Hva er forskjellen mellom 2-, 3-, og 4-tråds RTD-sensorer?

Motstandstemperaturdetektorer (RTS) er en type temperatursensor som er mye brukt i en rekke industrielle applikasjoner på grunn av deres nøyaktighet, repeterbarhet, og stabilitet. Disse enhetene måler temperatur ved å registrere endringen i motstand når et materiales temperatur endres.

Nøkkelforskjellen mellom 2-, 3-, og 4-leder RTD-sensorer ligger i hvordan de håndterer motstanden til tilkoblingsledningene, med 2-leder som minst nøyaktig da den inkluderer trådmotstanden i målingen, 3-ledning kompenserer delvis for det, og 4-leder eliminerer ledningsmotstanden fullstendig, gir den høyeste nøyaktigheten, men er også den mest komplekse og kostbare å implementere; gjør 3-leder til det mest brukte alternativet for industrielle applikasjoner.

2-Wire RTD:
Enkleste design, minst kostbare.
Måler motstanden til både RTD-elementet og tilkoblingsledningene, fører til unøyaktige avlesninger, spesielt med lange ledningslengder.
Egnet for applikasjoner der høy nøyaktighet ikke er kritisk.

3-Wire RTD:
Bruker en ekstra ledning for å delvis kompensere for motstanden til tilkoblingsledningene.
Tilbyr forbedret nøyaktighet sammenlignet med 2-leder, gjør den til den mest brukte i industrielle omgivelser.
Gir en god balanse mellom nøyaktighet og kostnad.

4-Wire RTD:
Regnes som den mest nøyaktige konfigurasjonen da den fullstendig isolerer motstanden til RTD-elementet fra tilkoblingsledningene.
Krever en mer kompleks krets og brukes ofte i laboratorieapplikasjoner hvor høy presisjon er nødvendig.
Nøkkelpunkter å huske:
Nøyaktighet: 4-metalltråd > 3-metalltråd > 2-metalltråd
Koste: 2-metalltråd < 3-metalltråd < 4-metalltråd
Søknad: 2-ledning for grunnleggende bruksområder, 3-ledning for de fleste industrielle bruksområder, 4-wire for høy presisjonsmålinger

Rustfritt stål RTD platina termisk motstand temperatursensor for industrielt og medisinsk utstyr

TPE injeksjonstemperaturføler RTD PT100 for rør

4-wire rtd platina termisk motstandssensor for temperaturtransmitter

RTD-prober er tilgjengelige i en rekke konfigurasjoner, inkludert 2-leder, 3-metalltråd, og 4-leder modeller. Det er betydelige forskjeller mellom disse typene som må vurderes når du velger riktig enhet for en applikasjon.
Faktorer å vurdere

Ved valg mellom 2-leder, 3-metalltråd, og 4-leder RTD-sensorer, det er flere faktorer å vurdere, inkludert:

Miljøfaktorer
Visse miljøfaktorer, for eksempel høye nivåer av elektrisk støy eller interferens, kan skape interferens som kan forårsake målefeil.

Søknadskrav
Ulike applikasjoner krever forskjellige nøyaktighetsterskler. Det er helt avgjørende at sensoren gir tilstrekkelig nøyaktighet for en spesifikk applikasjon.

Budsjettbegrensninger
Når du velger en RTD for en bestemt applikasjon, kostnad er en viktig faktor. Fordi 4-lederkonfigurasjonen involverer flere komponenter, 4-wire RTD-er har en tendens til å være dyrere enn 2-leder eller 3-leder RTDer.
RTD-ledningskonfigurasjonstyper

Hvordan en RTD-krets er konfigurert bestemmer hvor nøyaktig sensormotstanden beregnes og hvor mye ekstern motstand i kretsen som kan forvrenge temperaturavlesningen.

Hver av de tre konfigurasjonstypene, 2-metalltråd, 3-metalltråd, og 4-leder, har sine egne fordeler og ulemper, og valg av riktig avhenger av applikasjonen. Ved å forstå egenskapene til hver konfigurasjon, ingeniører og teknikere kan sikre at RTD-sensoren brukes mest effektivt.

2-Ledningskonfigurasjon av RTD
2-leder RTD-konfigurasjonen er den enkleste av RTD-kretsdesignene. I denne seriekonfigurasjonen, en enkelt ledning kobler hver ende av RTD-elementet til overvåkingsenheten. Fordi motstanden beregnet for kretsen inkluderer motstanden mellom ledningene og RTD-kontakten samt motstanden i elementet, resultatet vil alltid inneholde en viss grad av feil.

2-ledningskonfigurasjonsdiagram av RTD platina motstand temperatursensor

Sirklene representerer elementgrensene ved kalibreringspunktene. Motstanden RE tas fra motstandselementet, og denne verdien vil gi oss en nøyaktig temperaturmåling. Dessverre, når vi gjør en motstandsmåling, instrumentet vil indikere RTOTAL:

Hvor RT = R1 + R2 + R3

Dette vil gi en høyere temperaturavlesning enn den faktisk målte temperaturavlesningen. Selv om denne feilen kan reduseres ved å bruke høykvalitets testledninger og kontakter, det er umulig å eliminere det helt.

