چرا دقت اندازه گیری RTD چهار سیمه از بقیه بیشتر است؟

ترموکوپل برای اندازه گیری دما استفاده می شود، اما اندازه گیری بر اساس اختلاف دمای اتصال سرد و گرم است. دمای محل اتصال سرد می تواند با توجه به وضعیت محیط اطراف متفاوت باشد. برای خنثی کردن اثر دمای اتصال سرد، جبران اتصال سرد در فرستنده برای بدست آوردن دمای مطلق انجام می شود.

فهرست مطالب

• RTD دو سیمه
• مثال
• RTD سه سیمه
• RTD چهار سیمه
• چرا RTD چهار سیمه بهتر است؟
• نتیجه گیری

برخلاف این، RTD مقادیر مطلق دمایی را اندازه گیری می کند. RTD در جایی ترجیح داده می شود کهمحدوده دمایی پایین تا متوسط اندازه گیری شود.

یکی از خطاهای بزرگ در اندازه گیری خطای مقاومت سیم های اتصال است. ما از کابل های سه رشته (3 هسته ای) برای اتصال سنسور RTD سه سیمهبه فرستنده مربوطه استفاده می کنیم.مقاومت این سیم ها مقاومت سیم اتصال نامیده می شود.

ترانسمیتر و RTD در محل های جدا از هم نصب می شوند. با افزایش فاصله محل نصب RTD و ترانسمتر مقدار خطای اندازه گیری نیز افزایش می یابد.

RTD دو سیمه

مقاومت سیم های اتصال به مقاومت RTD اضافه می شود و از اینرو خطای اندازه گیری افزایش می یابد. نمودار مداری RTD دو سیمه در شکل زیر آمده است.

 

 

 

در اینجا

R1 ، R2 و R3 مقاومتهای پل وتستون هستند.

R_lead مقاومت مقدار مشخصی از سیم اتصال است

R_Tمقاومت RTD است.

در شرایط تعادل پل

(R₁/R₂) = (R_x) / (R₃)

R_x = (R₁/R₂)(R₃)

 

در اینجا Rx مجموع مقاومت R_T و مقاومت سیم های اتصال است.

از روابط بالا، واضح است که مقاومت سیم های اتصال در اندازه گیری خطا وارد می کند.

مثال

مدل RTD مورد استفاده PT100 است. ضریب دمایی RTD 0.00385 است.

مورد 1:

فرض کنید مقاومت RTD را بدون سیم اتصال یا مستقیماً در پایانه های RTD دو سیمه اندازه گیری می کنیم.

فرض می کنیم که دما 100 درجه سانتیگراد است.

مقاومت RTD مقدار 138.5 اهم است.

در این حالت، مقاومت اندازه‌گیری شده، خوانش صحیح دما را نشان می‌دهد.

مورد 2:

در کاربردهای عملی، ما از یک کابل برای اتصال RTD به ترنسمیتر استفاده می کنیم. مقاومت این کابل مقاوت سیم اتصال نامیده می شود و به مقاومت کل اضافه خواهد شد.

ما از دو سیم برای اتصال RTD به ترنسمیتر استفاده می کنیم. اگر مقاومت هر سیم 1 اهم باشد.

سپس مقاومت کل = RTD + (2 * مقاومت هر سیم اتصال)

مقاومت کل = (138.5 + (2 x 1)) = 140.5 Ω

در این حالت با توجه به مقدار مقاومت کلمقدار دما 105.19 درجه سانتیگراد است. از اینرو، مقاومت سیم اتصال، خطای اندازه گیری به میزان 5.19درجه سانتیگراد وارد کرده است.

برای محاسبات آسان RTD از ماشین حساب استفاده کنید. فراموش نکنید که مقدار ضریب دما را طبق مثال به روز کنید.

RTD سه سیمه

RTD سه سیمه بسیار دقیق تر از RTD دو سیمه اندازه گیری را انجام می دهد. RTD سه سیمه به طور وسیعی در اندازه گیری دما برای کاربردهای صنعتی استفاده می شود.

بیایید بررسی کنیم که چرا RTD سه سیمه خوانش خیلی دقیق تری از RTD دو سیمه می دهد. نمودار مداری یک RTD سه سیمه در شکل زیر نشان داده شده است.

به عبارت ساده، معادله پل وتستون به صورت زیر است.

(R₁/R₂) = (R_T+R_lead) / (R₃ +R_lead)

در معادله بالا، ، صورت و مخرج قسمت سمت راست معادله با Rlead افزایش می یابد و بنابراین به دلیل مقاومت سیم اتصال، نسبت تحت تأثیر قرار نمی گیرد. باید دقت شود که طول هر دو سیم اتصال یکسان باشد. بنابراین، جبران سیم های اتصال را می توان از طریق RTD سه سیمه انجام داد.

در شرایط تعادل پل

R_T + R_lead = R₃ + R_lead

R_T = R₃

در RTD سه سیمه، مقاومت سیم اتصال R_leadبا کمک سیم اتصال سوم همدیگر را خنثی می کنند. از اینرو اندازه گیری تحت تاثیر مقاومت سیم اتصال قرار نمی گیرد.

