Яка різниця між 2-, 3-, і 4-провідні датчики RTD?

Резистивні датчики температури (RTD) це тип датчика температури, який широко використовується в різноманітних промислових застосуваннях завдяки своїй точності, повторюваність, і стабільність. Ці пристрої вимірюють температуру, фіксуючи зміну опору при зміні температури матеріалу.

Ключова відмінність між 2-, 3-, і 4-провідних датчиків RTD полягає в тому, як вони обробляють опір з’єднувальних проводів, при цьому 2-провідний є найменш точним, оскільки він включає опір дроту в вимірювання, 3-дріт частково це компенсує, а 4-провідний повністю виключає опір проводу, забезпечення найвищої точності, але також є найскладнішим і дорогим у реалізації; що робить 3-провідний варіант найбільш часто використовуваним для промислового застосування.

2-Провід RTD:
Найпростіший дизайн, найменш дорогий.
Вимірює опір як елемента RTD, так і з’єднувальних проводів, що призводить до неточних показань, особливо при великій довжині дроту.
Підходить для застосувань, де висока точність не критична.

3-Провід RTD:
Використовує додатковий дріт для часткової компенсації опору з’єднувальних проводів.
Пропонує підвищену точність порівняно з 2-провідним, що робить його найбільш часто використовуваним у промислових умовах.
Забезпечує хороший баланс між точністю та вартістю.

4-Провід RTD:
Вважається найбільш точною конфігурацією, оскільки повністю ізолює опір елемента RTD від з’єднувальних проводів.
Вимагає більш складної схеми і часто використовується в лабораторних додатках, де потрібна висока точність.
Ключові моменти, про які слід пам’ятати:
Точність: 4-дріт > 3-дріт > 2-дріт
Вартість: 2-дріт < 3-дріт < 4-дріт
застосування: 2-провід для основних застосувань, 3-дріт для більшості промислових цілей, 4-дріт для високоточних вимірювань

Платиновий терморезистентний датчик температури RTD з нержавіючої сталі для промислового та медичного обладнання

Датчик температури впорскування TPE RTD PT100 для труб

4-дротяний терморезистентний платиновий датчик теплового опору для датчика температури

Датчики RTD доступні в різних конфігураціях, в тому числі 2-провідний, 3-дріт, і 4-провідні моделі. Існують значні відмінності між цими типами, які необхідно враховувати при виборі відповідного пристрою для застосування.
Фактори, які слід враховувати

При виборі між 2-провод, 3-дріт, і 4-провідні датчики RTD, є кілька факторів, які слід враховувати, в тому числі:

Екологічні фактори
Певні фактори середовища, наприклад високий рівень електричних шумів або перешкод, може створювати перешкоди, які можуть викликати помилки вимірювання.

Вимоги до заявки
Різні програми вимагають різних порогів точності. Абсолютно важливо, щоб датчик забезпечував достатню точність для конкретного застосування.

Бюджетні обмеження
При виборі RTD для будь-якого конкретного застосування, вартість є важливим фактором. Оскільки 4-провідна конфігурація передбачає більше компонентів, 4-дротяні RTD, як правило, дорожчі, ніж 2- або 3-провідні RTD.
Типи конфігурації проводів RTD

Спосіб конфігурації ланцюга RTD визначає, наскільки точно обчислюється опір датчика та наскільки зовнішній опір у ланцюзі може спотворити показання температури.

Кожен із трьох типів конфігурації, 2-дріт, 3-дріт, і 4-х провідний, має свої переваги та недоліки, і вибір правильного залежить від програми. Розуміючи характеристики кожної конфігурації, інженери та техніки можуть забезпечити найбільш ефективне використання датчика RTD.

2-Конфігурація дроту RTD
2-провідна конфігурація RTD є найпростішою з конструкцій схеми RTD. У цій серійній конфігурації, один провід з’єднує кожен кінець елемента RTD з пристроєм моніторингу. Оскільки опір, розрахований для схеми, включає опір між проводами та роз’ємом резистора, а також опір в елементі, результат завжди буде містити певний ступінь помилки.

2-схема конфігурації дроту платинового резистивного датчика температури RTD

Кола представляють межі елементів у точках калібрування. Опір RE береться з резисторного елемента, і це значення дасть нам точне вимірювання температури. На жаль, коли ми проводимо вимірювання опору, прилад покаже RTOTAL:

Де RT = R1 + R2 + R3

Це дасть вищу температуру, ніж фактично виміряна температура. Хоча цю похибку можна зменшити, використовуючи високоякісні тестові дроти та роз’єми, повністю усунути її неможливо.

Отже, 2-провідна конфігурація RTD найбільш корисна при використанні з датчиками високого опору або в додатках, де не потрібна дуже висока точність.

3-Конфігурація дроту RTD
3-провідна конфігурація RTD є найбільш часто використовуваною схемою RTD і часто зустрічається в промислових процесах і програмах моніторингу. У цій конфігурації, два дроти підключають чутливий елемент до пристрою моніторингу з одного боку чутливого елемента, а один провід з’єднує його з іншого боку.

3-схема конфігурації дроту платинового резистивного датчика температури RTD

Якщо використовуються три дроти одного типу і вони однакові по довжині, тоді R1 = R2 = R3. Шляхом вимірювання опору проводів 1 і 2 і резистивний елемент, загальний опір системи (R1 + R2 + RE) вимірюється.

Якщо опір також вимірюється через підведення 2 і 3 (R2 + R3), ми маємо тільки опір проводів, і оскільки всі опори свинцю рівні, віднімаючи це значення (R2 + R3) від загального опору системи ( R1 + R2 + RE) залишає тільки RE, і було зроблено точне вимірювання температури.

Так як це середній результат, вимірювання буде точним, лише якщо всі три дроти мають однаковий опір.

4-Конфігурація дроту RTD
Ця конфігурація є найскладнішою, а тому найбільш трудомісткою та дорогою в установці, але він дає найбільш точні результати.
Вихідна напруга моста побічно вказує на опір резистора. Міст потребує чотирьох сполучних проводів, зовнішнє джерело живлення, і три резистори з нульовим температурним коефіцієнтом. Щоб запобігти впливу на три мостові резистори тієї ж температури, що й датчик RTD, RTD ізольований від моста парою подовжувачів.

4-схема конфігурації дроту платинового резистивного датчика температури RTD

Ці подовжувальні дроти відтворюють проблему, з якою ми зіткнулися спочатку: опір подовжувачів впливає на показання температури. Цей ефект можна мінімізувати за допомогою конфігурації трипровідного мосту.

У 4-провідній конфігурації RTD, два дроти з’єднують чутливий елемент з пристроєм моніторингу з обох боків від чутливого елемента. Один набір проводів забезпечує струм для вимірювання, а інший набір проводів вимірює падіння напруги на резисторі.

З 4-провідною конфігурацією, прилад забезпечує постійний струм (я) через зовнішні підводи 1 і 4. Міст Уітстона RTD створює нелінійну залежність між змінами опору та змінами вихідної напруги моста. І без того нелінійна характеристика температурного опору RTD додатково ускладнюється необхідністю додаткового рівняння для перетворення вихідної напруги моста в еквівалентний імпеданс RTD..

Падіння напруги вимірюється на внутрішніх проводах 2 і 3. Отже, від V = IR, ми знаємо лише опір елемента, не піддається впливу опору свинцю. Це лише перевага перед 3-провідною конфігурацією, якщо використовуються різні проводи, що буває рідко.

Ця конструкція 4-провідного мосту повністю компенсує всі опори в проводах і з’єднувачах між ними. 4-провідна конфігурація RTD в основному використовується в лабораторіях та інших середовищах, де потрібна висока точність.

2-Конфігурація дроту із замкнутим контуром

Ще один варіант конфігурації, хоча сьогодні рідко, це стандартна 2-провідна конфігурація із замкнутим контуром проводів поруч із ним. Ця конфігурація функціонує так само, як і 3-провідна конфігурація, але для цього використовується додатковий дріт. Окрема пара проводів передбачена як петля для забезпечення компенсації опору електроду та коливань опору електроду навколишнього середовища.

PT1000 платиновий резистентний 2-провідний датчик температури TD для гриля-барбекю

MAX31865 3-провідний RTD платиновий температурний детектор опору

RTD платиновий датчик температури опору для літієвої батареї

Висновок

Конфігурації RTD є цінним інструментом у промисловості – здатний задовольнити більшість вимог до точності. При правильному виборі конфігурації, Зонди RTD можуть забезпечити точні вимірювання, які є надійними та повторюваними в різноманітних суворих умовах. Для досягнення найкращих результатів, важливо повністю розуміти різні типи доступних конфігурацій проводів і вибрати ту, яка найкраще відповідає потребам застосування. З правильною конфігурацією, Датчики RTD здатні забезпечити точні та надійні вимірювання температури.