Термоконтроль и джоули YiHi — как это работает?

Серьезно, когда я впервые увидел на фото выставление в режиме ТК джоулей вместо привычных ватт (YiHi первыми отметились с этой инновацией, ЕМНИП), я пришел в замешательство: как эта штуковина планирует отмерять джоули? Это будет не только контроль температуры, но и чтение будущего, что ли? Или это просто маркетинговый буллшит, который просто должен звучать свежо и красиво — типа, мы заново изобрели ТК? В общем, если желание вспомнить школьный курс физики и разобраться в влажных фантазиях китайцев, то у меня нет времени объяснять все прямо сейчас — срочно погнали под кат!

Предупреждаю — я буду употреблять немного сложных слов, немного физики и немного математики для того, чтобы разобраться, что в данном приложении означают джоули, почему именно они и как разобраться, сколько нужно выставить (а не подбирать). Я не думаю, что это кого-то остановит — мы же дружно выучили закон Ома по картинкам, верно? Итак, поехали.

Джоуль, в отличие от ватта, является единицей измерения совершенной работы. Если отвлечься от статей с Заблокированной и попробовать объяснять все на пальцах, то за одну секунду при подаваемой мощности в один ватт на нагрузке (спирали, например) выделится один джоуль. Единственное, что в контексте электронных сигарет может нас удивить — так это часть «за определенное время». Если отталкиваться от такого определения — то как мод будет определять, на сколько секунд ему распределять подаваемую и заданную пользователем работу? Естественно, мод не может предвидеть будущее (даже SX Mini, к сожалению) и сказать: «Так, чувак задал 50 джоулей на экране, и я знаю, что он отпустит кнопку через пять секунд — начну-ка я валить 10 ватт на спираль, и все сойдется ровно!», потому что тогда для него стоило бы писать прошивку по определению победителя в футбольных матчах. Не менее очевидно, что сохранение статистики по предыдущим затяжкам тоже лишено смысла — если я потыкаю в кнопку короткими нажатиями просто так, то попытка затянуться нормально накормит меня гарью из-за расчета тех же 50 джоулей, например, на собранную «среднюю» длительность затяжки на полсекунды.

Вот что пишут по этому поводу сами YiHi:

11150827_10152783893597196_1074649233795037872_n

В зависимости от напряжения, тока, мощности или сопротивления, в конечном итоге испаритель производит тепло. Эти четыре величины не описывают тепло достаточно хорошо. Джоули через конвертацию в калории могут описать образование тепла из потраченной энергии и в рамках приложения к вейпингу лучше всего описывают количество образовавшегося пара. M Class спроектирован контролировать именно джоули, по этой причине.

<…>

Например: когда на экране выставлено 50 джоулей, одна секунда нагрева произведет 50 джоулей тепла, две секунды дадут 100 джоулей. Мощность неизменна. Правильное использование джоулей подразумевает измерение потребления энергии или количества теплоты за определенное время, но это лишь потребление и не абсолютное значение, как, например, мощность — вот ключевой момент.

Итак, и в самом деле — мод подсчитывает статистику по предыдущим затяжкам и пытается спрогнозировать подаваемое на спираль напряжение (а, как мы знаем, в итоге все абстракции вейпинга — это только регулировка напряжения), исходя из статистически установленной средней затяжки. Как же при этом работает термоконтроль?

Вернемся к основам термоконтроля (если кто-то по-прежнему не понимает их — срочно в гайд, я не буду разбирать здесь работу ТК подробно). ТК работает измеряя изменение сопротивления нагревателя — потому что для каждого материала при изменении температуры меняется сопротивление, просто какие-то металлы имеют бОльшее значение этого изменения, какие-то — меньшее. Большинство наших модов отображают энергию, которую могут подать в определенный момент (мощность), потому что мы можем варьировать длительность затяжки, поэтому мгновенное значение более информативно, нежели общая сумма. Концепция работы была бы верна, если бы мод подавал постоянную мощность: тупо, как я в первых абзацах, умножаем мощность на длительность затяжки — и получаем работу, рассеянную на спирали. Вот почему джоули здесь выглядят немного странно — с постоянной мощностью предусмотреть время затяжки невозможно, и вся работа в сумме просто зависит от времени.

На самом деле, коль скоро мы говорим об изменении сопротивления, мощность не будет постоянной, поскольку нагрев увеличивает температуру, и сопротивление спирали R увеличивается (при любом используемом металле). Падение напряжения на сопротивлении в идеальной цепи, как мы все уже успели выучить прежде, чем мехмоды оторвали нам руки, равно напряжению на батарее (я говорю про идеальную цепь, без резьб и контактов), и ток, текущий через это сопротивление, вычисляется по закону Ома как I = V/R, а мощность, нагревающая сопротивление, будет равна P = V^2/R. Итак, мощность зависит от сопротивления (напряжение можно удержать сравнительно постоянным), а сопротивление зависит от температуры T. Можно переписать мощность как функцию от температуры следующим образом: для любого металла R = R_{0}(1+\alpha(T-T_{0})), где R_{0} — это известное сопротивление при температуре T_{0}, а \alpha — это ТКС, температурный коэффициент сопротивления металла при той же температуре T_{0}. Теперь, подставив в уравнение закона Джоуля-Ленца R(T), получим следующее выражение:

P=\frac{V^2}{R_{0}(1+\alpha(T-T_{0}))}

Становится все жарче. Переходим к дифференциалам (ха-ха-ха, я нагло соврал, сказав, что математики будет немного, но не спешите закрывать вкладку: дифференциал просто означает бесконечно малое приращение выбранной величины, я пытаюсь показать, что очень малое изменение температуры вызывает очень малое изменение мощности по определенному закону):

dP=\frac{V^2}{R_{0}(1+\alpha dT)}

Но это пока только мощность — мы же пытаемся рано или поздно прийти к джоулям, количеству теплоты (или энергии, в данном приложении нам не очень важно). Ну, в дифференциальной форме dU=P dt, то есть, энергия зависит от времени, а раз у нас есть мощность в виде зависимости от температуры — мы можем просто затолкать все формулы в одну и взять элементарный двойной интеграл P dT dt в пределах от T до T0 и от t до t0…

297-futurama-farnsworth

Или есть способ проще. На плате всегда есть омметр, а значит, мы можем упростить себе задачу, просто вычисляя значения сопротивления в каждый текущий момент времени. Что это нам дает? А то, что мы убедились в следующем: пользуясь только электрическим приложением работы, мы не можем избавиться от зависимости от времени. Что ж, китайцы не зря рассказали нам про конвертацию в калории — давайте зайдем, как говорится, с другой стороны.

Из того же школьного курса физики мы помним формулу количества теплоты, требуемого для нагрева массы m на определенное количество градусов: Q = c m \Delta T (тут, думаю, все понятно: с — это удельная теплоемкость, m — это масса спирали, ну, и изменение температуры). Вот тут мы можем шагнуть от джоулей сразу к температуре — однако для этого нам надо узнать массу спирали. Получить ее, управляя и зная только напряжение, сопротивление и время работы, довольно сложно, но можно, зная ТКС (температурный коэффициент сопротивления — ерунда, которую на том же самом XCube II можно задавать вручную) и в самом элементарном приложении иметь таблицу приблизительных значений времени нагрева спирали эталонной массы до определенной температуры при определенном подаваемом напряжении). Это сразу говорит нам о том, что использование, например, косички из фехральки с никелем потребует либо обучения мода в течение некоторого времени, либо просто заставит мод ошибаться по температуре, поскольку изменение суммарного сопротивления не будет соответствовать таблице значений, если она заложена заранее.

Обращение к осциллограммам подаваемого напряжения с плат YiHi говорят о следующем: на самом деле, мод при приближении к заданной температуре начинает оперировать частотой подаваемых импульсов, а не коэффициентом заполнения (за подробностями о широтно-импульсной модуляции и ее работе добро пожаловать куда-нибудь в справочную литературу или в ту же википедию). Чем ближе к расчетному сопротивлению (то есть, к заданной температуре) приближается сопротивление спирали, тем более длительным, но меньшим по вольтажу, импульсом греется спираль. То есть, в случае чипов YiHi самым простым определением параметра, задаваемого в джоулях, будет работа расчетного импульса — этот импульс максимален по вольтажу (и, как следствие, мгновенной мощности) при холодной спирали и подбирается по мгновенной мощности тем точнее, тем ближе к расчетному сопротивлению нагретой спирали мы подбираемся. В данном случае, использование подстройки не только мощности, но и времени импульса позволяет как продуктивно греть спираль в самом начале затяжки, так и более стабильно и точно выйти на заданную температуру. В идеале, такой алгоритм в самом деле должен избавить пользователя от ощущаемых скачков парообразования во время срабатывания термоконтроля — мод не просто нарезает мощность все реже и реже, а стремится просто слабее греть спираль. Пожалуй, это будет самым полноценным и самым правдоподобным объяснением такого алгоритма из всех, которые я встречал в профильных обсуждениях — а косвенным доказательством правильности такой логики будет практически любой видеообзор SX Mini, в котором обзорщик использовал осциллограф (в самом деле, тысячи их — от Бусардо до малоизвестных ребят, выбирайте любого).

Что это все даст конечному пользователю? Во-первых, спокойствие и уверенность в том, что новая фича — не маркетинговое гонево, а действительно другой (по сравнению с DNA40) режим работы. Во-вторых, очень не удобный для привыкших к регулированию мгновенной мощности новый параметр, корреляцию которого с привычными ваттами в практических приложениях почти невозможно провести — да здравствует подбор джоулей «по ощущениям»! В-третьих, что самое важное, теоретически более стабильное испарение на заданной температуре и минимальные колебания температуры спирали. А вот надо вам это (да и вообще, волнуют ли вас настолько глубокие подробности работы вашего мода) — решать только вам.

2 Комментариев

  1. Вэйпер 16.11.2015
  2. Юрий 23.11.2015

Ответить