Меню Рубрики

4 Х проводная схема подключения термометров сопротивления

В данном разделе мы решили пояснить, как правильно подключаются датчики температуры сопротивления, чем отличаются различные схемы подключения, как проверить датчик температуры, что делать если схема подключения и датчик который есть в наличии не совпадает.

Основные схемы подключения датчиков температуры сопротивления представлены на рис.1-3.

Как видно из рисунков 1-3 датчик представляет из себя некий термоэлемент, сопротивление которого изменяется в зависимости от его собственной температуры. К термоэлементу в зависимости от схемы подключения могут быть подпаяны 2 провода (рис.1), три провода (рис.2), четыре провода (рис.3).

Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?

Дело в том, что измеряемым параметром при применении таких датчиков является сопротивление датчика, однако провода имеют собственное сопротивление и внсят тем самым определенную погрешность.

Например, если датчик температуры Pt100 при нуле градусов цельсия (сопротивление 100 Ом) подключен по двух проводной схеме медным проводом сечением 0,12 мм2, длина соединительного кабеля 3 м, то два провода в сумме дадут сопротивление около 0,5 Ом в результате набегает погрешность — датчик дает суммарное сопротивление 100,5 Ом, что соответствует температуре примерно 101,2 градуса.

Эту погрешность можно скорректировать прибором (если прибор это позволяет), введя корректировку на 1,2 градуса. Однако такая корректировка не может полностью компенсировать сопротивление проводов датчика. Это связано с тем, что медные провода являются сами по себе термосопротивлениями, т.е. сопротивление проводов так же меняется от темепратуры. Причем в случае например с нагреваемой камерой часть проводов, которая находится вместе с датчиком нагревается и меняет сопротивление, а часть за пределами камеры меняется с изменением температуры в комнате.

В случае рассмотреном выше при сопротивлении проводов 0,5 ома при нагреве на каждые 250 градусов сопротивление проводов может измениться практически вдвое. Дав дополнительно 1,2 градуса цельсия погрешность.

Для исключения влияния сопротивления проводов применяют трехпроводную схему подключения датчика температуры. При такой схеме подключения прибор измеряет суммарное сопротивление датчика с проводами и сопротивление двух проводов (или одного провода и умножает его на 2) и вычитает сопротивление проводов из суммарного, выделяя тем самым чистое сопротивление датчика. Такая схема подключения позволяет получать достаточно высокую точность при значительных влияниях сопротивлений проводов на тчоность измерения. Однако данная схема не учитывает, что провода ввиду погрешностей изготовления могут обладать разным сопротивлением (в следствии неоднородности материала, изменения сечения по длине и пр.) такие погрешности вводят меньшие отклонения в отображаемой температуре чем при двух проводной схеме, однако при больших длинах проводов могут быть существенны. В таких случаях может потребоваться применение четырех проводной схемы подключения, в которой прибор измеряет непосредственно сопротивление датчика без учета соединительных проводов.

В каких случаях можно применять двух проводную схему подключения:

1. Диапазон измерения не большой (например 0. 40 градусов) и требуется невысокая точность (например 1 градус)

2. Соединительные провода имеют большое сечение и длина их не велика, т.е сопротивление проводов мало по сравнению с сопротивлением датчика и не вносит существенной погрешности. Например суммарное сопротивление 2 проводов 0,1 ом, а сопротивление датчика меняется на 0,5 Ома на градус, требуемая точнось 0,5 градуса, таким образом сопротивление проводов вносит погрешность меньше, чем допустимая погрешность.

Трехпроводная схема подключения датчиков температуры сопротивления:

Наиболее распространненная схема подключения, применяемая для измерений на удалении датчика от 3 до 100 м, позволяющая в диапазоне до 300 градусов иметь погрешность порядка 0,5 %, т.е. 0,5 С на 100 С.

Читайте также:  Гортензия шлосс вакербарт крупнолистовая посадка и уход

Четырех проводная схема подключения:

Применяется как правило для прецизионных измерений с точностью 0,1 С и выше.

Прозвонка (проверка) датчиков температуры сопротивления:

Для прозвонки датчиков температуры требуется обычный тестер показывающий сопротивление, для датчиков с сопротивлением при нуле градусов до 100 ом включительно потимальный диапазон измерения тестера до 200 Ом.

Прозвонку можно производить при комнатной температуре, либо при другой заранее известной температуре входящей в рабочую зону датчика (например поместив датчик в сосуд с водо-ледяной смесью 0 градусов или кипящий чайник примерно, с поправкой на давление, 100 градусов).

При прозвонке определяется, какие провода соединены между собой накоротко возле датчика, сопротивление между такими проводами как правило существенно меньше чем сопротивление датчика (это сопротивление между выводами 1,3 и 2,4). Сопротивление между такими выводами для стандартных датчиков составляет от 0 до 5 Ом, в зависимости от сечения и длинны соединительных проводов. Найдя провода с таким значением сопротивления мы однозначно можем определить какие выводы куда подключать. При трехпроводной схеме выводы 1 и 3 равнозначны т.е. если их подключить наоборот на измерение это никак не повлияет. При четырехпроводной схеме пары проводов 1,3 и 2,4 между собой равнозначны, и внутри пары между собой провода тоже равнозначны, т.е. первый с третим можно переставлять между собой, и второй с четвертым можно переставлять, и целиком пару 1,3 можно переставить с парой 2,4 на результаты измерений это не повлияет.

Кроме этого проверяется, что датчик рабочий, т.е. выдает то сопротивление которое должен при данной температуре (измерение между выводами 1 и 2).

Таблицу значений сопротивлений для основных типов датчиков при разных температурах можно посмотреть тут.

Кроме этого нужно убедиться, что датчик не замыкает на корпус термопреобразователя, прозвонив на мегаомном диапазоне (20. 200 МОм) сопротивление между проводами и корпусом датчика, при этом руками касаться контактов корпуса, проводов и щупов нельзя. Если на мегаомах тестер показывает не бесконечное сопротивление, то скорее всего в корпус датчика попал жир или влага, такой датчик может работать некоторое время, но точность показаний будет снижаться, показания могут плавать.

Каким образом можно подключить датчик температуры сопротивления если его схема подключения не совпадает со схемой на приборе?

Рассмотрим различные варианты:

1. в наличии есть двухпроводный датчик температуры

Соответственно если подключить требуется к прибору с трехпроводной или четырехпроводной схемой, то можно установить соответственно одну или две перемычки на контактах прибора, в местах, где подключаются короткозамкнутые провода. На рисунках 4 и 5 это обозначено перемычками на контактах 1,3 и 2,4.

Несомненно такое подключение приведет к погрешности измерения, и если прибор не позволяет её скомпенсировать, то можно в требуемом диапазоне измерения определить погрешность показаний используя образцовый термометр и рассчитать корректировку, которую нужно прибавлять к показаниям. Это позволит временно решить проблему и не останавливать технологический процесс.

2. в наличии есть трехпроводный датчик температуры

Если подключать такой датчик по двухпроводной схеме рекомендуется соединить два короткозамкнутых у датчика провода вместе, для уменьшения споротивления соединительных проводов (так же можно один из короткозамкнутых проводов заизолировать и не подключать или откусить кусачками). Датчик будет работать в двухпроводной схеме не внося никакой дополнительной погрешности.

Тел: +7(495)676-6031, 676-0448, 960-92-41
Факс: +7(495)676-6031, 676-0448, 960-92-41

Принцип действия термометра сопротивления (RTD-датчика, термосопротивления, терморезистора) основан на зависимости его электрического сопротивления от температуры. Для каждого типа RTD-датчика зависимость задана известной градуировочной функцией, описанной в ГОСТ 6651‑2009.

Читайте также:  Деканат экономического факультета юфу

В показанной 4-проводной схеме подключения RTD-датчика к системе сбора данных (ССД) провода 1 и 4 служат для подвода тока I питания к датчику, а провода 2 и 3 – для измерения напряжения U высокоомным входом АЦП в ССД. В показанной пунктиром цепи, замыкающей контур тока, ССД может измерять ток I, если значение этого тока известно недостаточно точно. К вычисленному по закону Ома текущему значению сопротивления (R=U/I) датчика RTD далее применяется градуировочная функция для пересчёта в температуру.

Отдельно остановимся на важнейшем практическом свойстве 4-х проводной схемы подключения RTD-датчика – независимости измерений от электрического сопротивления проводов, в том числе, независимости от того, на сколько равны сопротивления проводов между собой.

АЦП с дифференциальным входом, измеряющий напряжение U, как правило, использует провод 4 данной схемы как цепь общего провода (AGND).

Развитие 4-проводной схемы RTD датчиков для N-датчиков, включенных в единую токовую цепь, показано на рисунке ниже.

Для подключения N датчиков RTD потребуется N+3 проводов и N дифференциальных входов в ССД с единой цепью общего провода AGND и один источник тока. Поскольку дифференциальное подключение подразумевает попарную симметричную топологию связей, применение данной схемы подключения N датчиков RTD будет корректным, когда все N датчиков расположены в непосредственной близости друг от друга, в противном случае, от каждого RTD-датчика потребуется вести пару проводов измерения дифференциального напряжения, и тогда общее количество проводов для N датчиков возрастёт до 2N+2.

Следует обеспечить условие правильной работы дифференциального входа, при котором величина напряжения синфазного сигнала не должна превышать диапазон напряжения синфазного сигнала для выбранного АЦП.

В качестве источника тока в рассмотренных схемах может быть применён, например, выход напряжения ЦАП с последовательным резистором (токовым шунтом), на котором потребуется измерять текущее значения тока.

Читайте также следующие статьи:

В поиске датчиков Вам поможет раздел нашего сайта Производители датчиков.

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

4-х проводная схема подключения – это наиболее распространённый метод повышения точности измерения сопротивления.

Метод подразумевает пропускание тока и измерение напряжения. Однако ток протекает через один набор подводящих проводов, в то время как напряжение воспринимается другим набором проводников. Напряжение измеряется непосредственно на резистивном элементе (RTD), а не в той точке, где подключен источник тока. Это означает, что сопротивление подводящих проводов полностью исключается из измерительной схемы.

Типовая четырехпроводная схема измерения сопротивления помогает исключить большую часть случайных и систематических погрешностей.

Режим относительных измерений позволяет исключить из результатов измерений заданную постоянную величину (например, сопротивление соединённых измерительных щупов). Цифровые мультиметры позволяют задать в качестве базовой величины для относительных измерений любое текущее измеренное значение.

Читайте также:  Вкусный батон в хлебопечке

Различие материалов проводников в измерительной цепи вызывает при прохождении тока нагрев в местах контактов (образуется термопара). Возникающая при этом термо-ЭДС вызывает погрешность при измерении малых сопротивлений. Для исключения данного фактора тестовый ток отключается на половину цикла измерения, остаточная разность потенциалов в этот момент характеризует величину термо-ЭДС и вычитается из результатов измерений.

Технология измерений «сухой схемой» позволяет исключить из результатов измерений контактного сопротивления погрешность, вызванную пробоем плёнки окисла на поверхности контактов. Снижение тестового напряжения за счёт шунта RSH в четырехпроводной схеме измерений до величины не более 20 мВ решает данную задачу.

Почему 4-проводная схема измерений позволяет избавиться от паразитного сопротивления проводов и контактов?

Дело в том, что при 2-х проводной схеме измерений общее напряжение, поступающее на клеммы вольтметра состоит из суммы падений напряжений тока в измеряемом объекте плюс падение напряжения на проводах и плюс падение напряжений на контактах, через которые течет заметный измерительный ток. Т.е. ток в измеряемой цепи задается той же парой проводов, которой измеряется и падение напряжения на измеряемом сопротивлении.

В 4-проводной схеме измерительный ток течет через одну пару проводов, а напряжение измеряется на другой паре, через которую ток практически не течет, т.е. нет тока, нет и его падения на проводах и контактах. Поэтому и паразитное сопротивление проводов и контактов на результаты измерений практически не влияет.

Аналогично работает 4-проводная схема подклоючения термосопротивления — по одной паре проводов течет измерительный ток с генератора тока измерительной схемы, а другая пара проводов подключается к вольтметру с высоким входным сопротивлением (т.е. с очень низким током измерения).

Методы измерений

1) Режим относительных измерений позволяет снизить погрешность 2-х проводной схемы измерений, однако даёт погрешность контактного сопротивления при закорачивании щупов, которая в ряде случаев (особенно при измерении малых сопротивлений) может оказаться сравнимой с измеряемым значением.

2) Цифровой фильтр, встроенный в некоторые мультиметры, позволяет видеть на дисплее прибора более стабильные показания, за счёт вычисления усреднённого значение. В режиме скользящего среднего пересчитывается усреднённое значение после каждого нового замера, а в режим повтора – после заполнения всех ячеек усредняемых значений. При большой скорости измерений данная функция обеспечивает более точное определение измеренного значения и увеличивает число разрядов результата.

3) 4-х проводная схема приближает результат измерений к истинному значению на несколько порядков, что весьма существенно при измерениях малых величин! Благодаря данному методу, хорошая точность достигается даже при использовании бюджетных приборов.

4) При наличии разности температур между стыками разнородных металлов генерируется термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с. или термоэлектрический потенциал). Это паразитное напряжение может превышать уровень сигнала, который способен измерять мультиметр. Термоэлектрические эффекты могут служить причиной нестабильности или значительного смещения нуля, а так же изменению показаний прибора.

Компенсация термо-ЭДС исключает влияние контактной разности потенциалов при соединении разнородных проводников в измерительной цепи, за счёт снижения нагрева, ограничивая время протекания тестового тока.

5) С помощью метода «сухой цепи» результат измерений оказывается максимально приближен к величине измеряемого контактного сопротивления в реальных условия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector