Резистивные датчики температуры (RTD)
При выборе резистивных датчиков температуры (RTD) иногда встает выбор между двух-, трех- и четырехпроводными вариантами. Для того, чтобы сделать его правильно, нужно знать основные особенности каждого варианта, о чем и будет рассказано в данном материале.
2-проводные RTD
RTD, по сути, представляет собой просто проволочный резистор, который по своей природе имеет только два вывода. Следовательно, у него с повышением температуры сопротивление увеличивается. В высококачественном RTD обычно используется платиновый провод, сопротивление которого изменяется линейно и предсказуемо при изменении температуры.
Однако, если платиновый провод прикреплен к двум выводам из медного провода, сопротивление выводов будет значительным. Это вводит некоторые ограничения в систему, так как более длинные выводы означают большее сопротивление, а платиновый провод составляет меньшую долю от общего сопротивления.
Система с двухпроводным RTD должна быть откалибрована при любых изменениях в системе. Например, предположим, что печь для термообработки работает при более высокой температуре, чем ее первоначальная конструкция. В этом случае двухпроводной резистивный датчик температуры должен быть откалиброван для новых настроек температуры, поскольку сопротивление резистивного датчика температуры и выводных проводов изменяется. Все эти изменения сопротивления необходимо учитывать для получения точных результатов. Двухпроводные термометры сопротивления обычно не используются в промышленности, но они помогают продемонстрировать некоторые важные концепции измерения сопротивления в зависимости от температуры.
3-проводные RTD
Чтобы учесть сопротивление подводящего провода, можно использовать трехпроводный RTD. Трехпроводные резистивные датчики температуры являются наиболее распространенными вариантами для применения в промышленности из-за их точности и надежности. Кроме того, им требуется только один дополнительный провод. Трехпроводный RTD имеет один вывод, подключенный к одной клемме RTD, и два вывода, подключенных к другой клемме RTD. Все три провода сделаны из одного материала и имеют одинаковую длину, так что сопротивления всех трех проводов примерно равны. На следующем изображении представлена схема с трехпроводным RTD.
На это рисунке схематически показаны три клеммы, и в двух местах измеряется напряжение. Измерение напряжения на «Вольтметре A» представляет собой падение напряжения на RTD плюс падение напряжения на белых проводах, подведенных к «Вольтметру B». Поскольку каждый белый провод имеет такое же сопротивление (теоретически), что и сопротивление красного провода, падение напряжения на RTD составляет Vrtd = Va – Vb.
При изменении температуры сопротивление выводов также изменится, но при использовании трехпроводной системы изменение сопротивления будет предсказуемым. Это может быть предпочтительнее создания таблицы калибровки для каждой новой среды, в которой будет работать RTD. Трехпроводные термометры сопротивления можно расширить с помощью соответствующих удлинителей. Эти удлинители имеют три идентичных провода и стандартный разъем. Таким образом, даже если сопротивление меняется на каждом проводе, сопротивление каждого провода должно изменяться на одинаковую величину, а падение напряжения на RTD останется прежним.
4-проводные RTD
Принципы, лежащие в основе четырехпроводного RTD, такие же, как и у трехпроводного RTD, за исключением того, что к каждой клемме RTD подключаются два провода. Это делает четырехпроводный RTD наиболее точным, хотя более высокая стоимость использования четырехпроводного RTD по сравнению с трехпроводным RTD может не стоить дополнительных затрат, даже для повышения точности.
Преимущество четырехпроводного RTD заключается в том, что его можно использовать в среде, где провода исключительно длинные или могут подвергаться воздействию температурных изменений. Таким образом, даже если провода нагреваются неравномерно, сопротивление каждого набора выводов будет скомпенсировано.
Выбор оптимального резистивного датчика температуры
Трехпроводные RTD часто предпочтительнее двухпроводных, и не зря. Для трехпроводных RTD не требуется калибровочная таблица, как для двухпроводных RTD. Длину провода можно увеличить в разумных пределах при условии, что все три провода идентичны по материалу и конструкции. Например, предположим, что RTD используется в контуре управления для изменения потока хладагента для управления температурой экзотермической химической реакции. Двухпроводный RTD используется для измерения температуры, и с использованием калибровочной таблицы он может хорошо работать в этой системе. Однако новый катализатор немного повысил температуру, и инженеры решили, что более высокая температура приемлема. Поскольку новая температура увеличит сопротивление проводов от RTD, потребуется новая калибровочная таблица.
Вместо этого предположим, что использовалась трехпроводная система RTD. Новые требования к температуре будут означать увеличение сопротивления выводов, как и в двухпроводной системе. Однако, поскольку все три провода нагреваются равномерно, сопротивление выводного провода вычитается, и калибровочная таблица не требуется. Таким образом, все измеренное сопротивление связано с изменением температуры самого провода RTD.
Большая часть оборудования для обработки и отображения данных RTD имеет до четырех клемм с маркировкой, подходящей для каждой из двух, трех и четырехпроводной конфигурации. Убедитесь, что используются только подходящие клеммы. Если процесс требует трехпроводного RTD, не соединяйте клеммы перемычками вместе. Помните, что проводимые измерения основаны на том, что все провода имеют точное сопротивление, поэтому короткий провод будет иметь меньшее сопротивление и приведет к ошибке измерения. Скорее всего, вы не будете использовать двухпроводный RTD в целях экономии, однако в требовательных приложениях можно использовать трех- или четырехпроводные термометры сопротивления из-за их повышенной точности.
© digitrode.ru