Vad är skillnaden mellan 2-, 3-, och 4-tråds RTD-sensorer?

Motståndstemperaturdetektorer (FoTU:er) är en typ av temperatursensor som används allmänt i en mängd olika industriella applikationer på grund av deras noggrannhet, repeterbarhet, och stabilitet. Dessa enheter mäter temperaturen genom att avkänna förändringen i motstånd när materialets temperatur förändras.

Den viktigaste skillnaden mellan 2-, 3-, och 4-Wire RTD-sensorer ligger i hur de hanterar motståndet i anslutningsledningarna, med 2-trådar som det minst exakta eftersom det inkluderar trådmotståndet i mätningen, 3-Tråden kompenserar delvis för det, och 4-ledare eliminerar helt trådmotståndet, ger den högsta noggrannheten, men också att vara den mest komplexa och dyra att implementera; Gör 3-trådar till det mest använda alternativet för industriella applikationer.

2-RTD:
Enklaste design, billigt dyrt.
Mäter motståndet hos både RTD -elementet och anslutningsledningarna, vilket leder till felaktiga avläsningar, särskilt med långa trådlängder.
Lämplig för applikationer där hög noggrannhet inte är kritisk.

3-RTD:
Använder en extra tråd för att delvis kompensera för motståndet i anslutningsledningarna.
Erbjuder förbättrad noggrannhet jämfört med 2-ledare, vilket gör det till det vanligaste i industriella miljöer.
Ger en bra balans mellan noggrannhet och kostnad.

4-RTD:
Betraktas den mest exakta konfigurationen eftersom den helt isolerar motståndet hos RTD -elementet från anslutande ledningar.
Kräver en mer komplex krets och används ofta i laboratorieapplikationer där hög precision behövs.
Nyckelpunkter att komma ihåg:
Noggrannhet: 4-tråd > 3-tråd > 2-tråd
Kosta: 2-tråd < 3-tråd < 4-tråd
Ansökan: 2-Tråd för grundläggande applikationer, 3-tråd för de flesta industriella användningsområden, 4-tråd för mätningar med hög precision

Rostfritt stål RTD Platinum Termisk motståndstemperatursensor för industriell och medicinsk utrustning

TPE-insprutningstemperaturgivare RTD PT100 för rör

4-Wire RTD Platinum termisk motståndssensor för temperatursändare

RTD -sonder finns i olika konfigurationer, inklusive 2-trådar, 3-tråd, och 4-trådsmodeller. Det finns betydande skillnader mellan dessa typer som måste beaktas när du väljer lämplig enhet för en applikation.
Faktorer att tänka på

När du väljer mellan 2-trådar, 3-tråd, och 4-tråds RTD-sensorer, Det finns flera faktorer att tänka på, inklusive:

Miljöfaktorer
Vissa miljöfaktorer, såsom höga nivåer av elektriskt brus eller störningar, kan skapa störningar som kan orsaka mätfel.

Ansökningskrav
Olika applikationer kräver olika noggrannhetströsklar. Det är absolut nödvändigt att sensorn ger tillräcklig noggrannhet för en specifik applikation.

Budgetbegränsningar
När du väljer en RTD för en viss applikation, Kostnad är en viktig övervägande. Eftersom 4-trådkonfigurationen involverar fler komponenter, 4-Wire RTD: er tenderar att vara dyrare än 2-trådar eller 3-tråds RTD.
RTD -trådkonfigurationstyper

Hur en RTD -krets är konfigurerad avgör hur exakt sensormotståndet beräknas och hur mycket externt motstånd i kretsen kan förvränga temperaturavläsningen.

Var och en av de tre konfigurationstyperna, 2-tråd, 3-tråd, och 4-tråd, har sina egna fördelar och nackdelar, och att välja rätt beror på applikationen. Genom att förstå egenskaperna hos varje konfiguration, ingenjörer och tekniker kan se till att RTD -sensorn används mest effektivt.

2-Trådkonfiguration av RTD
2-Wire RTD-konfigurationen är den enklaste av RTD-kretskonstruktionerna. I denna seriekonfiguration, En enda ledning ansluter varje ände av RTD -elementet till övervakningsanordningen. Eftersom motståndet som beräknas för kretsen inkluderar motståndet mellan ledningarna och RTD -kontakten såväl som motståndet i elementet, Resultatet kommer alltid att innehålla en viss grad av fel.

2-Trådkonfigurationsdiagram över RTD platinresistens temperatursensor

Cirklarna representerar elementgränserna vid kalibreringspunkterna. Motståndet är hämtat från motståndselementet, och detta värde kommer att ge oss en exakt temperaturmätning. Tyvärr, När vi gör en motståndsmätning, instrumentet kommer att indikera rtotal:

Där rt = r1 + R2 + R3

Detta kommer att ge en högre temperaturavläsning än den faktiska uppmätta temperaturavläsningen. Medan detta fel kan minskas med hjälp av högkvalitativa testledningar och kontakter, det är omöjligt att helt eliminera det.

