Koja je razlika između 2-, 3-, i 4-žični RTD senzori?

Otporni temperaturni detektori (RTDs) su tip temperaturnog senzora koji se zbog svoje preciznosti široko koristi u raznim industrijskim aplikacijama, ponovljivost, i stabilnost. Ovi uređaji mjere temperaturu tako što osjećaju promjenu otpora kada se temperatura materijala promijeni.

Ključna razlika između 2-, 3-, i 4-žične RTD senzore leži u tome kako oni upravljaju otporom spojnih žica, pri čemu je 2-žični najmanje precizan jer uključuje otpor žice u mjerenju, 3-žica to djelimično kompenzira, i 4-wire potpuno eliminira otpor žice, pruža najveću preciznost, ali i najkompleksniji i najskuplji za implementaciju; čineći 3-žične najčešće korištene opcije za industrijsku primjenu.

2-Wire RTD:
Najjednostavniji dizajn, najjeftiniji.
Mjeri otpor i RTD elementa i spojnih žica, što dovodi do netočnih očitavanja, posebno kod dugih žica.
Pogodno za aplikacije gdje visoka preciznost nije kritična.

3-Wire RTD:
Koristi dodatnu žicu da djelomično kompenzira otpor spojnih žica.
Nudi poboljšanu preciznost u poređenju sa 2-žičnim, što ga čini najčešće korišćenim u industrijskim okruženjima.
Pruža dobar balans između tačnosti i cijene.

4-Wire RTD:
Smatra se najpreciznijom konfiguracijom jer potpuno izoluje otpor RTD elementa od spojnih žica.
Zahtijeva složenije kolo i često se koristi u laboratorijskim aplikacijama gdje je potrebna visoka preciznost.
Ključne tačke koje treba zapamtiti:
Preciznost: 4-žice > 3-žice > 2-žice
Troškovi: 2-žice < 3-žice < 4-žice
Aplikacija: 2-žica za osnovne aplikacije, 3-žica za većinu industrijskih upotreba, 4-žica za visoko precizna mjerenja

Senzor temperature od nerđajućeg čelika RTD od platine za termičku otpornost za industrijsku i medicinsku opremu

TPE senzor temperature ubrizgavanja RTD PT100 za cijevi

4-wire rtd platinasti senzor termičke otpornosti za predajnik temperature

RTD sonde su dostupne u različitim konfiguracijama, uključujući 2-žične, 3-žice, i 4-žične modele. Postoje značajne razlike između ovih tipova koje se moraju uzeti u obzir pri odabiru odgovarajućeg uređaja za određenu primjenu.
Faktori koje treba uzeti u obzir

Kada birate između 2-žične, 3-žice, i 4-žične RTD senzore, postoji nekoliko faktora koje treba uzeti u obzir, uključujući:

Faktori životne sredine
Određeni faktori životne sredine, kao što su visoki nivoi električnog šuma ili smetnji, može stvoriti smetnje koje mogu uzrokovati greške u mjerenju.

Zahtjevi za prijavu
Različite aplikacije zahtijevaju različite pragove tačnosti. Apsolutno je bitno da senzor pruža dovoljnu preciznost za određenu primjenu.

Budžetska ograničenja
Prilikom odabira RTD-a za bilo koju određenu primjenu, trošak je važan faktor. Zato što 4-žična konfiguracija uključuje više komponenti, 4-žičani RTD obično su skuplji od 2-žičnih ili 3-žičnih RTD-a.
Tipovi konfiguracije RTD žice

Kako je konfigurisan RTD krug određuje koliko je precizno izračunat otpor senzora i koliki vanjski otpor u krugu može poremetiti očitavanje temperature.

Svaki od tri tipa konfiguracije, 2-žice, 3-žice, i 4-žični, ima svoje prednosti i mane, a odabir pravog zavisi od aplikacije. Razumijevanjem karakteristika svake konfiguracije, inženjeri i tehničari mogu osigurati da se RTD senzor koristi najefikasnije.

2-Konfiguracija žice za RTD
2-žična RTD konfiguracija je najjednostavniji dizajn RTD kola. U ovoj serijskoj konfiguraciji, jedan vod povezuje svaki kraj RTD elementa sa uređajem za nadzor. Budući da otpor izračunat za krug uključuje otpor između žica i RTD konektora, kao i otpor u elementu, rezultat će uvijek sadržavati određeni stepen greške.

2-dijagram konfiguracije žice RTD platinskog otpornog temperaturnog senzora

Krugovi predstavljaju granice elemenata na kalibracionim tačkama. Otpor RE se uzima iz otporničkog elementa, i ova vrijednost će nam dati tačno mjerenje temperature. Nažalost, kada vršimo mjerenje otpora, instrument će pokazati RTOTAL:

Gdje je RT = R1 + R2 + R3

Ovo će proizvesti veće očitanje temperature od stvarno izmjerene temperature. Iako se ova greška može smanjiti korištenjem visokokvalitetnih ispitnih vodova i konektora, nemoguće ga je potpuno eliminisati.

