Критерий - удержание температуры воды без резких перепадов (например, 24°C ± 1°C в час). При этом по низкой стороне должен включаться обогреватель удерживающий температуру в нижнем диапазоне, а по высокой вентиляторы уже должны работать на 100% удерживая температуру в верхнем диапазоне. Поскольку одновременная работа обогревателя и вентиляторов является нецелесообразной, необходим диапазон температур, когда вентиляторы уже отключились, но нагреватель еще не включился и в обратную сторону. Поскольку большинство современных обогревателей (например, EHEIM thermocontrol) имеет точность ±0.5°C, то оптимальным режимом работы датчика будет 25°C ± 0.5°C.
Датчики с внешним креплением на стекло не рассматриваются по причине того, что при большой разнице температур (например, летом) им требуется хорошая теплоизоляция от внешней среды - корпус получится достаточно громоздким и не эстетичным.
Аналоговые датчики не рассматриваются по причине того, что в большинстве случаев они имеют более высокую погрешность и требуют самостоятельной упаковки в водонепроницаемую гильзу (т.е. дополнительный "колхоз").
Т.о. на рынке представлено по сути только два датчика для измерения температуры воды:
DS18B20- погрешность ±0.5°C, разрешение 0.5°C - 0.0625°C (9-12 bit);GY-906(MLX90614ESF-XXX), разрешение 0.02°C:BAA- погрешность ±0.5°C (single zone, 90° FOV);BCC- погрешность ±0.5°C (gradient compensated, 35° FOV);DCI- погрешность ±0.2°C (gradient compensated, 5° FOV).
Огромным достоинством датчика GY-906 является то, что он не требует погружения в воду и может быть смонтирован прямо в корпусе с вентиляторами. Однако, точность показаний данного датчика очень сильно зависит от градиентов температур (подробности см. "Thermal/Mechanical design recommendations - IR products").
На экспериментальном стенде возмущающими воздействиями на показания GY-906 оказались:
- рябь на поверхности воды от флейты фильтра и свободно плавающие растения;
- излучение LED ламп под крышкой;
- градиенты температур и сильная рябь на поверхности воды при включенных вентиляторах.
Диаметр измеряемого пятна на расстоянии датчика в 5 см. от поверхности воды:
BAA(90° FOV) ~ 10.0 см.;BCC(35° FOV) ~ 3.15 см.;DCI(5° FOV) ~ 0.43 см.
Все датчики в разной степени будут захватывать отраженное тепло LED-ламп, которые находятся на расстоянии приблизительно 3 см. от зеркала воды и имеют угол рассеивания в 120° (+5.2 см. по габариту лампы).
Средняя и стандартная ошибки показаний откалиброванного датчика DCI (5° FOV) относительно DS18B20 (взятого за эталон) на экспериментальном стенде за три месяца наблюдений (июль-сентябрь, ~400 тыс. значений) в различных условиях составляет:
- в идеальных условиях без ламп и вентиляторов: Δ = -0.05°C, σ = 0.12 (±0.36°C) - средняя ошибка меньше разрешения датчика
GY-906; - с лампами, но без вентиляторов: Δ = +0.59°C, σ = 0.10 (±0.30°C) - датчик
GY-906завышает показания т.к. захватывает отраженное тепло LED-ламп.
Если посмотреть на распределение частот ошибки, то явно видно два пика при работающих и отключенных лампах:
Третий левый пик в распределении частот ошибок наблюдался в сентябрьское межсезонье при температуре окружающего воздуха ниже базовой для аквариума, включенном нагревателе и очень высокой (более 50%) относительной влажности. С включением центрального отопления распределение ошибки вернулось к обычным значениям.
С работающими вентиляторами LED-лампы уже не оказывают значимого влияния на ошибку: Δ = -0.19°C, σ = 0.20 (±0.6°C) - при работающих вентиляторах зеркало воды охлаждается потоком воздуха и датчик GY-906 занижает показания.
Так же представляет интерес динамика изменения ошибки во время переходного процесса после включения вентиляторов:
Корпус датчика охлаждается медленнее (и неравномерно) в сравнении с зеркалом воды сразу после начала движения воздуха. В результате изменения градиентов температур наблюдается мгновенное изменение "сырого" значения ошибки, которое впоследствии догонит фильтр, призванный сглаживать шум показаний от ряби на поверхности воды и проплывающих под датчиком растений.
Аналогичные переходные процессы можно наблюдать и в момент остановки вентиляторов, только в зависимости от состояния LED-ламп мгновенное изменение сырого значения температуры будет отличаться на ошибку измерения отраженного тепла - от +0.2°C при отключенных лампах до +0.8°C при включенных (см. выше).
Ошибка на всем интервале наблюдений на экспериментальном стенде составляет: Δ = -0.07°C, σ = 0.29 (±0.87°C). На практике это означает, что при базовой температуре в аквариуме в 25°C реальная температура будет поддерживаться в диапазоне от 23°C (точка включения нагревателя 23.5°C с погрешностью ±0.5°C) до 26°C.
Вывод: использование датчика GY-906 имеет смысл только из эстетических соображений. По всем остальным параметрам он уступает датчику DS18B20.
Недорогой, хорошо зарекомендовавший себя датчик. Может продаваться как в металлических, так и в пластиковых гильзах (в исполнении Sonoff так же комплектуется 4-pin 3.5 мм. штекером). По некоторым отзывам металлические гильзы в воде быстро деградируют, да и выглядят менее эстетично нежели пластиковые. При этом исполнение в пластиковой гильзе тяжелее найти (возможное ключевое слово Taidacent) и они сильно дороже.
Калибровку датчика в домашних условиях можно провести по "тройной точке воды". Процедура приготовления "ледяной ванны" с погрешностью ±0.002°C подробно описана в NIST Technical Note 1411, 'Reproducibility of the temperature of the ice point in routine measurements'.
Скорость испарения воды в водоеме (а значит и понижение температуры) зависит от скорости ветра, влажности, разности температур, давления. С описанием различных моделей можно ознакомиться в "A critical review on equations employed for the calculation of the evaporation rate from free water surfaces", Ernani Sartori (журнал Solar Energy, Volume 68, Issue 1, January 2000, Pages 77-89).
Однако, данные модели используются на больших водоемах и интервалах времени. В условиях аквариума и суточных колебаний температур единственным статистически значимым фактором, влияющим на скорость изменения температуры воды, является скорость потока воздуха (обороты вентиляторов).
Дополнительно, поскольку корпус вентиляторов устанавливается на границе раздела сред (комнатной температуры и температуры воды в аквариуме, комнатной влажности и практически 100% влажности под крышкой), датчики внутри корпуса будут показывать некоторые промежуточные значения в зависимости от работы вентиляторов.
Т.о. использование дополнительных датчиков (влажности, температуры воздуха, давления) в качестве источника дополнительной информации для регулирования скорости работы вентиляторов является нецелесообразным (а при монтаже внутри корпуса вентиляторов еще и сложно интерпретируемым).
Тем не менее ПО поддерживает использование дополнительных внешних датчиков температуры, влажности, давления и освещения (см. Программное обеспечение).