¿Cuál es la diferencia entre 2-, 3-, y sensores RTD de 4 hilos?

Detectores de temperatura de resistencia (RTD) son un tipo de sensor de temperatura que se usan ampliamente en una variedad de aplicaciones industriales debido a su precisión, repetibilidad, y estabilidad. Estos dispositivos miden la temperatura al sentir el cambio de resistencia cuando cambia la temperatura de un material.

La diferencia clave entre 2-, 3-, y los sensores RTD de 4 hilos radica en cómo manejan la resistencia de los cables de conexión, con 2 hilos son los menos precisos, ya que incluye la resistencia al cable en la medición, 3-El cable lo compensa parcialmente, y 4 cable elimina por completo la resistencia al cable, proporcionando la mayor precisión, pero también ser el más complejo y costoso de implementar; Hacer de 3 hilos la opción más utilizada para aplicaciones industriales.

2-Cable RTD:
Diseño más simple, menos costoso.
Mide la resistencia tanto del elemento RTD como de los cables de conexión, conduciendo a lecturas inexactas, especialmente con largas longitudes de alambre.
Adecuado para aplicaciones donde la alta precisión no es crítica.

3-Cable RTD:
Utiliza un cable adicional para compensar parcialmente la resistencia de los cables de conexión.
Ofrece una precisión mejorada en comparación con 2 cili, haciéndolo el más utilizado en entornos industriales.
Proporciona un buen equilibrio entre precisión y costo.

4-Cable RTD:
Considerado la configuración más precisa, ya que aísla completamente la resistencia del elemento RTD de los cables de conexión.
Requiere un circuito más complejo y a menudo se usa en aplicaciones de laboratorio donde se necesita alta precisión.
Puntos clave para recordar:
Exactitud: 4-cable > 3-cable > 2-cable
Costo: 2-cable < 3-cable < 4-cable
Solicitud: 2-cable para aplicaciones básicas, 3-alambre para la mayoría de los usos industriales, 4-cable para mediciones de alta precisión

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4-Sensor de resistencia térmica de platino de alambre RTD para transmisor de temperatura

Las sondas RTD están disponibles en una variedad de configuraciones, incluyendo 2 alambres, 3-cable, y modelos de 4 hilos. Existen diferencias significativas entre estos tipos que deben considerarse al seleccionar el dispositivo apropiado para una aplicación.
Factores a considerar

Al elegir entre 2 alambres, 3-cable, y sensores RTD de 4 hilos, Hay varios factores a considerar, incluido:

Factores ambientales
Ciertos factores ambientales, tales como altos niveles de ruido eléctrico o interferencia, puede crear interferencia que pueda causar errores de medición.

Requisitos de aplicación
Diferentes aplicaciones requieren diferentes umbrales de precisión. Es absolutamente esencial que el sensor proporcione una precisión suficiente para una aplicación específica.

Restricciones presupuestarias
Al elegir un RTD para cualquier aplicación en particular, El costo es una consideración importante. Porque la configuración de 4 hilos implica más componentes, 4-Los RTD de alambre tienden a ser más caros que los RTD de 2 o 3 hilos.
Tipos de configuración de cable RTD

La forma en que se configura un circuito RTD determina cuán precisión se calcula la resistencia del sensor y cuánta resistencia externa en el circuito puede distorsionar la lectura de temperatura.

Cada uno de los tres tipos de configuración, 2-cable, 3-cable, y 4 alambres, tiene sus propias ventajas y desventajas, y elegir el correcto depende de la aplicación. Al comprender las características de cada configuración, Los ingenieros y técnicos pueden garantizar que el sensor RTD se use de manera más efectiva.

2-Configuración de cables de RTD
La configuración RTD de 2 hilos es la más simple de los diseños de circuitos RTD. En esta configuración en serie, Un solo cable conecta cada extremo del elemento RTD al dispositivo de monitoreo. Porque la resistencia calculada para el circuito incluye la resistencia entre los cables y el conector RTD, así como la resistencia en el elemento, El resultado siempre contendrá cierto grado de error.

2-Diagrama de configuración del cable del sensor de temperatura de resistencia al platino RTD

Los círculos representan los límites del elemento en los puntos de calibración. La resistencia re se toma del elemento de resistencia, y este valor nos dará una medición precisa de la temperatura. Desafortunadamente, Cuando hacemos una medición de resistencia, el instrumento indicará rtotal:

Donde rt = r1 + R2 + R3

Esto producirá una lectura de temperatura más alta que la lectura de temperatura medida real. Mientras que este error se puede reducir utilizando cables y conectores de prueba de alta calidad., Es imposible eliminarlo por completo.

Por lo tanto, La configuración RTD de 2 hilos es más útil cuando se usa con sensores de alta resistencia o en aplicaciones donde no se requiere muy alta precisión.

3-Configuración de cables de RTD
La configuración RTD de 3 hilos es el diseño de circuito RTD más utilizado y a menudo se ve en el proceso industrial y las aplicaciones de monitoreo. En esta configuración, Dos cables conectan el elemento de detección al dispositivo de monitoreo en un lado del elemento de detección y un cable lo conecta al otro lado.

3-Diagrama de configuración del cable del sensor de temperatura de resistencia al platino RTD

Si se usan tres cables del mismo tipo y tienen la misma longitud, Entonces R1 = R2 = R3. Midiendo la resistencia de los cables 1 y 2 y el elemento resistivo, la resistencia total del sistema (R1 + R2 + RE) se mide.

Si la resistencia también se mide a través de cables 2 y 3 (R2 + R3), Solo tenemos la resistencia de los leads, y dado que todas las resistencias de plomo son iguales, restando ese valor (R2 + R3) de la resistencia total del sistema ( R1 + R2 + RE) solo deja re, y se ha realizado una medición de temperatura precisa.

Dado que este es un resultado promedio, La medición solo será precisa si los tres cables tienen la misma resistencia.

4-Configuración de cables de RTD
Esta configuración es la más compleja y, por lo tanto, la más lenta y costosa de instalar, Pero produce los resultados más precisos.
El voltaje de salida del puente indirecta indirectamente la resistencia RTD. El puente requiere cuatro cables de conexión, una fuente de alimentación externa, y tres resistencias con un coeficiente de temperatura cero. Para evitar que las tres resistencias de puente se sometan a la misma temperatura que el sensor RTD, El RTD está aislado del puente por un par de cables de extensión.

4-Diagrama de configuración del cable del sensor de temperatura de resistencia al platino RTD

Estos cables de extensión reproducen el problema que encontramos inicialmente: La resistencia de los cables de extensión afecta la lectura de temperatura. Este efecto se puede minimizar utilizando una configuración de puente de tres hilos.

En una configuración RTD de 4 hilos, Dos cables conectan el elemento de detección al dispositivo de monitoreo a cada lado del elemento de detección. Un conjunto de cables proporciona la corriente para la medición, y el otro conjunto de cables mide la caída de voltaje a través de la resistencia.

Con la configuración de 4 hilos, El instrumento ofrece una corriente constante (I) a través de cables externos 1 y 4. El puente RTD Wheatstone crea una relación no lineal entre los cambios en la resistencia y los cambios en el voltaje de salida del puente. La característica de resistencia a la temperatura ya no lineal del RTD se complica aún más por la necesidad de una ecuación adicional para convertir el voltaje de salida del puente a la impedancia de RTD equivalente.

La caída de voltaje se mide en los cables internos 2 y 3. Por lo tanto, de v = ir, Conocemos la resistencia del elemento solo, no afectado por la resistencia al plomo. Esta es solo una ventaja sobre la configuración de 3 hilos si se usan diferentes cables, que rara vez es el caso.

Este diseño de puente de 4 hilos compensa completamente toda la resistencia en los cables y los conectores entre ellos. La configuración RTD de 4 hilos se utiliza principalmente en laboratorios y otros entornos donde se requiere alta precisión.

2-Configuración de cables con circuito cerrado

Otra opción de configuración, Aunque raro hoy, es la configuración estándar de 2 hilos con un bucle cerrado de cables al lado. Esta configuración funciona igual que la configuración de 3 hilos, pero usa un cable adicional para lograr esto. Se proporciona un par de cables separados como un bucle para proporcionar una compensación por la resistencia al plomo y las variaciones ambientales en la resistencia al plomo.

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Conclusión

Las configuraciones de RTD son una herramienta valiosa en la industria – capaz de cumplir con la mayoría de los requisitos de precisión. Con la selección de configuración correcta, Las sondas RTD pueden proporcionar mediciones precisas que son confiables y repetibles en una variedad de entornos duros. Para lograr los mejores resultados, Es importante comprender completamente los diferentes tipos de configuraciones de cables disponibles y seleccionar el que mejor se adapte a las necesidades de la aplicación.. Con la configuración correcta, Los sensores RTD pueden proporcionar mediciones de temperatura precisas y confiables.