Derfor, 2-tråds RTD-konfigurasjonen er mest nyttig når den brukes med høymotstandssensorer eller i applikasjoner der svært høy nøyaktighet ikke er nødvendig.

3-Ledningskonfigurasjon av RTD
3-leder RTD-konfigurasjonen er den mest brukte RTD-kretsdesignen og sees ofte i industrielle prosess- og overvåkingsapplikasjoner. I denne konfigurasjonen, to ledninger kobler følerelementet til overvåkingsenheten på den ene siden av følerelementet og en ledning kobler det på den andre siden.

3-ledningskonfigurasjonsdiagram av RTD platina motstand temperatursensor

Hvis det brukes tre ledninger av samme type og de er like lange, så R1 = R2 = R3. Ved å måle motstanden til ledninger 1 og 2 og det resistive elementet, den totale systemmotstanden (R1 + R2 + RE) er målt.

Hvis motstanden også måles gjennom ledninger 2 og 3 (R2 + R3), vi har bare motstanden til ledningene, og siden alle blymotstander er like, trekke fra denne verdien (R2 + R3) fra den totale systemmotstanden ( R1 + R2 + RE) etterlater kun RE, og en nøyaktig temperaturmåling er gjort.

Siden dette er et gjennomsnittsresultat, målingen vil bare være nøyaktig hvis alle tre ledningene har samme motstand.

4-Ledningskonfigurasjon av RTD
Denne konfigurasjonen er den mest komplekse og derfor den mest tidkrevende og kostbare å installere, men det gir de mest nøyaktige resultatene.
Broens utgangsspenning indikerer indirekte RTD-motstanden. Broen krever fire tilkoblingsledninger, en ekstern strømforsyning, og tre motstander med null temperaturkoeffisient. For å hindre at de tre bromotstandene utsettes for samme temperatur som RTD-sensoren, RTD-en er isolert fra broen med et par forlengelsesledninger.

4-ledningskonfigurasjonsdiagram av RTD platina motstand temperatursensor

Disse forlengelsesledningene gjengir problemet vi møtte i utgangspunktet: motstanden til forlengelsesledningene påvirker temperaturavlesningen. Denne effekten kan minimeres ved å bruke en tre-tråds brokonfigurasjon.

I en 4-leder RTD-konfigurasjon, to ledninger kobler sensorelementet til overvåkingsenheten på hver side av sensorelementet. Ett sett med ledninger gir strømmen for måling, og det andre settet med ledninger måler spenningsfallet over motstanden.

Med 4-leder konfigurasjon, instrumentet leverer en konstant strøm (jeg) gjennom eksterne ledninger 1 og 4. RTD Wheatstone-broen skaper et ikke-lineært forhold mellom endringer i motstand og endringer i broens utgangsspenning. Den allerede ikke-lineære temperaturmotstandskarakteristikken til RTDen kompliseres ytterligere av behovet for en ekstra ligning for å konvertere broutgangsspenningen til den ekvivalente RTD-impedansen.

Spenningsfallet måles over de indre ledningene 2 og 3. Derfor, fra V = IR, vi kjenner motstanden til elementet alene, upåvirket av blymotstanden. Dette er kun en fordel i forhold til 3-lederkonfigurasjonen hvis forskjellige ledninger brukes, som sjelden er tilfelle.

Denne 4-leder brodesignen kompenserer fullt ut for all motstand i ledningene og kontaktene mellom dem. 4-tråds RTD-konfigurasjonen brukes først og fremst i laboratorier og andre miljøer hvor høy nøyaktighet kreves.

2-Ledningskonfigurasjon med lukket sløyfe

Et annet konfigurasjonsalternativ, selv om det er sjeldent i dag, er standard 2-leder konfigurasjon med en lukket sløyfe av ledninger ved siden av. Denne konfigurasjonen fungerer på samme måte som 3-leder konfigurasjonen, men bruker en ekstra ledning for å oppnå dette. Et separat par ledninger er gitt som en sløyfe for å gi kompensasjon for ledningsmotstanden og miljøvariasjoner i ledningsmotstanden.

PT1000 platinamotstand 2-leder TD temperatursensor for grill

MAX31865 3-leder RTD Platinum motstandstemperaturdetektor

RTD platina motstand temperatursensor for litiumbatteri

Konklusjon

RTD-konfigurasjoner er et verdifullt verktøy i industrien – i stand til å møte de fleste nøyaktighetskrav. Med riktig konfigurasjonsvalg, RTD-sonder kan gi nøyaktige målinger som er pålitelige og repeterbare i en rekke tøffe miljøer. For å oppnå de beste resultatene, det er viktig å fullt ut forstå de forskjellige typer ledningskonfigurasjoner som er tilgjengelige og velge den som passer best til applikasjonens behov. Med riktig konfigurasjon, RTD-sensorer er i stand til å gi nøyaktige og pålitelige temperaturmålinger.