Qual è la differenza tra 2-, 3-, e sensori RTD a 4 fili?

Rilevatori di temperatura di resistenza (RTD) sono un tipo di sensore di temperatura ampiamente utilizzato in una varietà di applicazioni industriali a causa della loro precisione, ripetibilità, e stabilità. Questi dispositivi misurano la temperatura rilevando la variazione della resistenza quando cambia la temperatura di un materiale.

La differenza chiave tra 2-, 3-, e i sensori RTD a 4 fili si trovano nel modo in cui gestiscono la resistenza dei fili di collegamento, con 2 fili meno accurato in quanto include la resistenza del filo nella misurazione, 3-Il filo ne compensa parzialmente, e 4 filo elimina completamente la resistenza al filo, fornendo la massima precisione, ma anche essere il più complesso e costoso da implementare; Rendere a 3 fili l'opzione più comunemente utilizzata per le applicazioni industriali.

2-Filo rtd:
Design più semplice, meno costoso.
Misura la resistenza sia dell'elemento RTD che dei fili di collegamento, portando a letture imprecise, specialmente con lunghe lunghezze di filo.
Adatto per applicazioni in cui un'elevata precisione non è critica.

3-Filo rtd:
Utilizza un filo extra per compensare parzialmente la resistenza dei fili di collegamento.
Offre una precisione migliorata rispetto al 2 filo, rendendolo il più comunemente usato in contesti industriali.
Fornisce un buon equilibrio tra precisione e costo.

4-Filo rtd:
Considerato la configurazione più accurata in quanto isola completamente la resistenza dell'elemento RTD dai fili di collegamento.
Richiede un circuito più complesso e viene spesso utilizzato nelle applicazioni di laboratorio in cui è necessaria un'alta precisione.
Punti chiave da ricordare:
Precisione: 4-filo > 3-filo > 2-filo
Costo: 2-filo < 3-filo < 4-filo
Applicazione: 2-filo per applicazioni di base, 3-filo per la maggior parte degli usi industriali, 4-filo per misurazioni ad alta precisione

Sensore di temperatura termica per resistenza termica RTD in acciaio inossidabile per attrezzature industriali e mediche

Sensore di temperatura di iniezione TPE RTD PT100 per tubi

4-Sensore di resistenza termica del platino RTD in filo per trasmettitore di temperatura

Le sonde RTD sono disponibili in una varietà di configurazioni, tra cui 2 fili, 3-filo, e modelli a 4 fili. Esistono differenze significative tra questi tipi che devono essere considerati quando si seleziona il dispositivo appropriato per un'applicazione.
Fattori da considerare

Quando si sceglie tra 2 fili, 3-filo, e sensori RTD a 4 fili, Ci sono diversi fattori da considerare, compreso:

Fattori ambientali
Alcuni fattori ambientali, come alti livelli di rumore elettrico o interferenza, può creare interferenze che possono causare errori di misurazione.

Requisiti dell'applicazione
Applicazioni diverse richiedono soglie di precisione diverse. È assolutamente essenziale che il sensore fornisca una precisione sufficiente per un'applicazione specifica.

Vincoli di bilancio
Quando si sceglie un RTD per una particolare applicazione, Il costo è una considerazione importante. Perché la configurazione a 4 fili prevede più componenti, 4-RTDS WIRE tendono ad essere più costosi di RTDS a 2 fili o a 3 fili.
Tipi di configurazione del filo RTD

Il modo in cui è configurato un circuito RTD determina quanto accuratamente viene calcolata la resistenza del sensore e quanta resistenza esterna nel circuito può distorcere la lettura della temperatura.

Ciascuno dei tre tipi di configurazione, 2-filo, 3-filo, e 4 fili, ha i suoi vantaggi e svantaggi, e scegliere quello giusto dipende dall'applicazione. Comprendendo le caratteristiche di ciascuna configurazione, Ingegneri e tecnici possono garantire che il sensore RTD sia utilizzato in modo più efficace.

2-Configurazione del filo di RTD
La configurazione RTD a 2 fili è la più semplice dei progetti di circuiti RTD. In questa configurazione seriale, Un singolo lead collega ciascuna estremità dell'elemento RTD al dispositivo di monitoraggio. Perché la resistenza calcolata per il circuito include la resistenza tra i fili e il connettore RTD, nonché la resistenza nell'elemento, Il risultato conterrà sempre un certo grado di errore.

2-Schema di configurazione del filo del sensore di temperatura di resistenza al platino RTD

I cerchi rappresentano i confini degli elementi nei punti di calibrazione. La resistenza è presa dall'elemento resistore, e questo valore ci darà una misurazione accurata della temperatura. Purtroppo, Quando effettuiamo una misurazione della resistenza, Lo strumento indicherà rtotal:

Dove rt = r1 + R2 + R3

Ciò produrrà una lettura di temperatura più elevata rispetto alla lettura di temperatura misurata effettiva. Mentre questo errore può essere ridotto utilizzando letti e connettori di test di alta qualità, È impossibile eliminarlo.

Perciò, La configurazione RTD a 2 fili è più utile se utilizzata con sensori ad alta resistenza o in applicazioni in cui non è richiesta una precisione molto elevata.

3-Configurazione del filo di RTD
La configurazione RTD a 3 fili è la progettazione del circuito RTD più comunemente utilizzato ed è spesso osservata nelle applicazioni di processo industriale e monitoraggio. In questa configurazione, Due fili collegano l'elemento di rilevamento al dispositivo di monitoraggio su un lato dell'elemento di rilevamento e un filo lo collega sull'altro lato.

3-Schema di configurazione del filo del sensore di temperatura di resistenza al platino RTD

Se vengono utilizzati tre fili dello stesso tipo e sono uguali, Quindi R1 = R2 = R3. Misurando la resistenza dei cavi 1 E 2 e l'elemento resistivo, la resistenza totale del sistema (R1 + R2 + RIF) è misurato.

Se la resistenza viene anche misurata attraverso i cavi 2 E 3 (R2 + R3), Abbiamo solo la resistenza dei cavi, e poiché tutte le resistenze di piombo sono uguali, Sottraendo quel valore (R2 + R3) Dalla resistenza totale del sistema ( R1 + R2 + RIF) foglie solo re, e una misurazione accurata della temperatura è stata effettuata.

Poiché questo è un risultato medio, La misurazione sarà accurata solo se tutti e tre i fili hanno la stessa resistenza.

4-Configurazione del filo di RTD
Questa configurazione è la più complessa e quindi la più dispendiosa e costosa da installare, Ma produce i risultati più accurati.
La tensione di uscita del ponte indica indirettamente la resistenza RTD. Il ponte richiede quattro fili di collegamento, Un alimentatore esterno, e tre resistori con un coefficiente di temperatura zero. Per impedire che i tre resistori del ponte vengano sottoposti alla stessa temperatura del sensore RTD, L'RTD è isolato dal ponte da una coppia di fili di estensione.

4-Schema di configurazione del filo del sensore di temperatura di resistenza al platino RTD

Questi fili di estensione riproducono il problema che abbiamo incontrato inizialmente: La resistenza dei fili di estensione influisce sulla lettura della temperatura. Questo effetto può essere ridotto al minimo utilizzando una configurazione a tre fili.

In una configurazione RTD a 4 fili, Due fili collegano l'elemento di rilevamento al dispositivo di monitoraggio su entrambi i lati dell'elemento di rilevamento. Una serie di fili fornisce la corrente per la misurazione, e l'altro set di fili misura la caduta di tensione attraverso il resistore.

Con la configurazione a 4 fili, Lo strumento offre una corrente costante (IO) attraverso cavi esterni 1 E 4. Il ponte Wheatstone RTD crea una relazione non lineare tra i cambiamenti nella resistenza e i cambiamenti nella tensione di uscita del ponte. La caratteristica di resistenza alla temperatura già non lineare dell'RTD è ulteriormente complicata dalla necessità di un'equazione aggiuntiva per convertire la tensione di uscita del ponte all'impedenza RTD equivalente.

La caduta di tensione viene misurata attraverso i cavi interni 2 E 3. Perciò, da v = ir, Conosciamo la resistenza dell'elemento da solo, non influenzato dalla resistenza al piombo. Questo è solo un vantaggio rispetto alla configurazione a 3 fili se vengono utilizzati diversi lead, che raramente è il caso.

Questo design del ponte a 4 fili compensa completamente tutta la resistenza nei cavi e i connettori tra di loro. La configurazione RTD a 4 fili è utilizzata principalmente nei laboratori e in altri ambienti in cui è richiesta un'elevata precisione.

2-Configurazione del filo con anello chiuso

Un'altra opzione di configurazione, Anche se raro oggi, è la configurazione standard a 2 fili con un anello chiuso di fili accanto ad essa. Questa configurazione funziona come la configurazione a 3 fili, ma usa un filo aggiuntivo per raggiungere questo obiettivo. Una coppia separata di fili è fornita come ciclo per fornire una compensazione per la resistenza al piombo e le variazioni ambientali nella resistenza al piombo.

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Conclusione

Le configurazioni RTD sono uno strumento prezioso nel settore – in grado di soddisfare la maggior parte dei requisiti di precisione. Con la giusta selezione di configurazione, Le sonde RTD possono fornire misurazioni accurate affidabili e ripetibili in una varietà di ambienti difficili. Per ottenere i migliori risultati, È importante comprendere appieno i diversi tipi di configurazioni di filo disponibili e selezionare quello che si adatta meglio alle esigenze dell'applicazione. Con la giusta configurazione, I sensori RTD sono in grado di fornire misurazioni di temperatura accurate e affidabili.