Ich möchte mit einer kleinen Schaltung dauerhaft an einem Heizkörper die Temperatur von Vorlauf und Rücklauf nicht-invasiv messen.
Eine Genauigkeit von +/- 0.1K in einem Messbereich von ca. 30-50 °C wäre ein Traum. Mit Anlegefühlern auf NTC oder DS18B20 Basis ist das wohl nicht erreichbar.
Sind vielleicht IR Thermostat-Module besser geeignet und gibt es diese in der Genauigkeit? Und weißt jemand, ob man über nicht-invasives Messen der Rohroberfläche überhaupt so eine Genauigkeit erreichen kann (wenn Material, Emissionsgrad bekannt ist)?
Falls nein, von welcher Genauigkeit könnte man realistisch ca. ausgehen?
Rohranlegefühler sind in der Industrie für ziemlich viele Prozesse Standard, dann allerdings mit Pt100(0) - Der Trick ist es, die Messstelle mit ein bisschen Schaumstoff zu isolieren bzw. meist ist die Isolierung eh schon vorhanden.
Also bei PT100(0) mit Klasse A lande ich so im Bereich +/- 0.15K und beim DS18B20 bei +/- 0.5K.
Alles gut isoliert ist klar - stellt sich die Frage: wirkt sich die höhere Genauigkeit aus oder ist das "Anlegen" an sich schon das Problem und es wird nie genauer werden?
Wenn das in der Industrie verwendet wird - welche Anforderungen an die Genauigkeit hält man dort ein?
dauerhaft an einem Heizkörper die
Temperatur von Vorlauf und Rücklauf nicht-invasiv messen.
Da scheint mir im wesentlichen die Differenz wichtig zu sein, nicht so sehr die absoluten Werte.
Wenn das so ist, dann waere der Ansatz, die unvermeidlichen Fehler bei beiden Sensoren gleich zu halten.
Da scheint mir im wesentlichen die Differenz wichtig zu sein, nicht so
sehr die absoluten Werte.
Interessanter Ansatz. Allerdings ist auch der absolute Wert des Vorlaufs interessant, um Vergleiche zu Soll-Werten und anderen Heizkörpern anzustellen.
Wenn das in der Industrie verwendet wird - welche Anforderungen an die
Genauigkeit hält man dort ein?
Du bekommst auch Klasse AA (1/3 DIN B) mit 0.1K.
Aber für 99.999% der Anwendungen reicht Klasse A oder gar B. Wenn du es genauer brauchst, werden dann meist schon mal Sensor und Messumwandler zusammen mit einer Temperaturreferenz (Kalibrierbad, Trockenkalibrator oder gar Tripelzelle) abgeglichen.
Die Frage ist immer: Wozu? Interessiert es dich wirklich, ob dein Wasser 74.1 oder in Wirklichkeit 74.3°C hat?
Also bei PT100(0) mit Klasse A lande ich so im Bereich +/- 0.15K und
beim DS18B20 bei +/- 0.5K.
Eine Genauigkeit von 0,1K ist illusorisch, da muss ich Anton zustimmen. Aber auch seine Genauigkeiten sind nur unter idealen Bedingungen zu erreichen - im "Amateurumfeld" also eher nicht.
Da scheint mir im wesentlichen die Differenz wichtig zu sein, nicht so
sehr die absoluten Werte.
Für die Erfassung der abgenommenen Heizenergie ist die Temperaturdifferenz zusammen mit der Durchflussmenge ausreichend. Für Messungen von Temperaturdifferenzen sind Thermoelemente am besten geeignet. Wenn die Termoelemente so in Reihe geschaltet werden, dass sich die Spannungen subtrahieren, ist die Spannung dieser Reihenschaltung ein genaues Maß für die Temperaturdifferenz und man muss sich dann nicht um die Temperatur an den Kontaktstellen mehr kümmern. Allerdings ist die so bekommene Spannung sehr klein, was einen guten A/D-Wandler mit einer entsprechend genauen Referenzspannung erfordert. Viele 12-, 14- oder 16-Bit A/D-Wandler messen zwar Spannungsänderungen mit hoher Auflösung, der absolute Wert der Spannung wird aber deutlich ungenauer ermittelt. Aber auf diesen kommt es hier an.
Das Problem der Genauigkeit der Referenz ist auch bei allen PTxxx-Widerständen entscheidend. Für eine hohe Genauigkeit kommt man da um eine Vierdraht-Messung nicht herum und die kann man nicht einfach mal schnell basteln.
Bliebe also noch der oben erwähnte Einsatz von 2 Bausteinen DS18B20. Da diese die Temperatur als Datentelegramm ausgeben, ist die Auswertung recht einfach. Aber auch bei diesen Bausteinen hängt die Genauigkeit von der Speisespannung ab. Da muss man beim Aufbau Sorgfalt walten lassen.
2 Bausteinen DS18B20. Da
diese die Temperatur als Datentelegramm ausgeben, ist die Auswertung
recht einfach. Aber auch bei diesen Bausteinen hängt die Genauigkeit von
der Speisespannung ab
Die Spannungsabhängigkeit ist "durch die Physik" bedingt. Wenn man die sehr gering halten will, muss im IC ein großer Aufwand getrieben werden, was die Bauteile deutlich teurer macht. Ich habe viele Jahre als Lehrbeauftragter Studenten im Bereicht der Messtechnik betreut. Die waren teilweise sehr überrascht wie schwierig eine genaue Messung zu realisieren war.
Man könnte für einen gegebenen Rohrdurchmesser eine entsprechend isolierte "Schale" konstruieren kann (ggf. 3D Druck) damit der original Fühler ohne die Hülse direkt auf dem Rohr liegt, dazwischen noch Wärmeleitpaste.
Könnte mir vorstellen, dass die Genauigkeit/Reaktionsfreudigkeit nochmal steigt verglichen mit der Bauform Hülse.
Was ist denn der Vorteil dieser Hülsen und warum gibt es die Fühler so oft in dieser Bauform?
Und da niemand auf meine IR Thermometer eingegangen ist, gehe ich davon aus, dass die PT100(0) etc. grundsätzlich besser geeignet sind als IR, richtig?
Nimm die Onewire und sei zufrieden mit 0,25 Grad, wenn du willst kannst du die vorher in Eiswasser Kalibrieren. Alles andere ist für diesen Zweck den Aufwand nicht Wert da die Durchflussmenge für die Heizleistung mitzählt.
Und da niemand auf meine IR Thermometer eingegangen ist, gehe ich davon
aus, dass die PT100(0) etc. grundsätzlich besser geeignet sind als IR,
richtig?
IR Thermometer sind SEHR ungenau, weil sie nur eine Temperaturdifferenz (zum Sensor im Gehäuse des Messgeräts) messen und dann noch vom (dir unbekannten ) Emissionskoeffizienten der Oberfläche abhängen.
Ablegefuhler messen schon sehr genau die Temperatur vom Rohr. Und die durchströmende Flüssigkeit bringt das Rohr ziemlich genau auf ihre Temperatur. Lediglich Anbauteile am Rohr (Heizkörper, Ventile) fuhren ggf. Wärme ab. Wäre das Messrohr avon aber thermisch entkoppelt (Kunststoffzwischenstück) misst es sehr genau.
Typisch im gewünschtem Bereich unter 0,2 Grad oder willst du von -55 bis
+125 Grad messen.
Wie erwähnt interessiert mich der Bereich 30-50 °C.
Wo steht, dass in dem Bereich 0,2 ° Genauigkeit erreicht wird? Das wäre ein guter Kompromiss aus Genauigkeit und einfachem Auslesen.
Was ich so lese ist aber das: "Der Messbereich liegt zwischen -55°C bis +125°C. Aber nur zwischen -10°C bis +85°C hat er eine Messgenauigkeit von ±0,5°C. Außerhalb dieses Messbereichs wird der Messwert ungenauer." (Quelle: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/praxis/bauteil_ds18b20.htm)
Und: Würdest Du den DS18B20 z.B. im TO92 direkt aufs Rohr "legen" oder die Varianten mit Edelstahl-Hülse verwenden?
Würdest Du den DS18B20 z.B. im TO92 direkt aufs Rohr "legen" oder
die Varianten mit Edelstahl-Hülse verwenden?
Mit einer runden Hülse auf einem runden Rohr ist der Wärmeübergang auch nicht schlechter als mit dem flachen TO-92 auf einem runden Rohr. Unbehandelt ist das Rohr uneben und rau, man sollte ihm eine plane Fläche verpassen. Mit Feile und Gefühl sollte das machbar sein. Dann ist TO-92 klar im Vorteil.
Die Hülse ist wegen der Kabel nur bedingt im Vorteil, beim TO-92 kann man AWG-30 oder dünner anlöten. Gute Thermistoren benutzen deshalb AWG-32 aus einer besonders schlecht Wärme leitenden Legierung.
Bei der Befestigung ist ein höherer Anpressdruck auch nur in Grenzen besser, weil das TO-92 verformt wird, was zusätzliche Fehler produziert; siehe Datenblatt des SMT172. Der kommt auch im TO-18, was wiederum besonders wenig Kontakt zum Rohr macht.
Übrigens sind Tauchfühler auch nicht ohne weiteres besser. Ein klassischer mit handlichem Anschlusskopf zeigt um 2K weniger an, als ein kleiner gut isolierter im gleichen Rohr. Nein, das war kein Sensorfehler, aber schlaue Leute haben sehr dumm geschaut :)
Kann man dem Ganzen mit Korrekturen in der Software helfen?
Kann man. Du brauchst nur ein Strömungsmodell für die Raumzirkulation, insbesondere mit hoher Auflösung bei deinem Sensor, die genauen Daten für Wärmeleitfähigkeit und Wärmeübergangswiderstände zwischen Sensor und Heizung bzw. Sensor und Umgebung (abhängig vom Strömungsmodell). Wenn du das alles im Griff hast, kannst du beurteilen, wie stark unter deinen Bedingungen die einzelnen Wärmeströme auf deine Messfehler durchschlagen und evtl. das Modell etwas vereinfachen.
Bau die Sensoren einfach vernünftig an: DS18B20 mit etwas Heißkleber ans Rohr ankoppeln und mit einem Kabelbinder fixieren. Darüber kommt dann die Isolierung. Denken daran, die Kabel unter der Isolierung dünn und ruhig etwas länger zu machen, damit die über ihre Wärmeleitfähigkeit die Messung nicht zu sehr verfälschen. Wenn sie über eine ausreichend lange Strecke ebenfalls thermisch gut ans Rohr angekoppelt werden, verringert das zusätzlich den Wärmefluss aus dem Sensor über das Kabel an die Umgebung.
Hier eignen sich Thermoelemente ganz gut. Sie werden gegensinnig gepolt und geben die Temperaturdifferenz direkt als Wert. Sind allerdings nur einstellig µV/K. Und für die absolute Temperatur bräuchtest Du einen weiteren Sensor (egal welcher Art).
Wenn es eine Heizung ist, die auf Vor- oder Rücklauf geregelt ist, dann dürfte die sich bei jedem Lauf um mehrere K verändern. Außen wird davon nur ein Bruchteil ankommen. Von daher ist die Forderung nach 0.1K ungewöhnlich.
Also, erstmal noch Danke an alle, ihr habt mir sehr weitergeholfen und es ist beeindruckend, welche geballte Kompetenz hier unterwegs ist!
Ich werde jetzt erste Tests mit einem "puren" DS18B20 im TO-92 und als Vergleich mit TSIC506 machen. Rohr wird etwas angefeilt, Wärmeleitpaste, Heißkleber, Isolation dazu, mal sehen wie genau.
Für die Anschlussleitung suche ich mir dann noch eine mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit und ggf. wickle ich die unter der Isolierung ein paar mal rum.
Noch etwas zum Hintergrund, da es die Dikussion hab, ob nur der relative Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf interessant ist. Ich möchte das an mehreren Heizkörpern anbringen und darüber etwas über die Qualität des hydraulischen Abgleichs erfahren. Dort sind dann schon auch absolute Werte interessant, um zu wissen, ob der Vorlauf überall einigermaßen gleichmäßig ankommt.
