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自釀怪傢私之定量投糖器(0)

前言及需求

裝瓶時我傾向不使用裝瓶桶,原因是減少接觸氧氣及感染的機會。剛開始自釀時,我是把糖水直接倒到發酵桶,輕微的攪拌一下;以結果來說,和使用裝瓶桶只差少用一個桶子,但增加了攪拌時揚起酵母的問題。使用定量壓瓶器把糖水直接壓到瓶子裡是我最後採用的方法。但是,從此幸福快樂的日子並沒有就此來到,因為定量壓瓶器必須用穩定的速度和力量,才能得到穩定的輸出,另一方面用瓶子去承接糖水、並同時壓定量器的動作也不是很順手。

注意力是珍貴的資源,裝瓶會被認為是苦差事,理由之一就是需要比較多的注意力:拿瓶子,插進裝瓶管,裝滿,上蓋,封蓋;這些個動作重復使用50次,一次都沒出錯的機率很低,多少會有幾次裝太滿、蓋子沒放好等等。在這幾個動作中又加入”加糖”這個動作,更是多耗掉了不少注意力。

我心目理想中的加糖器:

使用方面:像手搖店一樣,按個鈕就加入事先設定好的量,而設定出糖量可以方便地調整,因應同一批次不同容量的瓶子。硬體構造上,接觸糖水的東西愈小愈好,只用一條管子,直接把管子放到煮糖水的容器吸取是最理想的。

使用(聽起來很high tech,其實現在無所不在的)微電腦控制,出糖量可以控制在一個範圍之內-至少會比手壓的來得固定,但實際操作是否順手,還是必必須有所考量。

根據不同的出糖方式,觸發出糖和泵的流速要求會有所不同:

  1. 瓶口靠近出糖嘴;手拿瓶子去接糖。很直覺的做法,但這個做法出糖時間不能太久,一秒以內完成是最好,超過1秒就會覺得不太順手;如果觸發出糖的方式是按鈕,會需要兩手操作(一手拿瓶子,一手按鈕)。要單手操作,要在瓶子碰得到的地方裝置微動開關-在這個情況下,出糖時間更不能太長。
  2. 定點接糖;將瓶子放置定點後出糖。因為瓶口狹窄,誤差容忍度低,實作上有兩種方法:一是出糖口伸入瓶內,二是瓶子和出糖口有段小距離;不將出糖口伸入瓶內相較困難,因為瓶口狹窄,必須對準;可能的做法是:用一個圓型凹底的定位”盤/座”,但不同大小的瓶子需要不同的定位盤。定點接糖的優點是觸發出糖的機制很彈性,出糖時間比較長也可以接受。即使是最簡單的按鈕出糖,放好瓶子後再按也可以單手操作。比較酷炫的做法是在底座安裝感應或彈簧加微動開關,放好瓶子自動出糖。

另外,像自動給皂機般的紅外線感應感覺很炫,但不實際;因為瓶口很狹窄,不像手的面積大,感應範圍的不確定性會增加使用上的困難。

使用蠕動泵的考量

「蠕動泵」有著輸出穩定和很少的接觸面的優勢,常在化學滴定時使用,自然也是投糖器最佳的選手選擇。「蠕動泵」可以自吸是另一個很大的優點,如此就可以直接使用煮糖水的小鍋子,只要把矽膠管放進去即可。

蠕動泵有兩種馬達可以選擇:步進馬達和直流馬達。步進馬達可以精準控制轉動行程,理論上可以比較精準,但是控制及電路上比較麻煩一點,價格上比較高,體積和重量也都高上許多。連規格的選擇都多上許多。直流馬達用固定的速度運行,用控制時間來控制流量,精準度可能會比較差一點,但放在家釀的範圍可能是可以接受的。

使用直流馬達是用控制開關時間來控制輸出量,除了馬達本身的遲滯,控制器本身可能造成的誤差來自於兩點:處理器處理判斷間隔開關切換時間。處理器處理判斷間隔愈短,準度愈高,但受限於處理器的運算能力,我認為10ms的間隔應該是合理的。而開關比較簡單的方式是用繼電器,拍賣網路上繼電器的遲滯常常沒有寫清楚,google的結果是5~15ms。我自己拿手邊現有的繼電器,簡單地用Arduino測量延遲,大約都在4~5ms之間。我們就以25ms當成控制器的時間誤差。(開和關都慢一點會抵消,但有不確定性。)

蠕動泵的流速是一個關鍵的參數,出糖時間如果太久,就會讓裝瓶的動作變得不順暢。所以流速不能太小,但太快可能也會有精準度下降的可能。出糖時間的長短需求依「實際使用方式」而決定;如果是把瓶子放在定點後,按鈕或感應重量後出糖(「感應重量」說得好像很高科技,其實只要在放瓶子的地方底部裝微動開關,再加上延遲出糖即可),那麼3秒左右是可以接受的;但如果是手拿個瓶子去接糖水,那麼不超過1秒上下會比較合理。

出糖多少和濃度相關,而濃度也可能影響流速(待驗證)。以下用50°Brix的糖水,3.5個氣體數來計算最小的流速:

50°Brix的糖水(糖:水重為1:1), 比重為1.223, 根據Brewersfriend.com的計算器,啤酒溫度20°C之下,3.5個氣體數需要3.5g糖,則需要的體積為:

vol * 1.233 * 50% = 3.5 vol= 3.5/1.233/0.5= 5.68ml

5.68ml如果是3秒和1秒流出,流速為:

5.68/3 * 60 = 113.6 ml/min

5.68/1 *60 = 340.8 ml/min

從拍賣網上找到比較大的”小流量”直流馬達蠕動泵最高速在150ml/min左右,輸出5.68ml分別需要 2.37秒,放置瓶子的方式可以用。”大流量”中比較便宜小巧的,有找到400ml/min規格的, 輸出 5.68ml需要 0.852秒,手拿瓶子去接的話,這個是比較好的選擇。

選擇蠕動泵要注意的是:最大流速受到管子和馬達轉速的影響,要調低流速,可以更換比較細的管子或降低馬達轉速;相反地,要調高流速,就要突破規格才能辦到。

試算一下25ml時間差造成的誤差:

150/60*0.025=0.0625ml 換算成糖重 0.625 * 1.233 * 50% = 0.0385g

400/60*0.025=0.1667ml 換算成糖重 0.1667 * 1.233 * 50% = 0.1028g

即使是用比較快速的400ml/min,誤差糖量是0.17ml/0.1g左右,是一個不算太大的誤差範圍;相較之下,蠕動泵本身啓動停止的誤差可能才是最主要的誤差來源

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冷霧Chill Haze

自釀怪傢私之定量投糖器(1)