Mitä eroa on 2-, 3-, ja 4-johtoiset RTD-anturit?

Vastuslämpötilan ilmaisimet (TTK:t) ovat lämpötila-antureita, joita käytetään laajalti erilaisissa teollisissa sovelluksissa niiden tarkkuuden vuoksi, toistettavuus, ja vakautta. Nämä laitteet mittaavat lämpötilaa aistimalla vastuksen muutoksen materiaalin lämpötilan muuttuessa.

Keskeinen ero 2-, 3-, ja 4-johtimiset RTD-anturit ovat siinä, kuinka ne käsittelevät liitäntäjohtojen resistanssia, 2-johtiminen on vähiten tarkka, koska se sisältää langan resistanssin mittauksessa, 3-lanka kompensoi sen osittain, ja 4-johtiminen eliminoi kokonaan johdinvastuksen, tarjoaa korkeimman tarkkuuden, mutta myös monimutkaisin ja kallein toteuttaa; tekee 3-johtimisesta yleisimmin käytetyn vaihtoehdon teollisissa sovelluksissa.

2-Wire RTD:
Yksinkertaisin muotoilu, edullisin.
Mittaa sekä RTD-elementin että liitäntäjohtojen resistanssin, mikä johtaa epätarkkoihin lukemiin erityisesti pitkillä langoilla.
Soveltuu sovelluksiin, joissa korkea tarkkuus ei ole kriittinen.

3-Wire RTD:
Käyttää ylimääräistä johtoa kompensoimaan osittain liitäntäjohtojen vastuksen.
Tarjoaa paremman tarkkuuden verrattuna 2-johtimiseen, joten se on yleisimmin käytetty teollisuusympäristöissä.
Tarjoaa hyvän tasapainon tarkkuuden ja kustannusten välillä.

4-Wire RTD:
Pidetään tarkimpana kokoonpanona, koska se eristää täysin RTD-elementin resistanssin liitäntäjohtimista.
Vaatii monimutkaisemman piirin ja sitä käytetään usein laboratorioissa, joissa tarvitaan suurta tarkkuutta.
Tärkeimmät kohdat muistaa:
Tarkkuus: 4-langa > 3-langa > 2-langa
Maksaa: 2-langa < 3-langa < 4-langa
Sovellus: 2-lanka perussovelluksiin, 3-lanka useimpiin teollisiin käyttötarkoituksiin, 4-lanka erittäin tarkkoihin mittauksiin

Ruostumattomasta teräksestä valmistettu RTD platina lämpövastuslämpötila-anturi teollisuus- ja lääketieteellisiin laitteisiin

TPE-ruiskutuslämpötila-anturi RTD PT100 putkille

4-Wire rtd platina lämpövastusanturi lämpötilalähettimelle

RTD-antureita on saatavana useissa eri kokoonpanoissa, mukaan lukien 2-johtiminen, 3-langa, ja 4-johtoiset mallit. Näiden tyyppien välillä on merkittäviä eroja, jotka on otettava huomioon valittaessa sovellukseen sopivaa laitetta.
Huomioon otettavat tekijät

Valittaessa 2-johtimista, 3-langa, ja 4-johdin RTD-anturit, on otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien:

Ympäristötekijät
Tietyt ympäristötekijät, kuten korkea sähköinen melu tai häiriö, voi aiheuttaa häiriöitä, jotka voivat aiheuttaa mittausvirheitä.

Sovellusvaatimukset
Eri sovellukset vaativat erilaisia ​​tarkkuuskynnyksiä. On ehdottoman tärkeää, että anturi tarjoaa riittävän tarkkuuden tiettyyn sovellukseen.

Budjettirajoitukset
Kun valitset RTD:tä mille tahansa tietylle sovellukselle, hinta on tärkeä näkökohta. Koska 4-johtiminen kokoonpano sisältää enemmän komponentteja, 4-lanka-RTD:t ovat yleensä kalliimpia kuin 2- tai 3-johtimiset RTD:t.
RTD-johtokokoonpanotyypit

RTD-piirin konfigurointi määrittää kuinka tarkasti anturin vastus lasketaan ja kuinka paljon ulkoinen vastus piirissä voi vääristää lämpötilalukemaa.

Jokainen kolmesta kokoonpanotyypistä, 2-langa, 3-langa, ja 4-johtoinen, on omat hyvät ja huonot puolensa, ja oikean valinta riippuu sovelluksesta. Ymmärtämällä kunkin kokoonpanon ominaisuudet, insinöörit ja teknikot voivat varmistaa, että RTD-anturia käytetään mahdollisimman tehokkaasti.

2-RTD:n johtokokoonpano
2-johtiminen RTD-konfiguraatio on yksinkertaisin RTD-piirimalleista. Tässä sarjakokoonpanossa, yksi johto yhdistää RTD-elementin molemmat päät valvontalaitteeseen. Koska piirille laskettu resistanssi sisältää johtojen ja RTD-liittimen välisen resistanssin sekä elementin resistanssin, tulos sisältää aina jonkinasteisen virheen.

2-RTD-platinavastuslämpötila-anturin johdinkokoonpanokaavio

Ympyrät edustavat elementin rajoja kalibrointipisteissä. Resistanssi RE otetaan vastuselementistä, ja tämä arvo antaa meille tarkan lämpötilamittauksen. Valitettavasti, kun teemme vastusmittauksen, laite näyttää RTOTAL:

Missä RT = R1 + R2 + R3

Tämä tuottaa korkeamman lämpötilalukeman kuin todellinen mitattu lämpötilalukema. Vaikka tätä virhettä voidaan vähentää käyttämällä korkealaatuisia testijohtoja ja liittimiä, sitä on mahdotonta poistaa kokonaan.

