Sự khác biệt giữa 2-, 3-, và cảm biến RTD 4 dây?

Máy dò nhiệt độ điện trở (RTD) là một loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp do độ chính xác của chúng, độ lặp lại, và sự ổn định. Các thiết bị này đo nhiệt độ bằng cách cảm nhận sự thay đổi điện trở khi nhiệt độ vật liệu thay đổi.

Sự khác biệt chính giữa 2-, 3-, và các cảm biến RTD 4 dây nằm ở cách chúng xử lý điện trở của các dây kết nối, với 2 dây là ít chính xác nhất vì nó bao gồm điện trở dây trong phép đo, 3-dây bù một phần cho nó, và 4 dây hoàn toàn loại bỏ điện trở dây, cung cấp độ chính xác cao nhất, nhưng cũng là phức tạp và tốn kém nhất để thực hiện; Làm cho 3 dây trở thành tùy chọn được sử dụng phổ biến nhất cho các ứng dụng công nghiệp.

2-Dây RTD:
Thiết kế đơn giản nhất, ít tốn kém nhất.
Đo lường điện trở của cả phần tử RTD và dây kết nối, dẫn đến các bài đọc không chính xác, đặc biệt là với độ dài dây dài.
Thích hợp cho các ứng dụng có độ chính xác cao không quan trọng.

3-Dây RTD:
Sử dụng một dây phụ để bù một phần cho điện trở của dây kết nối.
Cung cấp độ chính xác được cải thiện so với 2 dây, làm cho nó trở thành được sử dụng phổ biến nhất trong các thiết lập công nghiệp.
Cung cấp sự cân bằng tốt giữa độ chính xác và chi phí.

4-Dây RTD:
Được coi là cấu hình chính xác nhất vì nó hoàn toàn phân lập được điện trở của phần tử RTD từ các dây kết nối.
Yêu cầu một mạch phức tạp hơn và thường được sử dụng trong các ứng dụng trong phòng thí nghiệm, nơi cần có độ chính xác cao.
Những điểm chính cần nhớ:
Sự chính xác: 4-dây điện > 3-dây điện > 2-dây điện
Trị giá: 2-dây điện < 3-dây điện < 4-dây điện
Ứng dụng: 2-dây cho các ứng dụng cơ bản, 3-dây cho hầu hết các mục đích công nghiệp, 4-dây cho các phép đo độ chính xác cao

Thép không gỉ RTD Bạch kim cảm biến nhiệt độ nhiệt cho thiết bị công nghiệp và y tế

Cảm biến nhiệt độ phun TPE RTD PT100 cho đường ống

4-dây RTD Bạch kim cảm biến nhiệt cho máy phát nhiệt độ

Đầu dò RTD có sẵn trong nhiều cấu hình khác nhau, bao gồm 2 dây, 3-dây điện, và mô hình 4 dây. Có sự khác biệt đáng kể giữa các loại này phải được xem xét khi chọn thiết bị thích hợp cho một ứng dụng.
Các yếu tố để xem xét

Khi chọn giữa 2 dây, 3-dây điện, và cảm biến RTD 4 dây, Có một số yếu tố cần xem xét, bao gồm:

Các yếu tố môi trường
Một số yếu tố môi trường, chẳng hạn như mức độ nhiễu hoặc nhiễu điện cao, có thể tạo nhiễu có thể gây ra lỗi đo lường.

Yêu cầu ứng dụng
Các ứng dụng khác nhau yêu cầu các ngưỡng chính xác khác nhau. Điều hoàn toàn cần thiết là cảm biến cung cấp độ chính xác đủ cho một ứng dụng cụ thể.

