Каква е разликата между 2-, 3-, и 4-проводни RTD сензори?

Детектори за температура на съпротивление (RTD) са вид температурен сензор, който се използва широко в различни промишлени приложения поради тяхната точност, повторяемост, и стабилност. Тези устройства измерват температурата, като усещат промяната в съпротивлението при промяна на температурата на материала.

Ключовата разлика между 2-, 3-, и 4-жилни RTD сензори се крие в това как се справят със съпротивлението на свързващите проводници, с 2-жилен е най-малко точен, тъй като включва съпротивлението на проводника в измерването, 3-тел частично го компенсира, и 4-жилен напълно елиминира съпротивлението на проводника, осигуряване на най-висока точност, но и е най-сложният и скъп за изпълнение; което прави 3-проводника най-често използваната опция за индустриални приложения.

2-Тел RTD:
Най-опростен дизайн, най-евтино.
Измерва съпротивлението както на RTD елемента, така и на свързващите проводници, което води до неточни показания, особено при дълги дължини на проводници.
Подходящ за приложения, при които високата точност не е критична.

3-Тел RTD:
Използва допълнителен проводник за частично компенсиране на съпротивлението на свързващите проводници.
Предлага подобрена точност в сравнение с 2-проводника, което го прави най-често използван в промишлени условия.
Осигурява добър баланс между точност и цена.

4-Тел RTD:
Счита се за най-точната конфигурация, тъй като напълно изолира съпротивлението на RTD елемента от свързващите проводници.
Изисква по-сложна схема и често се използва в лабораторни приложения, където е необходима висока точност.
Ключови точки, които трябва да запомните:
точност: 4-тел > 3-тел > 2-тел
Разходи: 2-тел < 3-тел < 4-тел
Приложение: 2-тел за основни приложения, 3-тел за повечето индустриални приложения, 4-тел за измервания с висока точност

RTD платинен температурен сензор за термично съпротивление от неръждаема стомана за индустриално и медицинско оборудване

TPE сензор за температура на впръскване RTD PT100 за тръби

4-проводник rtd платинен датчик за термично съпротивление за температурен трансмитер

RTD сондите се предлагат в различни конфигурации, включително 2-жилен, 3-тел, и 4-жилни модели. Има значителни разлики между тези типове, които трябва да се имат предвид при избора на подходящо устройство за приложение.
Фактори, които трябва да имате предвид

При избор между 2-ж, 3-тел, и 4-проводни RTD сензори, има няколко фактора, които трябва да се вземат предвид, включително:

Фактори на околната среда
Някои фактори на околната среда, като високи нива на електрически шум или смущения, може да създаде смущения, които да причинят грешки при измерване.

Изисквания за кандидатстване
Различните приложения изискват различни прагове на точност. Абсолютно важно е сензорът да осигурява достатъчна точност за конкретно приложение.

Бюджетни ограничения
Когато избирате RTD за всяко конкретно приложение, цената е важно съображение. Тъй като 4-проводната конфигурация включва повече компоненти, 4-кабелните RTD са по-скъпи от 2-проводните или 3-проводните RTD.
Типове конфигурационни кабели за RTD

Начинът, по който е конфигурирана една RTD верига, определя колко точно се изчислява съпротивлението на сензора и колко външно съпротивление във веригата може да изкриви отчитането на температурата.

Всеки от трите типа конфигурация, 2-тел, 3-тел, и 4-жилен, има своите предимства и недостатъци, и изборът на правилния зависи от приложението. Чрез разбиране на характеристиките на всяка конфигурация, инженерите и техниците могат да гарантират, че RTD сензорът се използва най-ефективно.

2-Конфигурация на кабела на RTD
Двупроводната конфигурация на RTD е най-простата схема на RTD схема. В тази серийна конфигурация, един проводник свързва всеки край на RTD елемента с устройството за наблюдение. Тъй като съпротивлението, изчислено за веригата, включва съпротивлението между проводниците и RTD конектора, както и съпротивлението в елемента, резултатът винаги ще съдържа известна степен на грешка.

2-диаграма на кабелна конфигурация на RTD платинен съпротивителен температурен сензор

Кръговете представляват границите на елемента в точките на калибриране. Съпротивлението RE се взема от резисторния елемент, и тази стойност ще ни даде точно измерване на температурата. за съжаление, когато правим измерване на съпротивлението, инструментът ще покаже RTOTAL:

Където RT = R1 + R2 + R3

Това ще доведе до по-високо отчитане на температурата от действително измереното отчитане на температурата. Докато тази грешка може да бъде намалена чрез използване на висококачествени тестови проводници и конектори, невъзможно е да се премахне напълно.

