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

Otporni detektori temperature (RTS) su tip senzora temperature koji se naširoko koriste u raznim industrijskim primjenama zbog svoje točnosti, ponovljivost, i stabilnost. Ovi uređaji mjere temperaturu osjetivši promjenu otpora kada se temperatura materijala promijeni.

Ključna razlika između 2-, 3-, i 4-žilni RTD senzori leži u tome kako se nose s otporom spojnih žica, pri čemu je 2-žilni najmanje točan jer uključuje otpor žice u mjerenju, 3-žica to djelomično kompenzira, a 4-žilni potpuno eliminira otpor žice, pružajući najveću točnost, ali i kao najsloženiji i najskuplji za implementaciju; čineći 3-žičnu opciju najčešće korištenom za industrijske primjene.

2-Žičani RTD:
Najjednostavniji dizajn, najmanje skupo.
Mjeri otpor i RTD elementa i spojnih žica, što dovodi do netočnih očitanja, posebno kod velikih duljina žice.
Prikladno za primjene gdje visoka točnost nije kritična.

3-Žičani RTD:
Koristi dodatnu žicu za djelomičnu kompenzaciju otpora spojnih žica.
Nudi poboljšanu točnost u usporedbi s 2-žičnim, što ga čini najčešće korištenim u industrijskim okruženjima.
Pruža dobru ravnotežu između točnosti i cijene.

4-Žičani RTD:
Smatra se najtočnijom konfiguracijom jer potpuno izolira otpor RTD elementa od spojnih žica.
Zahtijeva složeniji sklop i često se koristi u laboratorijskim primjenama gdje je potrebna visoka preciznost.
Ključne točke koje treba zapamtiti:
Točnost: 4-žica > 3-žica > 2-žica
Koštati: 2-žica < 3-žica < 4-žica
Primjena: 2-žica za osnovne primjene, 3-žica za većinu industrijskih namjena, 4-žica za mjerenje visoke preciznosti

RTD platinasti toplinski otporni temperaturni senzor od nehrđajućeg čelika za industrijsku i medicinsku opremu

TPE senzor temperature ubrizgavanja RTD PT100 za cijevi

4-wire rtd platinasti toplinski otporni senzor za temperaturni transmiter

RTD sonde dostupne su u raznim konfiguracijama, uključujući 2-žične, 3-žica, i 4-žilni modeli. Postoje značajne razlike između ovih vrsta koje se moraju uzeti u obzir pri odabiru odgovarajućeg uređaja za aplikaciju.
Čimbenici koje treba uzeti u obzir

Kada birate između 2-žilnog, 3-žica, i 4-žilni RTD senzori, postoji nekoliko faktora koje treba uzeti u obzir, uključujući:

Čimbenici okoliša
Određeni čimbenici okoliša, kao što su visoke razine električnog šuma ili smetnje, mogu stvoriti smetnje koje mogu uzrokovati pogreške u mjerenju.

Zahtjevi za prijavu
Različite primjene zahtijevaju različite pragove točnosti. Apsolutno je bitno da senzor pruža dovoljnu točnost za određenu primjenu.

Proračunska ograničenja
Prilikom odabira RTD za bilo koju posebnu primjenu, trošak je važno razmatranje. Budući da konfiguracija s 4 žice uključuje više komponenti, 4-žičani RTD-ovi obično su skuplji od 2-žilnih ili 3-žilnih RTD-ova.
Vrste konfiguracije žice RTD

Način na koji je RTD krug konfiguriran određuje koliko je točno otpor senzora izračunat i koliko vanjskog otpora u krugu može iskriviti očitanje temperature.

Svaki od tri tipa konfiguracije, 2-žica, 3-žica, i 4-žilni, ima svoje prednosti i nedostatke, a odabir pravog ovisi o primjeni. Razumijevanjem karakteristika svake konfiguracije, inženjeri i tehničari mogu osigurati da se RTD senzor koristi najučinkovitije.

2-Konfiguracija žice RTD-a
2-žična RTD konfiguracija je najjednostavniji dizajn kruga RTD. U ovoj serijskoj konfiguraciji, jedan vod povezuje svaki kraj RTD elementa s 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 stupanj pogreške.

2-dijagram konfiguracije žice RTD platinskog otpornog senzora temperature

Krugovi predstavljaju granice elemenata na kalibracijskim točkama. Otpor RE uzima se iz otporničkog elementa, a ova vrijednost će nam dati točno mjerenje temperature. Nažalost, kada vršimo mjerenje otpora, instrument će pokazati RTOTAL:

Gdje je RT = R1 + R2 + R3

To će proizvesti više očitanje temperature od stvarnog izmjerenog očitanja temperature. Iako se ova pogreška može smanjiti korištenjem visokokvalitetnih ispitnih vodiča i konektora, nemoguće ga je potpuno eliminirati.

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

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

3-dijagram konfiguracije žice RTD platinskog otpornog senzora temperature

Ako se koriste tri žice iste vrste i iste su duljine, tada je R1 = R2 = R3. Mjerenjem otpora izvoda 1 i 2 i otporni element, ukupni otpor sustava (R1 + R2 + PONOVNO) se mjeri.

Ako se otpor mjeri i kroz izvode 2 i 3 (R2 + R3), imamo samo otpor izvoda, a budući da su svi otpori olova jednaki, oduzimajući tu vrijednost (R2 + R3) od ukupnog otpora sustava ( R1 + R2 + PONOVNO) ostavlja samo RE, i izvršeno je točno mjerenje temperature.

Pošto se radi o prosječnom rezultatu, mjerenje će biti točno samo ako sve tri žice imaju isti otpor.

4-Konfiguracija žice RTD-a
Ova konfiguracija je najsloženija i stoga najdugotrajnija i najskuplja za instalaciju, ali daje najtočnije rezultate.
Izlazni napon mosta neizravno pokazuje otpor RTD-a. Za most su potrebne četiri spojne žice, vanjsko napajanje, i tri otpornika s nultim temperaturnim koeficijentom. Kako bi se spriječilo da tri otpornika mosta budu izložena istoj temperaturi kao RTD senzor, RTD je izoliran od mosta parom produžnih žica.

4-dijagram konfiguracije žice RTD platinskog otpornog senzora temperature

Ove produžne žice reproduciraju problem na koji smo naišli u početku: otpor produžnih žica utječe na očitanje temperature. Taj se učinak može minimizirati korištenjem konfiguracije mosta s tri žice.

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

S 4-žilnom konfiguracijom, instrument daje konstantnu struju (ja) kroz vanjske vodove 1 i 4. RTD Wheatstoneov most stvara nelinearni odnos između promjena otpora i promjena izlaznog napona mosta. Već nelinearna karakteristika temperaturnog otpora RTD-a dodatno je komplicirana potrebom za dodatnom jednadžbom za pretvorbu izlaznog napona mosta u ekvivalentnu impedanciju RTD-a.

Pad napona se mjeri na unutarnjim vodovima 2 i 3. Stoga, od V = IR, znamo otpor samog elementa, ne utječe na otpor olova. Ovo je prednost u odnosu na konfiguraciju s 3 žice samo ako se koriste različiti vodovi, što je rijetko slučaj.

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

2-Konfiguracija žice sa zatvorenom petljom

Još jedna opcija konfiguracije, iako danas rijetko, 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. Odvojeni par žica isporučuje se kao petlja za kompenzaciju otpora vodiča i varijacija otpora vodiča u okolini.

PT1000 platinasti otporni 2-žilni TD senzor temperature za roštilj

MAX31865 3-žilni RTD platinasti otporni temperaturni detektor

RTD platinasti otporni temperaturni senzor za litijevu bateriju

Zaključak

RTD konfiguracije vrijedan su alat u industriji – sposobni ispuniti većinu zahtjeva točnosti. S pravim odabirom konfiguracije, RTD sonde mogu pružiti točna 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 primjene. Uz pravu konfiguraciju, RTD senzori mogu pružiti točna i pouzdana mjerenja temperature.