Temperatuursensoren voor gebouwautomatisering: RTD, NTC of 0-10 V

Temperatuur is de meest voorkomende meting in een gebouw, van waterkringen tot kanaal-, ruimte- en buitenlucht. Het kiezen van temperatuursensoren voor gebouwautomatisering is grotendeels een keuze tussen Pt100- en Pt1000-weerstandsthermometers, NTC-thermistoren en transmitters met een 0-10 V- of 4-20 mA-uitgang. Die keuze bepaalt welk ingangsmodule je nodig hebt, hoe ver de sensor daarvan mag staan en hoe nauwkeurig de meting zal zijn. Hieronder vergelijken we de opties, berekenen we het effect van kabelweerstand en geven we een overzicht van welke ICP DAS-ingangsmodules elk sensortype uitlezen.

De sensortypen

Pt100 en Pt1000

Platina-weerstandsthermometers (RTD's) volgen een standaardcurve die is vastgelegd in IEC 60751. Een Pt100 heeft 100 Ω bij 0 °C en een Pt1000 heeft 1000 Ω. Met de standaardcoëfficiënt stijgt de weerstand bij een Pt100 met ongeveer 0,385 Ω per kelvin en bij een Pt1000 met 3,85 Ω per kelvin. Sensoren van verschillende fabrikanten zijn binnen hun tolerantieklasse onderling uitwisselbaar, waardoor RTD's de gebruikelijke keuze zijn voor waterkringen en energieberekeningen.

NTC-thermistoren

De weerstand van een NTC-thermistor daalt naarmate de temperatuur stijgt, en de verandering per kelvin is groot, waardoor de draadweerstand nauwelijks uitmaakt. De curve is niet-lineair en verschilt per type: een 10 kΩ NTC van de ene fabrikant komt niet noodzakelijk overeen met een 10 kΩ NTC van een andere. De ingangsmodule moet de exacte curve gebruiken, anders kunnen metingen aan de uiteinden van het bereik enkele graden afwijken.

0-10 V- en 4-20 mA-transmitters

Een transmitter combineert een sensorelement met elektronica die de temperatuur omzet in een standaardsignaal over een vast bereik, bijvoorbeeld 0-50 °C. Hij heeft een voeding nodig, meestal 24 V, maar elke analoge ingang kan hem uitlezen. Spanningssignalen zijn gevoelig voor spanningsval en storing op lange kabels. Een 4-20 mA-lus is over afstand robuuster, en een stroom onder 4 mA duidt op een gebroken draad.

2-draads, 3-draads en 4-draads RTD-aansluitingen

Bij een 2-draadsaansluiting meet de ingang de sensor plus de weerstand van beide geleiders. Een 3-draadsaansluiting voegt een derde geleider toe, zodat de module de draadweerstand kan meten en aftrekken, mits de geleiders gelijk zijn. Een 4-draadsaansluiting scheidt de meetstroom van de spanningsmeting en elimineert de draadweerstand bijna volledig.

Uitgewerkt voorbeeld: een koperen geleider van 0,5 mm² heeft bij 20 °C ongeveer 0,035 Ω per meter. In een 2-draadscircuit dragen beide geleiders bij aan de meting:

Een 2-draads Pt100 is daarom alleen acceptabel met zeer korte aansluitdraden. Een 2-draads Pt1000 is vaak goed genoeg voor ruimte- en kanaalsensoren. Gebruik voor lange trajecten, en voor watertemperaturen die energieberekeningen voeden, 3- of 4-draadsaansluitingen. De draadweerstand varieert ook met de kabeltemperatuur, dus een vaste offsetcorrectie is nooit exact.

Nauwkeurigheid: sensor, kabel en ingangsmodule

De totale fout is de som van de sensortolerantie, het effect van de bedrading en de ingangsmodule. IEC 60751 klasse B staat ±(0,3 + 0,005·|t|) °C toe, wat ±0,4 °C bij 20 °C is, en klasse A staat ±(0,15 + 0,002·|t|) °C toe. De nauwkeurigheid van een ingangsmodule wordt meestal uitgedrukt als percentage van het volledige schaalbereik (FSR), dus reken dit om met de temperatuurspanne van het gekozen ingangstype. Gebruik getwiste, afgeschermde kabel, houd sensorkabels uit de buurt van net- en motorkabels, en aard de afscherming aan één zijde.

Vergelijking van temperatuursensoren voor gebouwautomatisering

Welke ICP DAS-ingangsmodules welke sensoren uitlezen

RS-485-modules met Modbus RTU

• M-7015-G: 6 RTD-ingangen voor Pt100, Pt1000, Ni120, Cu50, Cu100 en Cu1000, per kanaal configureerbaar, met detectie van een open draad.
• M-7015P-G: dezelfde 6 ingangen met eliminatie van de draadweerstand voor 3-draadsaansluitingen, ontworpen voor RTD-metingen over lange afstand.
• M-7033-G: 3 RTD-ingangen voor Pt100, Pt1000 en Ni120 in 2-, 3- of 4-draadsaansluiting, met eliminatie van de draadweerstand in 3- en 4-draadsmodus.
• M-7005-G: 8 thermistor-ingangen met vooraf gedefinieerde typen en door de gebruiker gedefinieerde typen ingevoerd als Steinhart-coëfficiënten, plus 6 alarmuitgangen.
• tM-TH8: 8 geïsoleerde thermistor-ingangen, ook met door de gebruiker gedefinieerde typen.
• M-7017R-G: 8 differentiële ingangen voor spanning tot ±10 V en voor stroom; stroomingangen hebben een externe weerstand van 125 Ω nodig.

Ethernet-modules met Modbus TCP

• ET-7015 en PET-7015: 7 RTD-ingangen voor Pt100, Pt1000, Ni120, Cu100 en Cu1000 in 2- of 3-draadsaansluiting, met eliminatie van de draadweerstand bij 3-draads. De PET-7015 voegt PoE toe volgens IEEE 802.3af.
• PET-7215: dezelfde RTD-ingangen met een Ethernet-switch met 2 poorten voor daisy-chain-bedrading.
• PET-7005: 8 thermistor-ingangen met door de gebruiker gedefinieerde typen en 4 digitale uitgangen.
• PET-7017: 8 via jumpers selecteerbare spannings- of stroomingangen voor transmitters.

Overige opties

Als het BMS BACnet/IP gebruikt, leest de BNET-2310M 0-10 V-transmitters direct uit op zijn ±10 V-analoge ingangen. Als een regelaar alleen spannings- of stroomingangen heeft, zet de SG-3013-G signaalconditioner één Pt100-, Pt1000- of Ni120-sensor om naar 0-10 V of 4-20 mA. Voor het ruimteklimaat rapporteert de DL-10 temperatuur (doorgaans ±0,4 °C), luchtvochtigheid en dauwpunt via Modbus RTU.

Checklist voor je keuze

• Sensortype en exacte curve: Pt100- of Pt1000-coëfficiënt, NTC-type of de Steinhart-coëfficiënten ervan
• Aansluitingstype (2-, 3- of 4-draads) en het langste kabeltraject
• Vereiste nauwkeurigheid in het bedrijfspunt, inclusief de tolerantieklasse van de sensor
• Meetpunten per locatie en het beschikbare netwerk: RS-485, Ethernet of PoE
• Protocol aan de BMS-kant: Modbus RTU, Modbus TCP of BACnet

Stuur je sensorlijst en kabellengtes naar ons technisch verkoopteam voor een moduleadvies.