Pt100, Pt1000 i NTC są najczęściej stosowanymi elementami pomiarowymi termometrach rezystancyjnych. Pragnę poświęcić ten wpis na bardziej wnikliwe omówienie typów połączeń.
Rezystancja elektryczna termometrów rezystancyjnych zmienia się pod wpływem temperatury. Taka zależność fizyczna pozwala na pomiar temperatury procesu za pomocą Pt100. Rezystancja jest oznaczana przez urządzenia elektroniczne (np. przetwornik temperatury) z użyciem prądu stałego i pomiaru spadku napięcia. Zgodnie z prawem Ohma (R = U/I), rezystancja [R] i napięcie [U] są proporcjonalne do siebie przy stałym prądzie [I]. Istnieją trzy możliwe sposoby podłączenia Pt100 do przetwornika: połączenie 2-, 3- lub 4-przewodowe.
Rys.: Pt100 w połączeniu 2 przewodowym
Pt100 w połączeniu 2- przewodowym
W przypadku połączenia 2-przewodowego, rezystancja kabla jest dodawana jako błąd pomiaru. W przypadku kabla miedzianego o przekroju 0,22m2 obowiązuje wartość orientacyjna: 0,162 Ω/m → 0,42 °C/m dla Pt100. W przypadku wersji z Pt1000 wpływ przewodu zasilającego (przy 0,04 °C/m) jest mniejszy o współczynnik 10 w stosunku do rezystancji podstawowej. Rezystancja przewodu staje się jeszcze mniej istotna w odniesieniu do rezystancji podstawowej R25, gdy zastosuje się element pomiarowy NTC (np. R25 = 10k). Ze względu na nachylenie krzywej charakterystyki NTC,
wpływ przewodu zasilającego w wyższych temperaturach
wzrasta nieproporcjonalnie.
Rys.: Pt100 w połączeniu 3 przewodowym
Pt100 w połączeniu 3-przewodowym
Największy możliwy zakres kompensacji wpływu rezystancji przewodu osiąga się w połączeniu 3-przewodowym. Wymogiem jest, aby rezystancje przewodów były takie same – w przypadku połączenia 3-przewodowego można założyć, iż są one identyczne. Maksymalna długość przewodu przyłączeniowego zależy od przekroju przewodnika i możliwości kompensacji elektronicznych urządzeń analizujących (przetwornik, wyświetlacz, sterownik lub system sterowania procesem).
Rys.: Pt100 w połączeniu 4 przewodowym
Pt100 w połączeniu 4-przewodowym
Połączenie 4-przewodowe całkowicie eliminuje wpływ przewodu przyłączeniowego na wynik pomiaru, ponieważ wszelkie możliwe asymetrie w rezystancji przewodu przyłączeniowego są kompensowane.
Środki alternatywne
Przykład: Błąd pomiarowy przy 150 °C, długości kabla 10 m, przekroju przewodu 0,22 mm2
Kolejnym sposobem na znaczne zmniejszenie wpływu okablowania jest zwiększenie przekroju przewodnika. Przy przekroju 0,5m2 wartość rezystancji przewodu wynosi tylko 0,036 Ω/m lub 0,1 °C/m. Obie opcje (połączenie 3/4-przewodowe lub zwiększenie przekroju poprzecznego) niosą ze sobą zwiększenie kosztów okablowania, co może być problematyczne, szczególnie w przypadku rynków wrażliwych na koszty, takich jak rynek budowy maszyn. Jako kompromis pomiędzy ceną a dokładnością, dla mniejszych długości kabli można rozważyć połączenie klasy A, 2-przewodowe, z elementem pomiarowym Pt1000.
Wnioski
- Najwyższą dokładność pomiaru można osiągnąć tylko przy użyciu Pt100 w połączeniu 4-przewodowym.
- Element pomiarowy Pt1000 w klasie A oferuje dobrą dokładność pomiaru również w połączeniu 2-przewodowym i stanowi ekonomiczną alternatywę dla połączeń 3 lub 4-przewodowych w przemyśle maszynowym.
Uwaga
Dodakowe informacji na temat termometrów rezystancyjnych znajduje się na naszej stronie internetowej WIKA.
Więcej informacji o różnicach między sensorem Pt100 a Pt1000 można znaleźć w poniższym materiale wideo: