf und die Kompensation der Einbausituation.
Eiswasser ist kein prinzipielles Problem, nur die Idee mit der Thermoskanne kannte ich nicht.
Nichts ist ohne Grund.
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Doppelpost. Bitte löschen
Zuletzt geändert von azeotrop am 3. Jun 2021, 19:36, insgesamt 1-mal geändert.
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Hast du die Sensoren kalibriert oder die ganze Messeinrichtung?
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derwo
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

azeotrop hat geschrieben: 2. Jun 2021, 20:52 Nach einer ersten Durchsicht blieb mir folgendes besonders in Erinnerung:
http://www.sites.hps.cam.ac.uk/boiling/steampoint.htm hat geschrieben:If steam can easily be cooled down below the "steam point" (that is, the temperature at which the vapor pressure of saturated steam equals the external pressure), the steam point is no more fixed than the boiling point of liquid water.
Für mich ist damit die Idee in siedenden Flüssigkeiten oder deren Dämpfen Thermometer zu kalibrieren gestorben. Zumindest da wo ich hohe Genauigkeit suche.
Das ist mir zu weit aus den Kontext gerissen. Die Dampftemperatur zeigt eine weitaus höhere Stabilität als die Flüssigkeitstemperatur. Da sind wir uns glaube ich einig.
Daß es aber nur in praxisnahen Experimenten so ist, es also theoretische Fälle gibt, wo der Siedepunkt variabel ist, die Dampftemperatur also keine absolut fixe physikalische Größe ist, wurde (unter dem gleichen link) von Aitken gezeigt:
His (Aitken) main discovery was that steam could routinely be cooled below the temperature indicated by the standard pressure-temperature relation without condensing into water, if there wasn't sufficient dust around.
Und daraus folgert der Autor der Seite mit Recht:
The implication of Aitken's discovery for the fixity of the steam point is clear to me, though it does not seem to have been emphasized at the time. If steam can easily be cooled down below the "steam point" (that is, the temperature at which the vapor pressure of saturated steam equals the external pressure), the steam point is no more fixed than the boiling point of liquid water.
Und vergleicht das mit der Instabilität der Wassertemperatur beim Sieden:
Moreover, what allows those points to be reasonably fixed in practice is precisely the same kind of circumstance: the "ordinary" conditions of our materials being full of impurities--whether they be air in water or dust in air. Cavendish was right in arguing that steam would not go supersaturated, but he was right only because he was always dealing with dusty air.

Meiner Meinung nach ist aber der Unterschied, daß die nötigen Umstände, die Dampftemperatur zu verändern, zu weit von der Praxis entfernt sind, im Gegensatz zur Wassertemperatur, wo es die normalen Umstände erlauben, verschiedene Ergebnisse zu erzielen.

Und wegen der Luft im Dampf:
Das logischste wäre, wenn die Luft so weit vom Dampf vertrieben wird, daß sie nicht mehr messbar ist. (Wenn man Zuckerwasser in einem Becher hat und schüttet immer weiter reines Wasser dazu und lässt überlaufen, ist der Zucker irgendwann nicht mehr nachweisbar.) Davon gehe ich aus, wenn es keine deutlichen Hinweise gibt, daß es anders ist. Unser Hinweis, daß es anders ist (die zur Wassertemperatur unterschiedliche Temperatur), ist nun nicht mehr so deutlich, wie er mal war.


Eine spontane Idee wäre, die Stabilität der Dampftemperatur zu testen. Es gibt ja auch einfache Möglichkeiten, die Siedetempertur von Wasser zu erhöhen: Die Zugabe von Salz.
https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1457
The boiling point is raised by 0.5 degrees Celsius for water with 29.2 grams of salt dissolved in each kg of water.

Also Wasser destillieren mit Thermometer im Potstillkopf. Dann den Potstillkopf abnehmen. 60g/lt Salz in den Kessel schütten (was 1°C ausmachen sollte), zumachen und die Temperatur beobachten. Da der Dampf salzfrei sein wird, müsste die Dampftemperatur gleichbleiben bzw deutlich niedriger als die vom Salzwasser sein.
Wäre das ein Beweis für das eine oder das andere? Eigentlich nicht, aber interessant wäre es schon.
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Dieser Text ist für mich nachvollziehbar:
His (Aitken) main discovery was that steam could routinely be cooled below the temperature indicated by the standard pressure-temperature relation without condensing into water, if there wasn't sufficient dust around.
Mein Verständnis ist:
Seine Hauptentdeckung war dass Dampf regelmäßig unter die Temperatur ........ gekühlt werden kann ohne zu Wasser zu kondensieren, ausser es ist genügend Staub vorhanden.
Gehst du davon aus dass sich in der Destille genügend Staub im Dampf befindet? Aitken war Metereologe, oder?


Auch dieser Satz scheint mir klar zu sein.
The implication of Aitken's discovery for the fixity of the steam point is clear to me, though it does not seem to have been emphasized at the time. If steam can easily be cooled down below the "steam point" (that is, the temperature at which the vapor pressure of saturated steam equals the external pressure), the steam point is no more fixed than the boiling point of liquid water.
Mein Verständnis ist:
Die indirekte Schlussfolgerung aus Aitkens Entdeckung für die Konstanz des Dampfpunktes ist für mich klar obwohl es seinerzeit nicht betont wurde. Wenn Dampf leicht unter den Dampfpunkt gekühlt werden kann (......) ist der Dampfpunkt nicht stabiler als der Siedpunkt von flüssigem Wasser.
Ich finde keine Aussage in der Art: Die Messung der Dampftemperatur ist geeignet als Referenz für die Überprüfung eines Thermometers zu dienen. Es geht ihm einfach um was anderes. Er zeigt dass weder Siedepunkt noch Kondensationspunkt in Stein gemeisselt ist.
Er erklärt aber mit Aitken warum Wolken am Himmel bleiben.

Ich würde aber gerne darauf verzichten hier Textanalyse zu betreiben und auf Fakten hoffen.

Ich werde nächste Woche einen Ausflug zu dem Kalibrierlabor machen mit dem ich früher zusammengearbeitet hatte. Der Besitzer hat angedeutet dass ich noch was gut bei ihm hätte und wird kein Geld verlangen.
Wenn mein Thermometer inkl. Sensor dann mal kalibriert ist kann ich Dampf und Wasser messen und die Anzeige beurteilen.
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derwo
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von derwo »

Von der Textanalyse her ist es aber sehr in Richtung Dampftemperatur. Aber es sind natürlich Meinungen. Die Wissenschaft hat sich darauf geeinigt, daß der Punkt sehr stabil ist und nur mit Tricks verändert werden kann. Wenn du damit nicht einverstanden bist, muss ich weiter längere Textausschnitte posten, was du aber nicht willst. Bisschen schwer, das ohne Textausschnitte zu argumentieren.
Nur eine ganz kurze:
Marcet already stated in 1842 that the steam point was "universally" accepted.
Das ist es doch, was du fragst?

If steam can easily be cooled down....
Ja , wenn das denn so einfach ist. Das wird ja gar nicht behauptet. Kommt man wirklich so einfach auf eine Abweichung von 0.1°C oder mehr? Ob 0.01°C erreichbar sind, kann uns egal sein.

Ich denke, im Dampfraum sind genug Möglichkeiten zur Kondesation. Sei es Staub, die Rohrwände, die Packung, winzige Partikel, die hochgerissen werden oder von den Rohrwänden oder der Packung abgetragenes Material, welches herunterfällt oder -fließt.


Ich bin aber jedenfalls natürlich gespannt auf deine Messung mit dem kalibrierten Thermometer.
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azeotrop
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Re: Temperaturmessungen sind schwer...

Beitrag von azeotrop »

Ich sage Bescheid was dabei rauskommt.
Falls du ein Dokument hast in dem beschrieben wird wie man ein unkalibriertes Thermometer im Dampf kalibriert wäre das interessant.
Ich meine keine Anleitung für Privatleute zu Hause sondern schon etwas in Richtung wissenschaftlich.
Ich konnte leider nichts in der Richtung finden. Ich fand immer nur das Umgekehrte: Wie misst man die Dampftemperatur mit einem kalibrierten Thermometer.
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