Pomiar temperatury za pomocą rezystancyjnych czujników temperatury

Rezystancyjne czujniki temperatury, takie jak Pt100 i Pt1000, mierzą temperaturę, wykorzystując zjawisko zmiany rezystancji metali wraz ze wzrostem temperatury. Elementem pomiarowym tych jest termorezystor wykonany z platyny. Występują w różnych rodzajach czujników temperatury m.in. w wykonaniu paroszczelnym JUMO STEAMtemp, wtykany JUMO Etemp B, z kablem, czy też w formie przenośnego wskaźnika do pomiaru i monitorowania temperatury.

Kompensacja rezystancji przewodów w czujnikach temperatury

Przewody elektryczne mają swoją rezystancję – im dłuższy przewód, tym jest ona większa. Dla przykładu, każdy metr miedzianego przewodu o przekroju 1 mm2 to 0,017Ω. Dla 3 kilometrowych kabli daje to błąd pomiaru w wysokości 10,2 Ω, czyli aż 4°C.

Aby rezystancja przewodów mogła zostać skompensowana, czujniki temperatury podłączane są na trzy sposoby – 2, 3 lub 4 przewodami.

Czujnik temperatury Pt100 – kolory przewodów

Pary przewodów w Pt100 mają następujące kolory:

• biały/czerwony – do przewodzenia prądu

• niebieski/czarny – do odczytu spadku napięcia na czujniku

Najczęściej będziesz miał do czynienia z przewodami białymi i czerwonymi.

Czujnik temperatury Pt100 2-przewodowy

Połączenie 2-przewodowe to najprostsza konfiguracja obwodów rezystancyjnych czujników temperatury Pt100. W tej konfiguracji szeregowej, pojedynczy przewód prowadzący łączy każdy koniec rezystancyjnego czujnika temperatury z urządzeniem monitorującym.

Tylko dwa przewody nie są w stanie skompensować dodatkowej rezystancji spowodowanej przez inne elementy w obwodzie oraz zmian rezystancji kabla w zależności od temperatury otoczenia – są one dodawane jako błąd pomiarowy. Dzieje się tak dlatego, że przyrząd pomiarowy mierzy całkowitą rezystancję obwodu pomiarowego, a nie tylko rezystancję samego elementu pomiarowego.

Ten typ podłączenia stosowany jest w aplikacjach, w których:

• nie ma wysokich wymagań odnośnie dokładności

• kabel czujnika jest bardzo krótki

• błąd jest określany na podstawie testów i przesunięcia zastosowanego w przyrządzie pomiarowym

Zalety podłączenia 2-przewodowego

• cena

Wady podłączenia 2-przewodowego

• brak kompensacji rezystancji przewodów

• mniejsza dokładność pomiarów

Czujnik Pt100 3-przewodowy

Trójprzewodowy Pt100 jest najczęściej spotykanym czujnikiem temperatury. Dodanie trzeciego przewodu, podłączonego do jednej strony elementu pomiarowego, pomaga skompensować rezystancję przewodu. Otrzymujemy dwa obwody pomiarowe, z których jeden odpowiada za pomiar temperatury, a drugi za jej kompensację.

Bardzo ważne jest, aby każdy z trzech przewodów używanych w obwodzie pomiarowym był jednakowy pod względem rozmiaru i długości. Wynika to z faktu, że wynik pomiaru jest uśredniany i zapewnia dobrą dokładność tylko wtedy, gdy wszystkie trzy przewody mają taką samą rezystancję.

Połączenie 3-przewodowego polega na pomiarze wartości rezystancji przez czujnik oraz pomiarze drugiej wartości rezystancji przez parę przewodów połączonych po jednej stronie czujnika. Odjęcie tej wartości rezystancji od wartości całkowitej daje wartość rezystancji dla elementu pomiarowego w izolacji.

Zalety podłączenia 3-przewodowego

• optymalna kompensacja temperatury dla większości zastosowań

Wady podłączenia 3-przewodowego

• nie zapewnia pełnej kompensacji przewodów w systemie pomiarowym

Czujnik Pt100 4-przewodowy

Ten system pomiarowy wykorzystuje jedną parę przewodów do przenoszenia prądu wzbudzenia używanego do pomiaru, a drugą parę do pomiaru rezystancji czujnika poprzez pomiar spadku napięcia.

Podłączenie czujników Pt100 w układzie 4-przewodowym całkowicie eliminuje wpływ przewodu przyłączeniowego na wynik pomiaru temperatury. Kompensuje ono wszystkie możliwe asymetrie w rezystancji przewodu przyłączeniowego.

Jest to najskuteczniejsze rozwiązanie, lecz jednocześnie też najbardziej skomplikowane i kosztowne. Podłączenie 4-przewodowe wykorzystywane jest najczęściej w zastosowaniach laboratoryjnych, gdzie dokładność pomiaru ma kluczowe znaczenie oraz w aplikacjach z długimi przewodami.

Zalety podłączenia 4-przewodowego

• jedyny sposób na pełną kompensację wszystkich rezystancji przewodów w systemie pomiarowym

Wady podłączenia 4-przewodowego

• cena

Pt1000 – podłączenie

Wpływ długości kabli na błąd pomiaru jest 10 razy mniejszy w przypadku Pt1000 w porównaniu do Pt100. Ze względu na to, posiada dobrą dokładność pomiaru również w podłączeniu 2-przewodowym.