Hạn chế ngân sách
Khi chọn RTD cho bất kỳ ứng dụng cụ thể nào, Chi phí là một cân nhắc quan trọng. Bởi vì cấu hình 4 dây liên quan đến nhiều thành phần hơn, 4-RTD dây có xu hướng đắt hơn RTD 2 dây hoặc 3 dây.
Các loại cấu hình dây RTD

Cách cấu hình mạch RTD xác định mức độ chính xác của điện trở cảm biến và có bao nhiêu điện trở bên ngoài trong mạch có thể làm biến dạng việc đọc nhiệt độ.

Mỗi trong ba loại cấu hình, 2-dây điện, 3-dây điện, và 4 dây, có những ưu điểm và nhược điểm của riêng nó, và chọn đúng phụ thuộc vào ứng dụng. Bằng cách hiểu các đặc điểm của từng cấu hình, Các kỹ sư và kỹ thuật viên có thể đảm bảo rằng cảm biến RTD được sử dụng hiệu quả nhất.

2-Cấu hình dây của RTD
Cấu hình RTD 2 dây là đơn giản nhất trong các thiết kế mạch RTD. Trong cấu hình nối tiếp này, Một dây dẫn duy nhất kết nối mỗi đầu của phần tử RTD với thiết bị giám sát. Bởi vì điện trở được tính toán cho mạch bao gồm điện trở giữa các dây và đầu nối RTD cũng như điện trở trong phần tử, Kết quả sẽ luôn chứa một số mức độ lỗi.

2-Sơ đồ cấu hình dây của cảm biến nhiệt độ điện trở bạch kim RTD

Các vòng tròn đại diện cho các ranh giới phần tử tại các điểm hiệu chuẩn. Điện trở được lấy từ phần tử điện trở, và giá trị này sẽ cho chúng ta một phép đo nhiệt độ chính xác. Không may, Khi chúng ta thực hiện một phép đo sức đề kháng, nhạc cụ sẽ chỉ ra rtotal:

WHERE RT = R1 + R2 + R3

Điều này sẽ tạo ra khả năng đọc nhiệt độ cao hơn so với việc đọc nhiệt độ đo thực tế. Mặc dù lỗi này có thể được giảm bằng cách sử dụng các dây dẫn và đầu nối kiểm tra chất lượng cao, không thể loại bỏ hoàn toàn nó.

Vì thế, Cấu hình RTD 2 dây hữu ích nhất khi được sử dụng với các cảm biến độ phân giải cao hoặc trong các ứng dụng không cần độ chính xác rất cao.

3-Cấu hình dây của RTD
Cấu hình RTD 3 dây là thiết kế mạch RTD được sử dụng phổ biến nhất và thường được nhìn thấy trong quy trình công nghiệp và các ứng dụng giám sát. Trong cấu hình này, Hai dây kết nối phần tử cảm biến với thiết bị giám sát ở một bên của phần tử cảm biến và một dây kết nối nó ở phía bên kia.

3-Sơ đồ cấu hình dây của cảm biến nhiệt độ điện trở bạch kim RTD

Nếu ba dây cùng loại được sử dụng và chúng có chiều dài bằng nhau, Khi đó R1 = R2 = R3. Bằng cách đo điện trở của chì 1 Và 2 và phần tử điện trở, tổng hệ thống điện trở (R1 + R2 + NỐT RÊ) được đo.

Nếu điện trở cũng được đo thông qua khách hàng tiềm năng 2 Và 3 (R2 + R3), Chúng tôi chỉ có sự kháng cự của các khách hàng tiềm năng, Và vì tất cả các điện trở chì đều bằng nhau, trừ đi giá trị đó (R2 + R3) từ tổng lực điện trở của hệ thống ( R1 + R2 + NỐT RÊ) Lá chỉ re, và một phép đo nhiệt độ chính xác đã được thực hiện.

Vì đây là kết quả trung bình, Việc đo sẽ chỉ chính xác nếu cả ba dây có cùng một điện trở.