Следователно, 2-проводната RTD конфигурация е най-полезна, когато се използва със сензори с високо съпротивление или в приложения, където не се изисква много висока точност.

3-Конфигурация на кабела на RTD
3-проводната RTD конфигурация е най-често използваната схема на RTD схема и често се среща в промишлени процеси и приложения за мониторинг. В тази конфигурация, два проводника свързват чувствителния елемент към устройството за наблюдение от едната страна на чувствителния елемент и един проводник го свързва от другата страна.

3-диаграма на кабелна конфигурация на RTD платинен съпротивителен температурен сензор

Ако се използват три проводника от един и същи тип и те са еднакви по дължина, тогава R1 = R2 = R3. Чрез измерване на съпротивлението на проводниците 1 и 2 и резистивния елемент, общото съпротивление на системата (R1 + R2 + RE) се измерва.

Ако съпротивлението се измерва и чрез проводници 2 и 3 (R2 + R3), имаме само съпротивлението на проводниците, и тъй като всички съпротивления на оловото са равни, изваждане на тази стойност (R2 + R3) от общото съпротивление на системата ( R1 + R2 + RE) оставя само RE, и е направено точно измерване на температурата.

Тъй като това е среден резултат, измерването ще бъде точно само ако и трите проводника имат еднакво съпротивление.

4-Конфигурация на кабела на RTD
Тази конфигурация е най-сложната и следователно отнема най-много време и е скъпа за инсталиране, но дава най-точни резултати.
Изходното напрежение на моста индиректно показва съпротивлението на RTD. Мостът изисква четири свързващи проводника, външно захранване, и три резистора с нулев температурен коефициент. За да предотвратите подлагането на трите мостови резистора на същата температура като RTD сензора, RTD е изолиран от моста чрез чифт удължителни проводници.

4-диаграма на кабелна конфигурация на RTD платинен съпротивителен температурен сензор

Тези удължителни кабели възпроизвеждат проблема, който срещнахме първоначално: съпротивлението на удължителните проводници влияе върху отчитането на температурата. Този ефект може да бъде сведен до минимум чрез използване на трипроводна мостова конфигурация.

В 4-проводна RTD конфигурация, два проводника свързват чувствителния елемент към устройството за наблюдение от двете страни на чувствителния елемент. Един комплект проводници осигурява тока за измерване, а другият комплект проводници измерва спада на напрежението върху резистора.

С 4-проводна конфигурация, инструментът доставя постоянен ток (аз) чрез външни проводници 1 и 4. RTD мостът Wheatstone създава нелинейна връзка между промените в съпротивлението и промените в изходното напрежение на моста. Вече нелинейната характеристика на температурно съпротивление на RTD е допълнително усложнена от необходимостта от допълнително уравнение за преобразуване на изходното напрежение на моста в еквивалентен импеданс на RTD.

Падът на напрежението се измерва във вътрешните проводници 2 и 3. Следователно, от V = IR, знаем само съпротивлението на елемента, не се влияе от съпротивлението на оловото. Това е предимство пред 3-жичната конфигурация само ако се използват различни проводници, което рядко се случва.

Този 4-жилен мостов дизайн напълно компенсира цялото съпротивление в проводниците и конекторите между тях. 4-проводната RTD конфигурация се използва предимно в лаборатории и други среди, където се изисква висока точност.

2-Конфигурация на проводник със затворен контур

Друга опция за конфигурация, макар и рядко днес, е стандартната двупроводна конфигурация със затворен кръг от проводници до него. Тази конфигурация функционира по същия начин като 3-проводната конфигурация, но използва допълнителен проводник, за да постигне това. Отделна двойка проводници е осигурена като контур за осигуряване на компенсация за съпротивлението на оловото и промените в околната среда в съпротивлението на оловото.

PT1000 платинен съпротивителен 2-жилен TD температурен сензор за барбекю грил

MAX31865 3-жилен RTD платинен резистивен температурен детектор

RTD платинен съпротивителен температурен сензор за литиева батерия

Заключение

RTD конфигурациите са ценен инструмент в индустрията – способен да отговори на повечето изисквания за точност. С правилния избор на конфигурация, RTD сондите могат да осигурят точни измервания, които са надеждни и повторими в различни тежки среди. За постигане на най-добри резултати, важно е да разберете напълно различните видове налични конфигурации на проводници и да изберете тази, която най-добре отговаря на нуждите на приложението. С правилната конфигурация, RTD сензорите са в състояние да осигурят точни и надеждни температурни измервания.