Aký je rozdiel medzi 2-, 3-, a 4-vodičové RTD snímače?

Odporové teplotné detektory (Rts) sú typom teplotných snímačov, ktoré sú vďaka svojej presnosti široko používané v rôznych priemyselných aplikáciách, opakovateľnosť, a stabilitu. Tieto zariadenia merajú teplotu snímaním zmeny odporu pri zmene teploty materiálu.

Kľúčový rozdiel medzi 2-, 3-, a 4-vodičových RTD snímačov spočíva v tom, ako zvládajú odpor spojovacích vodičov, s 2-vodičom je najmenej presný, pretože zahŕňa odpor vodiča v meraní, 3-drôt to čiastočne kompenzuje, a 4-drôtový úplne eliminuje odpor drôtu, poskytuje najvyššiu presnosť, ale zároveň je najzložitejšia a najdrahšia na implementáciu; čím sa 3-vodič stáva najčastejšie používanou možnosťou pre priemyselné aplikácie.

2-Drôtový RTD:
Najjednoduchší dizajn, najmenej drahé.
Meria odpor prvku RTD a spojovacích vodičov, čo vedie k nepresným údajom, najmä pri dlhých dĺžkach vodičov.
Vhodné pre aplikácie, kde nie je dôležitá vysoká presnosť.

3-Drôtový RTD:
Používa ďalší vodič na čiastočnú kompenzáciu odporu spojovacích vodičov.
Ponúka lepšiu presnosť v porovnaní s 2-vodičovým, vďaka čomu sa najčastejšie používa v priemyselnom prostredí.
Poskytuje dobrú rovnováhu medzi presnosťou a cenou.

4-Drôtový RTD:
Považuje sa za najpresnejšiu konfiguráciu, pretože úplne izoluje odpor prvku RTD od spojovacích vodičov.
Vyžaduje zložitejší obvod a často sa používa v laboratórnych aplikáciách, kde je potrebná vysoká presnosť.
Kľúčové body na zapamätanie:
Presnosť: 4-drôt > 3-drôt > 2-drôt
náklady: 2-drôt < 3-drôt < 4-drôt
Aplikácia: 2-drôt pre základné aplikácie, 3-drôt pre väčšinu priemyselných použití, 4-drôt pre vysoko presné merania

Nerezový RTD platinový teplotný odporový snímač teploty pre priemyselné a lekárske zariadenia

Snímač teploty vstrekovania TPE RTD PT100 pre potrubia

4-drôtový rtd platinový tepelný odporový snímač pre teplotný vysielač

RTD sondy sú dostupné v rôznych konfiguráciách, vrátane 2-vodičového, 3-drôt, a 4-vodičové modely. Medzi týmito typmi existujú významné rozdiely, ktoré je potrebné zvážiť pri výbere vhodného zariadenia pre aplikáciu.
Faktory, ktoré treba zvážiť

Pri výbere medzi 2-vodič, 3-drôt, a 4-vodičové RTD snímače, je potrebné zvážiť viacero faktorov, vrátane:

Environmentálne faktory
Určité faktory prostredia, ako sú vysoké úrovne elektrického šumu alebo rušenia, môže spôsobiť rušenie, ktoré môže spôsobiť chyby merania.

Požiadavky na aplikáciu
Rôzne aplikácie vyžadujú rôzne prahové hodnoty presnosti. Je absolútne nevyhnutné, aby snímač poskytoval dostatočnú presnosť pre konkrétnu aplikáciu.

Rozpočtové obmedzenia
Pri výbere RTD pre akúkoľvek konkrétnu aplikáciu, náklady sú dôležitým faktorom. Pretože 4-vodičová konfigurácia zahŕňa viac komponentov, 4-drôtové RTD bývajú drahšie ako 2-vodičové alebo 3-vodičové RTD.
Typy konfigurácie vodičov RTD

Ako je obvod RTD nakonfigurovaný, určuje, ako presne sa vypočíta odpor snímača a koľko vonkajšieho odporu v obvode môže skresliť údaj o teplote.

Každý z troch typov konfigurácie, 2-drôt, 3-drôt, a 4-vodičové, má svoje výhody a nevýhody, a výber toho správneho závisí od aplikácie. Pochopením charakteristík každej konfigurácie, inžinieri a technici môžu zabezpečiť, aby sa snímač RTD používal čo najefektívnejšie.

2-Drôtová konfigurácia RTD
Konfigurácia 2-vodičového RTD je najjednoduchšia z návrhov obvodov RTD. V tejto sériovej konfigurácii, jeden vodič spája každý koniec prvku RTD s monitorovacím zariadením. Pretože odpor vypočítaný pre obvod zahŕňa odpor medzi vodičmi a konektorom RTD, ako aj odpor v prvku, výsledok bude vždy obsahovať určitý stupeň chyby.

2-schéma konfigurácie vodičov platinového odporového teplotného snímača RTD

Kruhy predstavujú hranice prvkov v kalibračných bodoch. Odpor RE sa odoberá z odporového prvku, a táto hodnota nám poskytne presné meranie teploty. Bohužiaľ, keď robíme meranie odporu, prístroj zobrazí RTOTAL:

Kde RT = R1 + R2 + R3

Výsledkom bude vyššia hodnota teploty, ako je skutočná nameraná teplota. Túto chybu je možné znížiť použitím vysokokvalitných testovacích káblov a konektorov, je nemožné ho úplne odstrániť.

Preto, konfigurácia 2-vodičového RTD je najužitočnejšia pri použití s ​​vysokoodporovými snímačmi alebo v aplikáciách, kde sa nevyžaduje veľmi vysoká presnosť.

3-Drôtová konfigurácia RTD
Konfigurácia 3-vodičového RTD je najbežnejšie používaný návrh obvodu RTD a často sa vyskytuje v priemyselných procesoch a monitorovacích aplikáciách.. V tejto konfigurácii, dva vodiče spájajú snímací prvok s monitorovacím zariadením na jednej strane snímacieho prvku a jeden vodič ho spája na druhej strane.

3-schéma konfigurácie vodičov platinového odporového teplotného snímača RTD

Ak sa použijú tri drôty rovnakého typu a majú rovnakú dĺžku, potom R1 = R2 = R3. Meraním odporu vodičov 1 a 2 a odporový prvok, celkový odpor systému (R1 + R2 + RE) sa meria.

Ak sa odpor meria aj cez vodiče 2 a 3 (R2 + R3), máme len odpor vodičov, a keďže všetky odpory vodičov sú rovnaké, odpočítaním tejto hodnoty (R2 + R3) z celkového odporu systému ( R1 + R2 + RE) ponecháva len RE, a vykonalo sa presné meranie teploty.

Keďže ide o priemerný výsledok, meranie bude presné len vtedy, ak budú mať všetky tri vodiče rovnaký odpor.

4-Drôtová konfigurácia RTD
Táto konfigurácia je najkomplexnejšia, a preto je najnáročnejšia a najdrahšia na inštaláciu, ale prináša najpresnejšie výsledky.
Výstupné napätie mostíka nepriamo indikuje odpor RTD. Most vyžaduje štyri spojovacie vodiče, externý napájací zdroj, a tri odpory s nulovým teplotným koeficientom. Aby sa zabránilo vystaveniu troch mostíkových odporov rovnakej teplote ako snímač RTD, RTD je izolovaný od mostíka párom predlžovacích vodičov.

4-schéma konfigurácie vodičov platinového odporového teplotného snímača RTD

Tieto predlžovacie káble reprodukujú problém, s ktorým sme sa stretli na začiatku: odpor predlžovacích vodičov ovplyvňuje odčítanie teploty. Tento efekt možno minimalizovať použitím konfigurácie trojvodičového mostíka.

V konfigurácii 4-vodičového RTD, dva vodiče spájajú snímací prvok s monitorovacím zariadením na oboch stranách snímacieho prvku. Jedna sada vodičov poskytuje prúd na meranie, a druhá sada vodičov meria pokles napätia na rezistore.

So 4-vodičovou konfiguráciou, prístroj dodáva konštantný prúd (I) prostredníctvom externých vodičov 1 a 4. RTD Wheatstoneov most vytvára nelineárny vzťah medzi zmenami odporu a zmenami výstupného napätia mostíka. Už nelineárna charakteristika teplotnej odolnosti RTD je ďalej komplikovaná potrebou ďalšej rovnice na konverziu výstupného napätia mostíka na ekvivalentnú impedanciu RTD.

Pokles napätia sa meria na vnútorných vodičoch 2 a 3. Preto, od V = IR, poznáme odpor samotného prvku, neovplyvnené odporom olova. Toto je výhoda oproti 3-vodičovej konfigurácii iba vtedy, ak sa používajú rôzne káble, čo je málokedy.

Táto konštrukcia 4-vodičového mostíka plne kompenzuje všetok odpor vo vodičoch a konektoroch medzi nimi. Konfigurácia 4-vodičového RTD sa primárne používa v laboratóriách a iných prostrediach, kde sa vyžaduje vysoká presnosť.

2-Konfigurácia drôtu s uzavretou slučkou

Ďalšia možnosť konfigurácie, aj keď dnes vzácne, je štandardná 2-vodičová konfigurácia s uzavretou slučkou vodičov vedľa nej. Táto konfigurácia funguje rovnako ako 3-vodičová konfigurácia, ale na dosiahnutie tohto cieľa používa ďalší drôt. Samostatný pár vodičov je poskytnutý ako slučka, ktorá poskytuje kompenzáciu odporu vodiča a kolísania odporu vodiča prostredia.

PT1000 platinový odporový 2-vodičový TD snímač teploty pre gril

MAX31865 3-vodičový RTD platinový odporový teplotný detektor

RTD platinový odporový snímač teploty pre lítiovú batériu

Záver

Konfigurácie RTD sú cenným nástrojom v priemysle – schopný splniť väčšinu požiadaviek na presnosť. So správnym výberom konfigurácie, RTD sondy môžu poskytnúť presné merania, ktoré sú spoľahlivé a opakovateľné v rôznych drsných prostrediach. Aby ste dosiahli čo najlepšie výsledky, je dôležité plne porozumieť rôznym dostupným typom konfigurácií vodičov a vybrať tú, ktorá najlepšie vyhovuje potrebám aplikácie. So správnou konfiguráciou, RTD snímače sú schopné poskytovať presné a spoľahlivé merania teploty.