Siksi, 2-johtiminen RTD-konfiguraatio on hyödyllisin käytettäessä korkearesistanssisten antureiden kanssa tai sovelluksissa, joissa ei vaadita erittäin suurta tarkkuutta.

3-RTD:n johtokokoonpano
3-johtiminen RTD-konfiguraatio on yleisimmin käytetty RTD-piirisuunnittelu, ja sitä nähdään usein teollisissa prosessi- ja valvontasovelluksissa.. Tässä kokoonpanossa, kaksi johtoa yhdistää anturielementin valvontalaitteeseen anturielementin toisella puolella ja yksi johdin yhdistää sen toisella puolella.

3-RTD-platinavastuslämpötila-anturin johdinkokoonpanokaavio

Jos käytetään kolmea samantyyppistä johtoa ja ne ovat yhtä pitkiä, silloin R1 = R2 = R3. Johtojen resistanssia mittaamalla 1 ja 2 ja resistiivinen elementti, järjestelmän kokonaisvastus (R1 + R2 + RE) mitataan.

Jos resistanssi mitataan myös johtimien kautta 2 ja 3 (R2 + R3), meillä on vain johtojen vastus, ja koska kaikki lyijyvastukset ovat yhtä suuret, vähentämällä tuo arvo (R2 + R3) järjestelmän kokonaisresistanssista ( R1 + R2 + RE) jättää vain RE, ja tarkka lämpötilamittaus on tehty.

Koska tämä on keskimääräinen tulos, mittaus on tarkka vain, jos kaikilla kolmella johdolla on sama vastus.

4-RTD:n johtokokoonpano
Tämä kokoonpano on monimutkaisin ja siksi aikaa vievin ja kallein asentaa, mutta se tuottaa tarkimmat tulokset.
Sillan lähtöjännite ilmaisee epäsuorasti RTD-vastuksen. Silta vaatii neljä liitäntäjohtoa, ulkoinen virtalähde, ja kolme vastusta, joiden lämpötilakerroin on nolla. Jotta kolme siltavastusta eivät joutuisi samaan lämpötilaan kuin RTD-anturi, RTD on eristetty sillasta jatkojohtoparilla.

4-RTD-platinavastuslämpötila-anturin johdinkokoonpanokaavio

Nämä jatkojohdot toistavat ongelman, jonka kohtasimme alun perin: jatkojohtojen resistanssi vaikuttaa lämpötilalukemaan. Tämä vaikutus voidaan minimoida käyttämällä kolmijohtimista siltakonfiguraatiota.

4-johtimisessa RTD-kokoonpanossa, kaksi johtoa yhdistävät anturielementin valvontalaitteeseen anturielementin kummallakin puolella. Yksi johtosarja antaa virran mittausta varten, ja toinen johtosarja mittaa jännitteen pudotuksen vastuksen yli.

4-johdinkokoonpanolla, laite antaa jatkuvaa virtaa (minä) ulkoisten johtojen kautta 1 ja 4. RTD Wheatstonen silta luo epälineaarisen suhteen vastuksen muutosten ja sillan lähtöjännitteen muutosten välille. RTD:n jo ennestään epälineaarista lämpötilankestävyyttä vaikeuttaa entisestään lisäyhtälön tarve sillan lähtöjännitteen muuntamiseksi vastaavaksi RTD-impedanssiksi.

Jännitteen pudotus mitataan sisäjohtimien yli 2 ja 3. Siksi, alkaen V = IR, tiedämme elementin vastuksen yksin, lyijyn vastus ei vaikuta siihen. Tämä on vain etu 3-johtimiseen verrattuna, jos käytetään erilaisia ​​johtoja, mitä harvoin tapahtuu.

Tämä 4-johtiminen siltarakenne kompensoi täysin kaiken vastuksen johtimissa ja niiden välisissä liittimissä. 4-johtimista RTD-konfiguraatiota käytetään ensisijaisesti laboratorioissa ja muissa ympäristöissä, joissa vaaditaan suurta tarkkuutta.

2-Johdinkokoonpano suljetulla silmukalla

Toinen konfigurointivaihtoehto, vaikka nykyään harvinaista, on tavallinen 2-johdinkokoonpano, jonka vieressä on suljettu johtosilmukka. Tämä kokoonpano toimii samalla tavalla kuin 3-johdinkokoonpano, mutta käyttää ylimääräistä johtoa tämän saavuttamiseksi. Erillinen johtopari toimitetaan silmukana kompensoimaan lyijyresistanssia ja johtovastuksen ympäristövaihteluita.

PT1000 platinavastus 2-johtiminen TD lämpötila-anturi grilliin

MAX31865 3-johdin RTD platinavastuslämpötilan ilmaisin

RTD platinavastuslämpötila-anturi litiumakulle

Johtopäätös

TTK-konfiguraatiot ovat arvokas työkalu teollisuudessa – pystyy täyttämään useimmat tarkkuusvaatimukset. Oikealla kokoonpanovalinnalla, RTD-anturit voivat tarjota tarkkoja mittauksia, jotka ovat luotettavia ja toistettavissa useissa ankarissa ympäristöissä. Parhaiden tulosten saavuttamiseksi, on tärkeää ymmärtää täysin saatavilla olevat erityyppiset johdinkokoonpanot ja valita sovellustarpeisiin parhaiten sopiva. Oikealla kokoonpanolla, RTD-anturit pystyvät tarjoamaan tarkkoja ja luotettavia lämpötilamittauksia.