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为什么4线制RTD的测量精度优于2线制和3线制RTD?

发布日期:2021-05-10  来源:  作者:  浏览次数:
【导读】:与此相反,RTD测量绝对温度值。在要测量的中低范围温度的情况下,RTD是首选的。测量中的主要误差之一是引线电阻误差。我们使用三合一电缆(3芯)连接3线RTD传感器和相应的变送器。这些电缆的电阻称为引线电阻。......

 将热电偶用于测量温度,但测量基于冷热端温度差。冷端温度可以根据周围环境条件而变化,为消除冷端温度的影响,变送器中提供了冷端补偿以获取绝对温度。

 
目录
2线RTD
例子
3线RTD
4线RTD
为什么4线制RTD更好?
 
结论
与此相反,RTD测量绝对温度值。在要测量的中低范围温度的情况下,RTD是首选的。测量中的主要误差之一是引线电阻误差。我们使用三合一电缆(3芯)连接3线RTD传感器和相应的变送器。这些电缆的电阻称为引线电阻。变送器和RTD安装在不同的位置。测量误差随着变送器与RTD位置之间距离的增加而增加。
 
2线RTD
的引线电阻被在RTD的电阻,因而测量误差增加加入。2线RTD的电路图如下。
——————
这里
 
R1,R2,R3是惠斯通电桥电阻
R引线是该特定引线的电阻
R T是RTD的电阻
在桥梁平衡条件下
 
(R 1 / R 2)=(R x)/(R 3)
 
R x =(R 1 / R 2)(R 3)
 
在此,Rx是R T与两根导线电阻之和。
 
从上面可以明显看出,引线电阻在测量中会引入误差。
 
例子
RTD模型为PT100。RTD的温度系数为0.00385。
 
情况1:
 
假设我们是在没有任何引线的情况下或直接在2线RTD的端子处测量RTD的电阻。
 
假设温度为100摄氏度。
 
RTD的电阻为138.5Ω
 
在这种情况下,测得的电阻显示正确的温度读数。
 
情况2:
 
在实际应用中,我们使用电缆将RTD连接到变送器。该电缆电阻称为引线电阻,它将增加总电阻。
 
我们使用2根导线连接RTD和变送器。如果每根引线电阻为1Ω
 
然后,总电阻= RTD +(2 x引线电阻)
 
总电阻=(138.5 +(2 x 1))= 140.5Ω
 
在这种情况下,根据总电阻值的温度为105.19摄氏度。因此,引线电阻引入了5.19摄氏度的测量误差。
 
使用RTD计算器可以轻松进行计算。不要忘记按照示例更新温度系数值。
 
3线RTD
3线RTD的测量比2线RTD更准确。3线RTD主要用于工业应用的温度测量。
 
让我们理解为什么3线RTD读取比2线RTD更准确。3线制RTD的电路图如下所示。
3线制RTD的电路图
 
简单来说,惠斯通电桥方程如下
 
(R 1 / R 2)=(R T + R导程)/(R 3 + R导程)
 
在上述公式中,公式右手部分的分子和分母都增加R引线,因此该比率不受引线电阻的影响。必须注意使两条引线的长度相似。因此,可以通过3线RTD进行引线补偿。
 
在桥平衡条件下。
 
R T + R引线= R 3 + R引线
 
R T = R 3
 
在3线RTD中,导线电阻R Lead将在第三根导线的帮助下相互抵消。因此,测量不会因引线电阻而受到影响。
 
必须注意使两根导线的电阻相似。因此,可以通过3线RTD精确地进行引线补偿。
 
另请阅读:3线RTD示例计算
 
仅当所有导线电阻相等时,导线电阻补偿才是准确的。否则,由于导线电阻不匹配,温度测量会出现错误。
 
4线RTD
4线RTD用于完全消除由线电阻引起的测量误差。
 
在2线RTD和3线RTD中,温度测量会受到影响,因为引线会导致RTD电阻发生变化。在这两种情况下,温度都是根据电阻变化测得的。因此,我们得到了错误。在2线RTD中,误差值很高,而在3线RTD中,误差值非常小。
 
为什么4线制RTD更好?
但是在4线RTD中,我们不基于电阻来测量温度。我们将恒流源与4线RTD的两根引线串联使用。我们测量4线RTD的另外两条引线之间的电压降。
 
根据欧姆定律,V = IR
 
当前值在这里是恒定的(非常小)。将基于电阻的变化生成电压,而电阻的变化又取决于测量的温度。
 
这就是为什么4线制RTD比2或3线制RTD更精确的原因,因为它基于电压信号而不是电阻进行温度测量。
 
4线制RTD的电路图如下所示。
4线制RTD的电路图
4线RTD用于在需要精确温度读数的测试实验室中的贸易交接仪表中进行温度测量。
 
3线制RTD消除了引线电阻,但并没有解决引线电阻不匹配的问题。4线RTD甚至可以完全消除由引线电阻不匹配引起的误差。  
 
4线制RTD系统比2线制和3线制RTD贵,但对于需要高精度的应用而言,它是非常佳选择。
 
4线制RTD的唯一缺点是,在一段时间内,由于自身发热(由于恒定电流流过RTD),它可能会引入非常少量的测量误差。对发射机进行定期校准以验证测量精度。
 
结论
2线RTD由于引线电阻而导致更多的测量误差。如果变送器安装在RTD附近,则2线RTD是合适的。
3线RTD适用于工业应用。在3线温度测量系统中可以进行导线补偿。完全消除了由引线电阻引起的误差,但是引线电阻不匹配会导致测量误差。
4线RTD是需要精确温度测量的应用的非常佳选择。

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