当前位置:首页 新闻 产品知识

RTD温度传感2、3和4线之间有什么区别?

特普生科技 温度传感器研究院 2023-01-16 13 69

RTD温度传感2、3 和 4 线之间不同之处在于测量精度。使用2 电阻温度检测器 (RTD) 传感可提供良好的精度(可能),3线传感的精度更好,而4线传感可提供最佳精度。


此外,还可以选择使用惠斯通电桥拓扑来提高2线和3线 RDT的性能。本常见问题解答首先回顾了 RDT 设备的基础知识,考察了2线、3线和4线传感之间的权衡,最后简要介绍了惠斯通电桥和温度传感。


除了 RTD 之外,设计人员还可以选择热敏电阻和热电偶。在许多应用中,RTD 是特别好的选择,因为它们具有快速响应时间、可重复性和高达几百 µV/°C 的卓越灵敏度。RTD 可在 –200°C 至 +800°C 的宽范围内使用,具有近乎线性的行为。


RTD 可使用多种材料,例如镍、铜和铂。虽然铂 RTD (PRTD) 的成本更高,但其他金属的使用并不广泛,因为它们不如 PRTD 稳定或可重复(图 1)。此外,PRTD 不受腐蚀或氧化的影响。在工业、医疗和航空航天应用中,当精度和可重复性在 -200 至 +800 °C 的温度范围内很重要时,PRTD 是最佳选择。

图片

图 1:与替代金属相比,铂金可产生更可重复和更稳定的 RTD。


现代 PRTD 标准(如 IEC 60751 和 ASTM 1137)的发展允许基于指定公差和温度系数的系统之间传感器的大量互换。这些标准使得用来自相同或不同制造商的传感器替换传感器变得容易,同时确保额定性能,同时对系统进行最少的重新设计或重新校准。但是,设计人员需要注意,IEC 60751 在 2008 年和 2022 年分别进行了修订。IEC 60751:2022 引入了几项重大的技术变更。对这些更改的审查超出了本常见问题解答的范围。


三种最常见的 PRTD 是 PT100、PT500 和 PT1000,它们在 0 °C 时的电阻分别为 100Ω、500Ω 和 1000Ω。PT1000是目前最常用的PRTD类型。RTD 可用于 2 线、3 线和 4 线配置(图 2)。


图片

图 2:基本的2线(左)、3线(中)和4线(右)RTD 温度测量配置。


最简单实现中的2线RTD配置和为 RTD 提供激励电流 (I) 以测量传感器电压(以及温度)的两条线。由于为电路计算的电阻包括引线和连接器中的电阻以及 RTD 元件中的电阻,因此结果总会包含一定程度的误差。由于传感器电阻较低,即使是相对较低的导线电阻 (RL ) 也会导致明显的测量误差。


使用尽可能短的引线长度和接触电阻低的连接器可以减少这种错误,但不可能消除这种错误。电阻较小的较大规格电线也有助于最大程度地减少错误。在不需要高精度的成本敏感型应用中,2 线 RTD 配置可能是一个可行的选择。


3根线更好

3 wires are better


工业系统中最常见的 RTD 配置使用三根线,以在成本和精度之间实现良好的平衡。两根电线将传感元件连接到 RTD 一侧的监控设备,一根连接到 RTD 的另一侧。如果使用三根相同类型的电线,并且它们的长度相等,则 RL1=RL2=RL3。参考上面的图 1,总系统电阻是通过测量引线 2、3 和电阻元件 (RL2+RL3+ RTD) 的电阻来测量的。仅引线的电阻可通过引线 2 和 3 (RL1+RL2). 由于所有引线电阻都相等,因此从总系统电阻 (RL2+RL3+ RTD) 中减去该值(RL1+RL2) 得到RTD,并且可以进行准确的温度测量。


这种方法有几个问题:

· 只有当所有三根连接线的电阻都相同时,测量才会准确。

· 在实际设计中,测量各种引线电阻可能具有挑战性。

如果不解决这些问题,基本的3线配置不一定是使用 RTD 测量温度的准确方法,而4线方法克服了这些挑战。


4根线最好

4 wires are best


在4线RTD 配置中,两条线将RTD连接到监控设备(图1中的RL2和RL3),另外两条线(RL1和RL4)传输用于测量的电流。将激励电流线与测量线分开可消除2线和3线配置中的误差源。此配置可产生最准确的测量结果,但实施起来最复杂、最耗时且成本最高。


改善2线和3线测量的桥梁

Bridges to improved 2- and 3-wire measurements


在使用 2 线和 3 线 RTD 设备时,惠斯通电桥配置可用于提高精度。要检测 2 线配置 RTD 中电阻的微小变化,可以使用惠斯登电桥形式的温度变送器(图 3A)。该电路将 RTD 值与三个已知的高精度电阻进行比较。在该电路中,当流经测量设备的电流 (Vout ) 为零时,电桥处于零平衡状态。这称为 RTD 温度输出的零点或设定点。随着 RTD 温度升高,V out增加,并且可以测量温度。如果 RTD 安装在距惠斯通电桥变送器一定距离的位置,则电线的电阻会随着环境温度的波动而变化,从而在测量中引入误差。为消除此问题,可以使用三线 RTD 惠斯通电桥配置(图 3B)。


图片

图 3:基于惠斯通电桥的架构可用于提高 2 线和 3 线 RTD 实施的性能。


在 3 线 RTD 惠斯登电桥配置中,连接线(L1、L2 和 L3)长度相同,因此电阻相同。激励电流源连接到 RTD 和惠斯通电桥的一端。由于 L1 = L2,导线的电阻抵消,连接导线的影响被消除。


概括

Summary


当需要精确和稳定的温度测量时,PT1000 RTD 是最常用的测量设备。2 线、3线和4线热传感之间的选择涉及在增加成本和复杂性与提高测量精度之间进行权衡。在某些应用中,惠斯通电桥配置可以提高2线和3线传感的精度,但会增加复杂性。


参考


RTD 测量基本指南,Texas Instruments

高精度温度测量需要铂电阻温度检测器 (PRTD) 和精密 Delta-Sigma ADC

Maxim Integrated Products

如何在 RTD PT100 和 Pt1000 之间进行选择?, Omega Engineering

Resistance Thermometry:电阻温度计和热敏电阻的原理和应用, Minco

RTD 桥接电路, 过程技术和操作员学院

用于高精度测量应用的全集成 4 线 RTD 温度测量系统的简单实现, Analog Devices

特普生主营温度传感器NTC热敏电阻传感器模块及一体化解决方案,特普生拥有发明专利5项,实用新型27项,保留不公开技术2项,是国内唯一拥有全尺寸全自动单端玻封机、单端热敏电阻测试机的具有芯片设计能力的源头实业,特普生温度传感器,特别好的温度传感器。

文章链接:https://www.temp-sen.com/knowledge/527.html,部分素材来源于网络,若有不适,请及时联系我们删除。

返回
上一篇:新能源汽车电池热管理环节及方案
下一篇:没有了!
相关文章
文章排行榜
回到顶部