Sensori di temperatura per automazione edifici: RTD, NTC o 0-10 V

La temperatura è la misura più comune in un edificio, dai circuiti dell'acqua all'aria nei condotti, nei locali e all'esterno. Scegliere i sensori di temperatura per l'automazione degli edifici significa in gran parte scegliere tra termometri a resistenza Pt100 e Pt1000, termistori NTC e trasmettitori con uscita 0-10 V o 4-20 mA. Questa scelta determina quale modulo di ingresso serve, a quale distanza può trovarsi il sensore e quanto sarà precisa la lettura. Di seguito confrontiamo le opzioni, calcoliamo l'effetto della resistenza dei cavi ed elenchiamo i moduli di ingresso ICP DAS che leggono ciascun tipo di sensore.

I tipi di sensore

Pt100 e Pt1000

I termometri a resistenza di platino (RTD) seguono una curva standard definita dalla norma IEC 60751. Una Pt100 ha 100 Ω a 0 °C e una Pt1000 ha 1000 Ω. Con il coefficiente standard, la resistenza aumenta di circa 0,385 Ω per kelvin per una Pt100 e di 3,85 Ω per kelvin per una Pt1000. I sensori di produttori diversi sono intercambiabili entro la rispettiva classe di tolleranza, il che rende le RTD la scelta abituale per i circuiti dell'acqua e i calcoli energetici.

Termistori NTC

La resistenza di un termistore NTC diminuisce all'aumentare della temperatura e la variazione per kelvin è elevata, quindi la resistenza dei conduttori incide poco. La curva non è lineare e varia da un tipo all'altro: un NTC da 10 kΩ di un produttore non corrisponde necessariamente a un NTC da 10 kΩ di un altro. Il modulo di ingresso deve usare la curva esatta, altrimenti le letture possono discostarsi di diversi gradi alle estremità del campo.

Trasmettitori 0-10 V e 4-20 mA

Un trasmettitore combina un elemento sensibile con un'elettronica che converte la temperatura in un segnale standard su un campo fisso, ad esempio 0-50 °C. Richiede un'alimentazione, di solito 24 V, ma può essere letto da qualsiasi ingresso analogico. I segnali in tensione sono sensibili alla caduta di tensione e alle interferenze sui cavi lunghi. Un anello 4-20 mA è più robusto sulle lunghe distanze, e una corrente inferiore a 4 mA indica un filo interrotto.

Collegamenti RTD a 2, 3 e 4 fili

Con un collegamento a 2 fili l'ingresso misura il sensore più la resistenza di entrambi i conduttori. Un collegamento a 3 fili aggiunge un terzo conduttore, così il modulo può misurare la resistenza dei cavi e sottrarla, supponendo conduttori uguali. Un collegamento a 4 fili separa la corrente di misura dalla rilevazione della tensione ed elimina quasi completamente la resistenza dei cavi.

Esempio di calcolo: un conduttore di rame da 0,5 mm² ha circa 0,035 Ω per metro a 20 °C. In un circuito a 2 fili entrambi i conduttori si sommano alla lettura:

Una Pt100 a 2 fili è quindi accettabile solo con cavi molto corti. Una Pt1000 a 2 fili è spesso sufficiente per sensori ambiente e per condotti. Per tratte lunghe, e per temperature dell'acqua che alimentano i calcoli energetici, usare collegamenti a 3 o 4 fili. Anche la resistenza dei cavi varia con la temperatura del cavo, quindi una correzione con offset fisso non è mai esatta.

Precisione: sensore, cavo e modulo di ingresso

L'errore totale è la somma della tolleranza del sensore, dell'effetto del cablaggio e del modulo di ingresso. La classe B della IEC 60751 ammette ±(0,3 + 0,005·|t|) °C, cioè ±0,4 °C a 20 °C, mentre la classe A ammette ±(0,15 + 0,002·|t|) °C. La precisione del modulo di ingresso è di solito espressa in percentuale del campo di misura a fondo scala (FSR), quindi va convertita usando l'ampiezza del campo di temperatura del tipo di ingresso selezionato. Usare cavo twistato e schermato, tenere i cavi dei sensori lontani dai cavi di rete e di motore, e collegare la schermatura a terra a una sola estremità.

Confronto tra sensori di temperatura per l'automazione degli edifici

Quali moduli di ingresso ICP DAS leggono quali sensori

Moduli RS-485 con Modbus RTU

• M-7015-G: 6 ingressi RTD per Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 e Cu1000, configurabili per canale, con rilevamento del filo aperto.
• M-7015P-G: gli stessi 6 ingressi con eliminazione della resistenza dei cavi per collegamenti a 3 fili, progettato per la misura RTD a lunga distanza.
• M-7033-G: 3 ingressi RTD per Pt100, Pt1000 e Ni120 in collegamento a 2, 3 o 4 fili, con eliminazione della resistenza dei cavi nelle modalità a 3 e 4 fili.
• M-7005-G: 8 ingressi per termistori con tipi predefiniti e tipi definiti dall'utente inseriti come coefficienti di Steinhart, più 6 uscite di allarme.
• tM-TH8: 8 ingressi per termistori isolati, anche con tipi definiti dall'utente.
• M-7017R-G: 8 ingressi differenziali per tensione fino a ±10 V e per corrente; gli ingressi di corrente richiedono una resistenza esterna da 125 Ω.

Moduli Ethernet con Modbus TCP

• ET-7015 e PET-7015: 7 ingressi RTD per Pt100, Pt1000, Ni120, Cu100 e Cu1000 in collegamento a 2 o 3 fili, con eliminazione della resistenza dei cavi a 3 fili. Il PET-7015 aggiunge il PoE secondo IEEE 802.3af.
• PET-7215: gli stessi ingressi RTD con uno switch Ethernet a 2 porte per il cablaggio in cascata.
• PET-7005: 8 ingressi per termistori con tipi definiti dall'utente e 4 uscite digitali.
• PET-7017: 8 ingressi di tensione o corrente selezionabili con jumper per trasmettitori.

Altre opzioni

Se il BMS usa BACnet/IP, il BNET-2310M legge direttamente i trasmettitori 0-10 V sui suoi ingressi analogici ±10 V. Se un controllore dispone solo di ingressi in tensione o corrente, il condizionatore di segnale SG-3013-G converte un sensore Pt100, Pt1000 o Ni120 in 0-10 V o 4-20 mA. Per il clima ambiente, il DL-10 riporta temperatura (tipicamente ±0,4 °C), umidità e punto di rugiada via Modbus RTU.

Checklist prima di scegliere

• Tipo di sensore e curva esatta: coefficiente Pt100 o Pt1000, tipo NTC o i suoi coefficienti di Steinhart
• Tipo di collegamento (2, 3 o 4 fili) e la tratta di cavo più lunga
• Precisione richiesta nel punto di funzionamento, inclusa la classe di tolleranza del sensore
• Punti per postazione e rete disponibile: RS-485, Ethernet o PoE
• Protocollo lato BMS: Modbus RTU, Modbus TCP o BACnet

Invia l'elenco dei sensori e le lunghezze dei cavi al nostro team di vendita tecnica per una proposta di moduli.