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Pt100溫度傳感器采用2線3線或4線接線圖

2021-06-29

Pt100溫度傳感器采用2線3線或4線接線圖

Pt100 溫度的基本結(jié)構(gòu)基于位于組件內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的精密電阻器，通過一段電纜連接到測(cè)量?jī)x器。該電纜還可能包括其他組件，例如互連、溫度變送器等。然而，在所有情況下，傳感元件和系統(tǒng)中的下一個(gè)組件之間都必須存在某種電氣連接。

顯然，當(dāng)使用 Pt100 RTD 傳感器測(cè)量溫度時(shí)，我們只對(duì)傳感元件的電阻感興趣。然而，添加到測(cè)量電路的任何組件，包括所用的電線或電纜，也有其自身的電阻。如果不仔細(xì)考慮，這可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤。

Pt100、Pt1000和 NTC 是電阻溫度計(jì)中最常用的測(cè)量元件。在這里維連來更詳細(xì)地考慮連接類型的問題。

電阻溫度計(jì)根據(jù)溫度改變其電阻。這種物理效應(yīng)使得用 Pt100 測(cè)量過程的溫度成為可能。電阻由電子設(shè)備（例如溫度變送器）通過使用恒定電流并測(cè)量電壓降來確定。根據(jù)歐姆定律 (R = U/I)，在恒定電流 [I] 下，電阻 [R] 和電壓 [U] 彼此成正比。有三種可能的方式將 Pt100 連接到變送器：2 線、3 線或 4 線連接。

2 線制連接中的 Pt100溫度傳感器

雖然完全可以使用兩線連接來連接 Pt100，但您應(yīng)該明白，由于引線的電阻，這會(huì)引入測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量?jī)x器將測(cè)量測(cè)量電路的總電阻，而不僅僅是傳感元件本身的總電阻。

如果考慮到每攝氏度溫度變化的電阻變化僅為 0.3851Ω，那么添加電阻僅為 1Ω 的連接線也會(huì)導(dǎo)致大約 +2.6°C 的誤差。

話雖如此，經(jīng)常使用兩線連接，過程參數(shù)制造許多具有這種連接類型的傳感器。對(duì)于電纜長(zhǎng)度非常短的機(jī)器制造商，它通常用作成本較低的解決方案。兩線連接適用于以下幾種特殊情況：

●應(yīng)用對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。

●傳感器電纜很短的地方。

●其中誤差是通過測(cè)試和應(yīng)用于測(cè)量?jī)x器的偏移量來確定的。
如果您的應(yīng)用需求不屬于這些，那么有補(bǔ)償引線電阻的標(biāo)準(zhǔn)方法。

使用 2 線連接時(shí)，電纜的電阻會(huì)作為測(cè)量誤差添加。對(duì)于橫截面為 0.22 mm 2的銅纜，適用以下指導(dǎo)值：0.162 Ω/m → Pt100 為 0.42 °C/m。對(duì)于帶有 Pt1000 的版本，電源線的影響（0.04 °C/m）相對(duì)于基本電阻小 10 倍。相對(duì)于帶有 NTC 測(cè)量元件的基本電阻 R25（例如 R25 = 10k），引線電阻變得不那么重要。由于 NTC 的傾斜特性曲線，較高溫度下的影響不成比例地增加。

3 線制連接中的 Pt100溫度傳感器

添加第三根導(dǎo)線，連接到測(cè)量元件的一側(cè)，有助于補(bǔ)償引線電阻。測(cè)量電路中使用的三根導(dǎo)線中的每根導(dǎo)線在導(dǎo)體尺寸和長(zhǎng)度方面都相同，這一點(diǎn)非常重要。這是因?yàn)闇y(cè)量結(jié)果是平均的，只有在所有三根導(dǎo)線具有相同電阻的情況下才能提供良好的精度。連接線的最大長(zhǎng)度取決于導(dǎo)體橫截面和評(píng)估電子設(shè)備（變送器、顯示器、控制器或過程控制系統(tǒng)）的補(bǔ)償選項(xiàng)。

3 線連接規(guī)范的工作原理是通過檢測(cè)器測(cè)量電阻值，并通過連接在檢測(cè)器一側(cè)的一對(duì)電線獲取第二個(gè)電阻值。從總和中減去該電阻值就得到隔離測(cè)量元件的電阻值。

迄今為止，三線連接是 Pt100 溫度測(cè)量中使用的所有接線類型中最常見的。許多儀器使用這種連接方法，包括溫度變送器、溫度控制器、面板顯示器和數(shù)據(jù)記錄器，并且在許多情況下，如果使用 2 線系統(tǒng)，將無法正常運(yùn)行。

如果使用的是4線傳感器，3線儀，你可以簡(jiǎn)單地忽略4次線并懸空。

4 線制連接中的 Pt100溫度傳感器

為了獲得最大的精度，您應(yīng)該選擇四線 Pt100 RTD 規(guī)格。該測(cè)量系統(tǒng)是完全補(bǔ)償測(cè)量系統(tǒng)中所有引線電阻的唯一方法，即使每根導(dǎo)線具有不同的電阻。

測(cè)量系統(tǒng)使用一對(duì)導(dǎo)線承載用于測(cè)量的激勵(lì)電流，第二對(duì)導(dǎo)線用于通過測(cè)量電壓降來測(cè)量傳感檢測(cè)器的電阻。

由于 4 線連接方法可以完全補(bǔ)償所有引線電阻，因此我們強(qiáng)烈建議在使用高規(guī)格 Pt100（例如 1/5 或 1/10 DIN 公差）時(shí)使用這種方法。我們認(rèn)為，指定具有相關(guān)成本的高容差溫度傳感器，然后使用劣質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)是一種錯(cuò)誤的經(jīng)濟(jì)做法。四線連接主要用于實(shí)驗(yàn)室和校準(zhǔn)應(yīng)用以及需要最高精度的任何地方。

4 線制連接完全消除了連接導(dǎo)線對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因?yàn)檫B接導(dǎo)線的導(dǎo)線電阻中任何可能的不對(duì)稱也得到了補(bǔ)償。

替代措施

示例：150 °C 時(shí)的測(cè)量誤差，電纜長(zhǎng)度 10 m，導(dǎo)體橫截面 0.22 mm2

顯著降低布線影響的另一種可能性是增加導(dǎo)體橫截面。橫截面為 0.5 mm 2 時(shí)，線路電阻僅為 0.036 Ω/m 或 0.1 °C/m。這兩種選擇（3/4 線連接或增加橫截面）都會(huì)導(dǎo)致布線成本更高，這可能會(huì)帶來問題，尤其是在機(jī)器制造等成本敏感的市場(chǎng)中。作為成本和精度之間的折衷方案，對(duì)于較短的電纜長(zhǎng)度，可以提供 A 類 2 線連接 Pt1000 測(cè)量元件。

綜上所述只有在 4 線制連接中使用 Pt100 才能實(shí)現(xiàn)最高的測(cè)量精度。

A 類 Pt1000 測(cè)量元件在 2 線連接中也提供良好的測(cè)量精度，是機(jī)器制造中 3 線或 4 線連接的經(jīng)濟(jì)替代方案。

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