Stoga, 2-žična RTD konfiguracija je najkorisnija kada se koristi sa senzorima visokog otpora ili u aplikacijama gdje nije potrebna vrlo visoka preciznost.

3-Konfiguracija žice za RTD
3-žična RTD konfiguracija je najčešće korišteni dizajn RTD kola i često se viđa u industrijskim procesima i aplikacijama za praćenje. U ovoj konfiguraciji, dvije žice povezuju senzorski element s uređajem za nadzor na jednoj strani senzorskog elementa, a jedna žica ga povezuje sa druge strane.

3-dijagram konfiguracije žice RTD platinskog otpornog temperaturnog senzora

Ako se koriste tri žice istog tipa i iste su dužine, tada je R1 = R2 = R3. Mjerenjem otpora provodnika 1 i 2 i otporni element, ukupni otpor sistema (R1 + R2 + RE) se meri.

Ako se otpor mjeri i putem provodnika 2 i 3 (R2 + R3), imamo samo otpor provodnika, i pošto su svi otpori olova jednaki, oduzimanjem te vrijednosti (R2 + R3) od ukupnog otpora sistema ( R1 + R2 + RE) ostavlja samo RE, i izvršeno je precizno mjerenje temperature.

Pošto je ovo prosječan rezultat, mjerenje će biti tačno samo ako sve tri žice imaju isti otpor.

4-Konfiguracija žice za RTD
Ova konfiguracija je najkompleksnija i stoga najzahtjevnija i najskuplja za instalaciju, ali daje najpreciznije rezultate.
Izlazni napon mosta indirektno pokazuje otpor RTD-a. Za most su potrebne četiri spojne žice, eksterno napajanje, i tri otpornika sa nultim temperaturnim koeficijentom. Kako bi se spriječilo da tri mostna otpornika budu izložena istoj temperaturi kao RTD senzor, RTD je izolovan od mosta parom produžnih žica.

4-dijagram konfiguracije žice RTD platinskog otpornog temperaturnog senzora

Ove produžne žice reproduciraju problem na koji smo naišli u početku: otpor produžnih žica utiče na očitavanje temperature. Ovaj efekat se može minimizirati upotrebom trožilne konfiguracije mosta.

U 4-žičnoj RTD konfiguraciji, dvije žice povezuju senzorski element sa uređajem za nadzor sa obe strane senzorskog elementa. Jedan set žica daje struju za mjerenje, a drugi set žica mjeri pad napona na otporniku.

Sa 4-žičnom konfiguracijom, instrument isporučuje konstantnu struju (I) preko eksternih vodova 1 i 4. RTD Wheatstone most stvara nelinearnu vezu između promjena otpora i promjena izlaznog napona mosta. Već nelinearna karakteristika temperaturnog otpora RTD-a dodatno je komplikovana potrebom za dodatnom jednadžbom za pretvaranje izlaznog napona mosta u ekvivalentnu RTD impedanciju.

Pad napona se mjeri na unutrašnjim vodovima 2 i 3. Stoga, od V = IR, znamo otpor samog elementa, na koje ne utiče otpor elektrode. Ovo je samo prednost u odnosu na 3-žičnu konfiguraciju ako se koriste različiti vodovi, što je retko slučaj.

Ovaj 4-žični dizajn mosta u potpunosti kompenzira sav otpor u vodovima i konektorima između njih. 4-žična RTD konfiguracija se prvenstveno koristi u laboratorijama i drugim okruženjima gdje je potrebna visoka preciznost.

2-Konfiguracija žice sa zatvorenom petljom

Druga opcija konfiguracije, iako retko danas, je standardna 2-žična konfiguracija sa zatvorenom petljom žica pored nje. Ova konfiguracija funkcionira isto kao i 3-žična konfiguracija, ali koristi dodatnu žicu da to postigne. Zaseban par žica je osiguran kao petlja kako bi se osigurala kompenzacija za otpor elektrode i varijacije otpora elektrode u okolini.

PT1000 platinasti otporni 2-žični TD temperaturni senzor za roštilj

MAX31865 3-žični RTD platinasti detektor temperature otpora

RTD platinski otporni temperaturni senzor za litijumsku bateriju

Zaključak

RTD konfiguracije su vrijedan alat u industriji – sposoban da ispuni većinu zahtjeva za preciznošću. Uz pravi izbor konfiguracije, RTD sonde mogu pružiti precizna mjerenja koja su pouzdana i ponovljiva u raznim teškim okruženjima. Za postizanje najboljih rezultata, važno je u potpunosti razumjeti različite vrste dostupnih konfiguracija žica i odabrati onu koja najbolje odgovara potrebama aplikacije. Sa pravilnom konfiguracijom, RTD senzori mogu pružiti precizna i pouzdana mjerenja temperature.