Tri{0}}način povezovanja: Kako pametno odpraviti temperaturne motnje zaradi upora žice

Merjenje temperature je ključnega pomena pri nadzoru industrijskih procesov. Uporovni temperaturni detektorji (RTD) se pogosto uporabljajo zaradi svoje stabilnosti in visoke natančnosti. Vendar pa je pogosto spregledan problem, da se upornost povezovalnih žic spreminja s temperaturo okolja, kar vodi do napak pri merjenju. Tri{3}}žična povezava je pametna rešitev za reševanje te težave.

Zakaj odpornost žice vpliva na točnost merjenja temperature?

Senzorji RTD so običajno nameščeni na terenu, medtem ko so prikazovalni instrumenti ali krmilne naprave nameščeni v nadzorni sobi, kar ustvarja razdaljo med njimi. Povezovalne žice nimajo samo upora, ampak se ta upor spreminja tudi s temperaturo okolja.

Na primer, običajno uporabljeni platinasti RTD Pt100 ima temperaturno občutljivost približno 0,38 Ω/stopinjo, medtem ko je upornost žice približno 0,1–0,5 Ω/m. Če je žica dolga, lahko sprememba upora, ki jo povzročijo spremembe temperature okolice, popolnoma "preglasi" signal RTD, kar povzroči močno popačene rezultate meritev.

Kako deluje tri{0}}žična povezava

Metoda tri{0}}žične povezave to doseže s povezavo dveh vodnikov na en konec zaznavalnega elementa RTD in enega kabla na drugega konca. Ta metoda ožičenja se običajno uporablja v povezavi z mostnim vezjem za učinkovito odpravo vpliva upora svinca.

Posebna metoda ožičenja je naslednja: eno od treh žic priključite na napajalni priključek mostičnega vezja, drugi dve pa na roko, ki vsebuje RTD, oziroma njeno sosednjo roko. Na ta način, ko se upor žice spremeni zaradi nihanja temperature okolja, se lahko delno izničita in tako zmanjšata vpliv na odčitek instrumenta.

Zakaj lahko tri{0}}žični sistem odpravi vpliv upora svinca? Osnovno načelo je, da se spremembe upora žic v dveh sosednjih krakih medsebojno izničijo. Ko se temperatura okolja spremeni, se upor obeh žic spreminja sinhrono, a ker sta nameščeni na dveh sosednjih krakih mostu, sta njuna učinka na izhod mosta nasprotna, s čimer se doseže učinek kompenzacije.

Omejitve tri-žične povezave

Čeprav tri{0}}žična povezava bistveno izboljša natančnost meritev v primerjavi z dvo{1}}žičnim sistemom, ni brez pomanjkljivosti. Pri neuravnoteženih mostičnih tokokrogih tri-žična povezava doseže popolno kompenzacijo samo na začetku lestvice instrumenta; pri polnem obsegu še vedno obstaja določena dodatna napaka.

Poleg tega je treba upoštevati dodatno temperaturno napako napajalnih vodnikov-ko tok teče skozi žice, ki povezujejo RTD z napajanjem, pride do padca napetosti. Ko se temperatura okolja spremeni, se spremenijo tudi napetosti v zgornji in spodnji veji mostu, kar povzroči dodatne temperaturne napake.

Naprednejše rešitve

Za aplikacije, ki zahtevajo večjo natančnost, se v industriji uporabljajo druge metode:

Štiri{0}}žična povezava: Na vsak konec uporovne žice RTD sta priključena dva kabla. Dva vodnika sta priključena na vir stalnega toka, kar omogoča, da znani tok teče skozi RTD; druga dva kabla vodita padec napetosti preko RTD do merilne naprave. To popolnoma odpravi vpliv upora svinca na merjenje temperature in se uporablja predvsem za natančno merjenje temperature.

Tri{0}}žični sistem delilnika konstantne napetosti: To je izboljšana tri{1}}žična merilna metoda. Izračuna dejansko upornost RTD z merjenjem dveh vrednosti napetosti, s čimer teoretično odpravi vpliv upora žice. Poskusi kažejo, da lahko ta metoda zmanjša največjo relativno napako na ±0,1 %, kar je veliko boljše od 2,57 % tradicionalne tri{6}}žične metode uravnoteženega mostu.

Odpravljanje težav v praktičnih aplikacijah

V praktičnih aplikacijah se lahko pri tri{0}}žičnih RTD-jih pojavijo različne napake. Spodaj je nekaj pogostih težav in rešitev:

**Huda temperaturna nihanja:** To je običajno posledica slabega stika. Preverite, ali so vse sponke zrahljane ali občasno prekinjene v povezovalnih žicah.

**Odčitek temperature je nič:** Izmerite upornost RTD z multimetrom. Če je normalno, je težava morda v modulu ali kablu.

**Odčitek temperature je previsok:** To je lahko posledica slabega kontakta na priključku ali ohlapnega ožičenja, ki povzroča povečan upor. Preverite in zategnite ožičenje ter odstranite vso oksidno plast.

**Odčitek temperature je prenizek:** To je lahko posledica kratkega stika ali povečanega upora v C-žici tri-žičnega sistema.

Zaključek

Metoda tri{0}}žične povezave s pametno zasnovo vezja učinkovito odpravi vpliv upora žice na merjenje temperature RTD, zaradi česar je najpogosteje uporabljena metoda ožičenja pri krmiljenju industrijskih procesov. Čeprav ni popoln, izpolnjuje zahteve glede natančnosti merjenja v večini industrijskih aplikacij. Za uporabo z večjo natančnostjo je mogoče razmisliti o štiri-žičnih ali izboljšanih tri-žičnih merilnih metodah.