Därför, 2-Wire RTD-konfigurationen är mest användbar när den används med högresistenssensorer eller i applikationer där mycket hög noggrannhet inte krävs.

3-Trådkonfiguration av RTD
3-Wire RTD-konfigurationen är den mest använda RTD-kretsdesignen och ses ofta i industriell process och övervakningsapplikationer. I denna konfiguration, Två ledningar ansluter avkänningselementet till övervakningsanordningen på ena sidan av avkänningselementet och en tråd ansluter det på andra sidan.

3-Trådkonfigurationsdiagram över RTD platinresistens temperatursensor

Om tre ledningar av samma typ används och de är lika långa, sedan R1 = R2 = R3. Genom att mäta ledningens motstånd 1 och 2 och det resistiva elementet, det totala systemmotståndet (R1 + R2 + RE) mäts.

Om motståndet också mäts genom leads 2 och 3 (R2 + R3), Vi har bara ledningens motstånd, och eftersom alla blymotstånd är lika, subtrahera det värdet (R2 + R3) från det totala systemmotståndet ( R1 + R2 + RE) lämnar bara Re, och en exakt temperaturmätning har gjorts.

Eftersom detta är ett genomsnittligt resultat, Mätningen kommer bara att vara korrekt om alla tre ledningarna har samma motstånd.

4-Trådkonfiguration av RTD
Denna konfiguration är den mest komplexa och därför den mest tidskrävande och dyra att installera, Men det ger de mest exakta resultaten.
Bridge utgångsspänning indirekt indikerar RTD -motståndet. Bron kräver fyra anslutande ledningar, en extern strömförsörjning, och tre motstånd med en noll temperaturkoefficient. För att förhindra att de tre bromotstånden utsätts för samma temperatur som RTD -sensorn, RTD är isolerad från bron av ett par förlängningstrådar.

4-Trådkonfigurationsdiagram över RTD platinresistens temperatursensor

Dessa förlängningsledningar reproducerar problemet som vi stötte på initialt: Utvidgningstrådens motstånd påverkar temperaturavläsningen. Denna effekt kan minimeras genom att använda en tre-tråds brokonfiguration.

I en 4-Wire RTD-konfiguration, Två ledningar ansluter avkänningselementet till övervakningsanordningen på vardera sidan av avkänningselementet. En uppsättning ledningar ger strömmen för mätning, och den andra uppsättningen av ledningar mäter spänningsfallet över motståndet.

Med 4-trådkonfigurationen, Instrumentet levererar en konstant ström (jag) genom externa leder 1 och 4. RTD Wheatstone Bridge skapar ett olinjärt samband mellan förändringar i motstånd och förändringar i broutspänningen. Den redan icke-linjära temperaturresistenskarakteristiken för RTD kompliceras ytterligare av behovet av en ytterligare ekvation för att konvertera bryggutspänningen till motsvarande RTD-impedans.

Spänningsfallet mäts över de inre ledningarna 2 och 3. Därför, från v = ir, Vi känner till elementets motstånd ensam, inte påverkas av blymotståndet. Detta är bara en fördel jämfört med 3-trådkonfigurationen om olika leads används, vilket sällan är fallet.

Denna 4-tråds brokonstruktion kompenserar helt för allt motstånd i lederna och kontakterna mellan dem. 4-Wire RTD-konfigurationen används främst i laboratorier och andra miljöer där hög noggrannhet krävs.

2-Trådkonfiguration med sluten slinga

Ett annat konfigurationsalternativ, Även om det är sällsynt idag, är standard 2-trådkonfigurationen med en sluten slinga av ledningar bredvid den. Denna konfiguration fungerar på samma sätt som 3-trådkonfigurationen, men använder en extra tråd för att åstadkomma detta. Ett separat par ledningar tillhandahålls som en slinga för att ge kompensation för blymotstånd och miljövariationer i blymotståndet.

PT1000 Platinum Resistance 2-Wire TD Temperatursensor för grillgrill

MAX31865 3-Wire RTD Platinum Resistance Temperatur Detector

RTD platinresistens temperatursensor för litiumbatteri

Slutsats

RTD -konfigurationer är ett värdefullt verktyg i branschen – kan uppfylla de flesta noggrannhetskrav. Med rätt val av konfiguration, RTD -sonder kan ge exakta mätningar som är tillförlitliga och repeterbara i en mängd hårda miljöer. För att uppnå bästa resultat, Det är viktigt att fullt ut förstå de olika typerna av trådkonfigurationer och välja den som bäst passar applikationens behov. Med rätt konfiguration, RTD -sensorer kan tillhandahålla exakta och tillförlitliga temperaturmätningar.