Server » Verwarming » Zelf aan de slag » Temperatuurmeting
Zelf aan de slag:
voorbereidingswerken
Temperatuurmeting
In stap 1 hebben we het huidig systeem bekeken en hebben we een planning opgemaakt welke ruimtes electrisch gestuurd moeten worden.
-

-

Ruimtetemperatuur

temperatuursensor De temperatuur van de lokalen en de ketel moeten omgezet worden naar een spanning (van 0.5V tot 4.5V) die dan gedigitaliseerd wordt. Het is ook mogelijk all-in-one ic's te gebruiken, maar die halen niet de gewenste nauwkeurigheid.

Ik gebruik een LM3911N als temperatuursensor. De sensor levert 10mV per graad celcius, wat te weinig is voor de omzetters (die met een spanning tussen de 0 en de 5 volt werken). De spanning wordt 30X versterkt en er wordt een analoge differentiator (PD-regelaar) toegepast met een versterking van 1000X. Het differentieërend gedrag van de versterker wordt gedeeltelijk gecompenseerd door de digitale integrator (softwarematig). Zo worden kleine temperatuursveranderingen snel opgemerkt. De versterking gebeurt ter plaatse, in de behuizing waarop de sensor gemonteerd wordt. De sensor zelf moet buiten de behuizing gemonteerd worden, anders reageert ie veel te traag op temperatuursveranderingen. Het signaal dat nu een bereik heeft van ongeveer 500 mV tot 4.5V loopt naar de omzetters via een micro-kabel. Bij mij zitten alle omzetters in de nabijheid van de computer.

Als alternatief wordt vaak de "one wire" temperatuursensor van Dallas aangeprezen. Deze sensor levert direct een digitale waarde af. De nauwkeurigheid is echter beperkt tot 0.5°C, wat onvoldoende is om de ruimtes te stabiliseren. Met een dergelijke onnauwkeurigheid heb je in het beste geval een stabilisatie van 1°C, wat toch te weinig is. Alle "all-in-one" oplossingen hebben een beperkte nauwkeurigheid, dat mede veroorzaakt wordt door de inherente warmte-produktie van de analoog-naar-digitaal omzetter en de communikatie-electronika.

Velleman kit K8067

Velleman Kit K8067

Tegenwoordig is de Velleman kit K8067 beschikbaar. Terwijl de vorige uitvoering een spanning afleverde, is dit kit bedoeld om een 4-20mA stroomlus aan te sturen. In de industrie is deze loop een standaard. Hoe je de stroomkring omzet naar een spanning staat duidelijk uitgelegd in de montage-handleiding. Interfacen met de K8055 (de analoog-naar-digitaal omzetter) is heel eenvoudig. Deze kit is poepsimpel te gebruiken en heeft slechts één voedingsspanning nodig (12V), die door de computer geleverd kan worden. Een van de bijkomende voordelen van een stroomlus is dat spanningsverschillen in kabels geneutraliseerd worden.

De temperatuursensor kan op afstand geplaatst worden, en dit is ideaal om de boilertemperatuur te meten (de temperatuursensor is een driepotig ding in TO-92 behuizing). Ook bij montage in een ruimte plaatst je de temperatuursensor buiten de behuizing zodat de sensor de temperatuur sneller kan opvolgen. De stroomlusschakeling (die 20mA moet sourcen) produceert warmte die de omgeving warmer maakt.

Aanpassingen

De kit kan je gebruiken zonder wijziging. Maar we gaan de reaktiesnelheid van het systeem verhogen (differentieërend gedrag) door twee componenten extra te gebruiken. Door de schakeling om te bouwen naar een een PD (proportioneel-differentieel) regeling kunnen we de temperatuurveranderingen sneller opmerken. Indien nodig kan er een tweede identieke condensator en weerstand over R4 geplaatst worden om het effekt nog wat te vergroten (beide weerstanden verhogen van 180 tot 330Ω).

Softwarematig gaan we de temperatuurmetingen lichtjes integreren (zodat de conversiefouten afgevlakt worden). Uiteindelijk moeten we een voorspelling kunnen maken wat de temperatuur in een ruimte zal zijn binnen 10 minuten, zodat we de warmteaanvoer op tijd kunnen verminderen of stopzetten.

Aan de converter zelf belasten we de bron met een weerstand van 250Ω zodat de stroom omgezet wordt in een spanning die gedigitaliseerd wordt. Door de waarde te veranderen kan je het bereik aanpassen. 250Ω is goed om de boilertemperatuur te meten. Voor de kamertemperatuur gebruik je beter een weerstand van 1kΩ.

Indien je een multiplexsysteem zou gebruiken (zodat je de K8055 16 analoge ingangen geeft), dan moet je iedere stroomweerstand op de ingang van de multiplexer aansluiten (dus niet één enkele weerstand op de ingang van de K8055) zodat er geen stroom door de multiplex schakelaar loopt.

Boilertemperatuur


Oude temperatuursensor van een Philips Space Cube
De zwarte plastieken behuizing wat afvijlen zodat de sensor in de meetbuis past en je hebt een perfekte warm-waterthermometer
Voor de temperatuurmeting van het warm water in de boiler kan je zowel de sensor (LM335Z) van de Velleman-kit in een meetbuis plaatsen (drie kabeltjes isoleren met krimpkous). Maar je kan ook een oude temperatuursensor van een Philips Space Cube gebruiken (de eerste microgolfovens van Philips, toen Philips nog Philips heette en niet Whirlpool). De sensor is een NTC-weerstand dat een weerstand van 60kΩ heeft in koude toestand en 1kΩ bij 60°. Een dergelijke weerstand heeft geen lineair verloop, maar je kan de spanning wat lineariseren door een weerstand van 1KΩ te gebruiken (dus de NTC-weerstand verbinden met de 5V in serie met de 1kΩ weerstand dat als stroombron gebruikt wordt. In het belangrijk meetgebied (40-60°C) heb je het grootste spanningsverschil per graad, wat betekent dat je ook kan meten met een hogere nauwkeurigheid.

Bij lineaire temperatuurmeting heb je een eerstegraadsvergelijking nodig om de meetwaarde om te zetten naar een temperatuur (regeltje van drie). Indien je een niet-lineair meetsysteem gebruikt, dan heb je in theorie een tweedegraadsvergelijking nodig. Maar je kan evengoed werken met een gewone eerstegraadsvergelijking omdat de exacte watertemperatuur niet zo belangrijk is.

Je kan ook een platinasensor gebruiken (Pt 100 of Pt 1000). Dit is een sensor met een ingegoten platinadraad waarvan de weerstand relatief lineair varieert met de temperatuur. Deze sensoren zijn gemakkelijk te vinden op ebay (maximaal 10€).

In de laatste stappen van de installatie zullen we het systeem zelfregulerend maken: het systeem zal zelf berekenen hoeveel warmte er nodig is om een ruimte op te warmen; dan speelt het geen rol dat het water 40° of 60° heeft, het systeem "weet" dat de keteltemperatuur 45° moet aanwijzen om de living op 18° te houden bij een buitentemperatuur van 5°. Maar het is onbelangrijk wat de exacte temperatuur is (de veiligheidsthermostaat blijft in gebruik om te hoge watertemperaturen te vermijden).

In stap 3 bespreken we de interface met de computer.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's