4-Cấu hình dây của RTD
Cấu hình này là phức tạp nhất và do đó tốn nhiều thời gian nhất và tốn kém để cài đặt, Nhưng nó tạo ra kết quả chính xác nhất.
Điện áp đầu ra cầu gián tiếp cho biết điện trở RTD. Cây cầu yêu cầu bốn dây kết nối, nguồn cung cấp điện bên ngoài, và ba điện trở có hệ số nhiệt độ bằng 0. Để ngăn chặn ba điện trở cầu chịu nhiệt độ tương đương với cảm biến RTD, RTD được phân lập khỏi cầu bởi một cặp dây mở rộng.

4-Sơ đồ cấu hình dây của cảm biến nhiệt độ điện trở bạch kim RTD

Các dây mở rộng này tái tạo vấn đề mà chúng tôi gặp phải ban đầu: Điện trở của dây mở rộng ảnh hưởng đến việc đọc nhiệt độ. Hiệu ứng này có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng cấu hình cầu ba dây.

Trong cấu hình RTD 4 dây, Hai dây kết nối phần tử cảm biến với thiết bị giám sát ở hai bên của phần tử cảm biến. Một bộ dây cung cấp dòng điện để đo lường, và bộ dây khác đo điện áp rơi trên điện trở.

Với cấu hình 4 dây, nhạc cụ cung cấp một dòng điện không đổi (TÔI) thông qua các khách hàng tiềm năng bên ngoài 1 Và 4. Cầu RTD Wheatstone tạo ra mối quan hệ phi tuyến giữa những thay đổi trong điện trở và thay đổi điện áp đầu ra cầu. Đặc tính chống nhiệt độ phi tuyến tính của RTD còn phức tạp hơn bởi nhu cầu về một phương trình bổ sung để chuyển đổi điện áp đầu ra cầu thành trở kháng RTD tương đương.

Điện áp giảm được đo trên các dây dẫn bên trong 2 Và 3. Vì thế, từ v = ir, Chúng tôi biết sự kháng cự của yếu tố một mình, không bị ảnh hưởng bởi sức đề kháng chì. Đây chỉ là một lợi thế so với cấu hình 3 dây nếu các dây dẫn khác nhau được sử dụng, đó là trường hợp hiếm khi.

Thiết kế cầu 4 dây này bù hoàn toàn cho tất cả các điện trở trong các dây dẫn và các đầu nối giữa chúng. Cấu hình RTD 4 dây chủ yếu được sử dụng trong các phòng thí nghiệm và các môi trường khác, nơi cần có độ chính xác cao.

2-Cấu hình dây với vòng kín

Một tùy chọn cấu hình khác, Mặc dù ngày nay hiếm, là cấu hình 2 dây tiêu chuẩn với một vòng dây kín bên cạnh nó. Cấu hình này có chức năng giống như cấu hình 3 dây, nhưng sử dụng một dây bổ sung để thực hiện điều này. Một cặp dây riêng biệt được cung cấp dưới dạng vòng lặp để cung cấp bù cho điện trở chì và các biến thể môi trường trong điện trở chì.

PT1000 Điện trở bạch kim cảm biến nhiệt độ TD 2 dây cho nướng thịt nướng

Max31865 Máy dò nhiệt độ kháng bạch kim RTD 3 dây

RTD cảm biến nhiệt độ điện trở bạch kim cho pin lithium

Phần kết luận

Cấu hình RTD là một công cụ có giá trị trong ngành – có khả năng đáp ứng hầu hết các yêu cầu chính xác. Với lựa chọn cấu hình phù hợp, Các đầu dò RTD có thể cung cấp các phép đo chính xác đáng tin cậy và lặp lại trong nhiều môi trường khắc nghiệt. Để đạt được kết quả tốt nhất, Điều quan trọng là phải hiểu đầy đủ các loại cấu hình dây khác nhau có sẵn và chọn một loại phù hợp nhất với ứng dụng cần. Với cấu hình phù hợp, Các cảm biến RTD có thể cung cấp các phép đo nhiệt độ chính xác và đáng tin cậy.