باید دقت شود که مقاومت هر دو سیم اتصال مشابه باشد. بنابراین، جبران اثر سیم های اتصال را می توان با دقت از طریق RTD سه سیمه انجام داد.

جبران سازی مقاومت سیم اتصال به درستی انجام می شود اگر مقاومت تمامی سیم ها یکسان باشد. در غیر اینصورت، ، به دلیل عدم تطابق مقاومت سیم های اتصال در اندازه گیری دما خطا وجود خواهد داشت.

RTD چهار سیمه

RTD چهار سیمه برای از بین بردن کامل خطای اندازه گیری ناشی از مقاومت سیم استفاده می شود.

در RTD سه سیمه و RTD دو سیمه، اندازه گیری دما اندازه گیری دما تحت تأثیر قرار می گیرد زیرا مقاومت RTD به دلیل سیم های اتصال تغییر می کند. در هر دو مورد، دمای اندازه گیری شده بر اساس تغییر در مقاومت است. بدین وسیله خطا ایجاد می شود. در RTD دو سیمه مقدار خطا بالا است و در RTD سه سیمه مقدار خطا خیلی کمتر می باشد.

چرا RTD چهار سیمه بهتر است؟

اما در RTD چهار سیمه، ما دما را بر اساس مقاومت اندازه گیری نمی کنیم. ما از یک منبع جریان ثابت به صورت سری با دو سیم اتصال RTD چهار سیمه استفاده می کنیم.ما افت ولتاژ را در دو سیم دیگر RTD چهار سیمه اندازه گیری می کنیم.

طبق قانون اهم، V=IR

مقدار جریان در اینجا ثابت است (خیلی کم). ولتاژ بر اساس تغییر مقاومت تولید می شود که به نوبه خود به دمای اندازه گیری شده بستگی دارد.

 به همین دلیل است که در RTD چهارسیم نسبت به RTD های 2 یا 3 سیم برای اندازه گیری دما بر اساس سیگنال ولتاژ به جای مقاومت دقیق تر است.

نمودار مداری RTD چهار سیمه در شکل زیر نشان داده شده است.

RTD های چهار سیمه برای اندازه گیری دما در دستگاه اندازه گیری خیلی دقیق در آزمایشگاه ها جایی که خوانش دمای دقیق مورد نظر است. استفاده می شوند.

RTD سه سیمه مقاومت سیم اتصال را حذف می کند اما از عدم تطابق مقاومت سیم اتصال مراقبت نمی کند. RTD چهار سیمه برای حذف کامل خطای ناشی از عدم تطابق مقاومت سیم های اتصال استفاده می شود.

سیستم RTD چهار سیمه بسیار گرانتر از RTD دو سیمه و سه سیمه است. اما برای کاربردهایی که درجه بالایی از دقت مورد نیاز است بهترین گزینه است.

تنها عیب RTD چهار سیمه این است که ممکن است مقدار بسیار کمی خطای اندازه گیری به دلیل خود گرم شدن (به دلیل عبورجریان پیوسته از طریق RTD) در یک دوره زمانی ایجاد کند. یک کالیبراسیون دوره ای برای تأیید صحت اندازه گیری ترانسمیترها انجام می شود.

نتیجه گیری

1- سنسور RTD دو سیمه بدلیل مقاومت سیمهای اتصال خطای بیشتری را در اندازه گیری وارد می کنند. RTD دو سیمه برای جاهایی مناسب است که ترانسمیتر در مجاورت RTD نصب می شود.

2- سنسور RTD سه سیمه برای کاربردهای صنعتی مناسب است. در سیستم اندازه گیری دمای سه سیمه جبران سازی مقاومت سیمهای اتصال امکان پذیر است. خطای ایجاد شده توسط مقاومت سیم های اتصال کاملا حذف می شود.با این وجود نامساوی بودن مقاومت سیم های اتصال می تواند در اندازه گیری خطا ایجاد کند.

3- سنسور RTD چهار سیمه بهترین انتخاب برای کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق دما دارند می باشد.

مرجع

Why 4 wire RTD Measurement Accuracy is better than 2 and 3 wire RTD

https://instrumentationtools.c

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

پیشنهاد موتور درایو برای یادگیری مباحث مربوط به ابزار دقیق مطالعه مقالات زیر است

1- سنسور القایی چیست؟ انواع و کاربردهای مختلف

2- گیج فشار ایندومارت INDUMART

3- ترمومتر ایندومارت INDUMART

4- نحوه کار گیج فشار

5- نحوه کار ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر

6- اصول کار ترموستات

7- سیم بندی ترانسمیتر

8- دلیل استفاده از سیگنال جریان 4-20 mA به جای سیگنال ولتاژ

9- تفاوت بین دقت، تلرانس، عدم قطعیت و خطا

10- معنی اطلاعات روی صفحه گیج فشار

11- چرا دقت اندازه گیری RTD چهار سیمه از بقیه بیشتر است؟

12- لوله مویین چیست؟ مزیت ها و معایب

13- تفاوت ترانسمیتر و ترانسدیوسر چیست؟

14- دماسنج بی متال (ترمومتر)

15- ترموول چیست؟

16- مقایسه RTD و ترموکوپل : کدام یک برای نیاز شما مناسب تر است؟