Apa Perbedaan Antara RTD 2, 3, dan 4 Kawat?

Apa Perbedaan Antara RTD 2,3, dan 4 Kabel ?

Sirkuit RTD bekerja dengan mengirimkan jumlah arus yang diketahui melalui sensor RTD dan kemudian mengukur penurunan tegangan pada resistor itu pada suhu tertentu. Karena setiap elemen PT100 dalam sirkuit yang berisi elemen penginderaan — termasuk kabel timbal, konektor, dan alat ukur itu sendiri — akan memperkenalkan resistansi tambahan ke sirkuit, penting untuk dapat memfaktorkan keluar resistansi yang tidak diinginkan saat mengukur penurunan tegangan melintasi Elemen penginderaan RTD.
Bagaimana rangkaian dikonfigurasi menentukan seberapa akurat resistansi sensor dapat dihitung, dan seberapa besar pembacaan suhu dapat terdistorsi oleh resistansi asing dalam rangkaian. Karena kawat timah yang digunakan antara elemen resistansi dan alat ukur memiliki resistansi itu sendiri, kami juga harus menyediakan sarana untuk mengkompensasi ketidakakuratan ini.
Bahan Kabel
Saat menentukan bahan kabel RTD, hati-hati dalam memilih kabel timah yang tepat untuk suhu dan lingkungan yang akan tertekan sensor saat digunakan. Saat memilih kabel timbal, suhu sejauh ini merupakan pertimbangan utama, namun, sifat fisik seperti ketahanan abrasi dan karakteristik perendaman air juga penting. Tiga konstruksi paling populer adalah :
  • PVC Insulated Probes menawarkan kisaran suhu -40 hingga 105 deg.C, dengan ketahanan abrasi yang baik dan dapat diterapkan untuk perendaman air.
  • PFA Insulated PT100 probes menawarkan kisaran suhu -267 hingga 260 deg.C dengan ketahanan abrasi yang sangat baik. Bagus untuk aplikasi perendaman air.
  • Meskipun Fiberglass Insulated PT100 probes menawarkan kisaran suhu yang lebih tinggi dari -73 hingga 482 deg.C, kinerjanya dibawah abrasi atau perendaman air dianggap tidak efektif.
Karena kawat timah yang digunakan antara elemen resistansi dan alat ukur memiliki resistansi itu sendiri, kami juga harus menyediakan sarana untuk mengkompensasi ketidakakuratan.
Ketahanan Terhadap Konversi Suhu
RTD adalah perangkat yang linier daripada termokopel, tetapi masih membutuhkan pemasangan kurva. Persamaan Callender-Van Dusen telah digunakan selama bertahun-tahun untuk mendekati kurva RTD :

PERSAMAAN CALLENDAR-VAN DUSEN

Dimana:

T = Resistensi pada Temperatur T
o = Resistensi pada T = 0ºC
α = Koefisien temperatur pada T = 0ºC ((biasanya + 0,00392Ω / Ω / ºC))
δ = 1,49 (nilai tipikal untuk platina .00392)
β = 0 T> 0 0. 11 (tipikal) T <0

Nilai pasti untuk koefisien α, β, dan δ ditentukan dengan menguji RTD pada empat suhu dan menyelesaikan persamaan resultan. Persamaan yang sudah dikenal ini diganti pada tahun 1968 oleh polinomial urutan ke-20 untuk memberikan kecocokan kurva yang lebih akurat. Plot persamaan ini menunjukkan RTD menjadi perangkat yang lebih linier daripada termokopel.
Konfigurasi Kabel RTD
Ada tiga jenis konfigurasi kabel, 2 kabel, 3 kabel, dan 4 kabel yang umum digunakan disirkuit penginderaan RTD. Konfigurasi 2 kabel dengan loop kompensasi juga merupakan opsi.
Koneksi RTD 2 Kabeldeskripsi-gambar-pendek
Konfigurasi RTD 2 kabel adalah yang paling sederhana di antara desain rangkaian RTD. Dalam konfigurasi serial ini, satu kabel utama menghubungkan setiap ujung elemen RTD ke perangkat pemantauan. Karena resistansi yang dihitung untuk rangkaian termasuk resistansi pada kabel dan konektor utama serta resistansi dalam elemen RTD, hasilnya akan selalu mengandung beberapa tingkat kesalahan.
Lingkaran mewakili batas elemen resistansi ke titik kalibrasi. Konfigurasi 3 atau 4 kabel harus diperpanjang dari titik kalibrasi sehingga semua resistansi yang tidak terkalibrasi dikompensasikan.
Resistensi RE diambil dari elemen resistansi dan merupakan nilai yang akan memberi kita pengukuran suhu yang akurat. Sayangnya, saat kita melakukan pengukuran resistansi, instrumen akan menunjukkan R TOTAL:
Dimana
RT = R1 + R2 + RE
Ini akan menghasilkan pembacaan suhu yang lebih tinggi dari yang sebenarnya diukur. Banyak sistem dapat dikalibrasi untuk menghilangkan ini. Kebanyakan RTD menggabungkan kabel ketiga dengan resistansi R3. Kabel ini akan dihubungkan ke salah satu sisi elemen resistansi bersama dengan kabel 2.
Meskipun penggunaan kabel uji dan konektor berkualitas tinggi dapat mengurangi kesalahan ini, tidak mungkin untuk menghilangkannya seluruhnya. Kabel pengukur yang lebih besar dengan resistansi yang lebih sedikit akan meminimalkan kesalahan. Konfigurasi RTD 2 kabel paling berguna dengan sensor resistansi tinggi atau dalam aplikasi yang tidak memerlukan akurasi tinggi.
Koneksi RTD 3 Kabeldeskripsi-gambar-pendek

Konfigurasi RTD 3 kabel adalah desain rangkaian RTD yang paling umum digunakan dan dapat dilihat dalam proses industri dan aplikasi pemantauan. Dalam konfigurasi ini, dua kabel menghubungkan elemen penginderaan ke perangkat pemantauan di satu sisi elemen penginderaan, dan satu menghubungkannya di sisi lainnya.

Jika tiga kabel tipe identik digunakan dan panjangnya sama, maka R1 = R2 = R3. Dengan mengukur resistansi melalui lead 1, 2 dan elemen resistansi, total resistansi sistem diukur (R1 + R2 + RE).
Jika resistansi juga diukur melalui kabel timbal 2 dan 3 (R2 + R3), kami memperoleh resistansi hanya kabel timbal, dan karena semua resistansi kabel timbal sama, mengurangkan nilai ini (R2 + R3) dari resistansi total sistem ( R1 + R2 + RE) hanya menyisakan RE, dan pengukuran suhu yang akurat telah dibuat.
Karena ini adalah hasil rata-rata, pengukuran akan akurat hanya jika ketiga kabel penghubung memiliki resistansi yang sama.

Kesalahan Pengukuran Jembatan 3-KabelPERSAMAAN RESISTENSI RTD

Jika kita mengetahui V S dan V O , kita dapat mencari R g dan kemudian mencari suhu. Tegangan unbalance V O jembatan yang dibangun dengan R 1 = R 2 adalah:

deskripsi-gambar-pendekJika R g = R 3 , V O = 0 dan jembatan seimbang. Hal ini dapat dilakukan secara manual, tetapi jika kita tidak ingin melakukan keseimbangan jembatan manual, kita hanya bisa memecahkan untuk R g dalam hal V O .
Ekspresi ini mengasumsikan resistansi timbal adalah nol. Jika R g terletak agak jauh dari jembatan dalam konfigurasi 3-kabel, resistansi kabel RL akan muncul secara seri dengan R g dan R 3 .

Sekali lagi kita memecahkan R g .PERSAMAAN RESISTENSI RTD 2Suku kesalahan akan kecil jika V o kecil, yaitu jembatan mendekati keseimbangan. Sirkuit ini bekerja dengan baik dengan perangkat seperti pengukur regangan, yang mengubah nilai resistansi hanya beberapa persen, tetapi RTD mengubah resistansi secara dramatis dengan suhu. Asumsikan hambatan RTD adalah 200 ohm dan jembatan dirancang untuk 100 ohm:
Karena kita tidak mengetahui nilai R L , kita harus menggunakan persamaan (a), jadi kita mendapatkan :
Jawaban yang benar tentu saja 200 ohm. Itu kesalahan suhu sekitar 2,5ºC.
Kecuali jika Anda benar-benar dapat mengukur resistansi RL atau menyeimbangkan jembatan, teknik dasar 3-kabel bukanlah metode yang akurat untuk mengukur suhu absolut dengan RTD. Pendekatan yang lebih baik adalah dengan menggunakan teknik 4 kabel.
Koneksi RTD 4 Kabeldeskripsi-gambar-pendek

Konfigurasi ini adalah yang paling kompleks dan karenanya paling memakan waktu dan mahal untuk dipasang, tetapi menghasilkan hasil yang paling akurat.

Tegangan keluaran jembatan merupakan indikasi tidak langsung dari resistansi RTD. Jembatan membutuhkan empat kabel koneksi, sumber eksternal, dan tiga resistor yang memiliki koefisien suhu nol. Untuk menghindari menundukkan tiga resistor penyelesaian jembatan ke suhu yang sama dengan sensor RTD, RTD dipisahkan dari jembatan oleh sepasang kabel ekstensi :

Kabel ekstensi ini menciptakan kembali masalah yang kami hadapi pada awalnya: Impedansi kabel ekstensi mempengaruhi pembacaan suhu. Efek ini dapat diminimalkan dengan menggunakan konfigurasi jembatan tiga kabel :
Dalam konfigurasi RTD 4-kabel, dua kabel menghubungkan elemen penginderaan ke perangkat pemantauan di kedua sisi elemen penginderaan. Satu set kabel memberikan arus yang digunakan untuk pengukuran, dan set lainnya mengukur penurunan tegangan pada resistor.
Dengan konfigurasi 4 kabel, instrumen akan melewatkan arus konstan (I) melalui kabel luar, 1 dan 4.
Jembatan Wheatstone menciptakan hubungan non-linier antara perubahan resistansi dan perubahan tegangan keluaran jembatan. Ini menggabungkan karakteristik ketahanan suhu non-linier dari RTD dengan membutuhkan persamaan tambahan untuk mengubah tegangan keluaran jembatan menjadi impedansi RTD yang setara.
Penurunan tegangan diukur melintasi kabel dalam, 2 dan 3. Jadi dari V = IR kita mempelajari resistansi elemen saja, tanpa efek dari resistansi kabel timbal. Ini menawarkan keuntungan dibandingkan konfigurasi 3 kabel hanya jika kabel utama yang berbeda digunakan, dan ini jarang terjadi.
Desain jembatan 4 kawat ini sepenuhnya mengkompensasi semua hambatan yang ditemukan di kabel utama dan konektor di antara keduanya. Konfigurasi RTD 4 kabel terutama digunakan di laboratorium dan pengaturan lain yang memerlukan akurasi tinggi.
Konfigurasi 2 Kabel dengan Loop Tertutup
konfigurasi 2 kabel standar dengan loop tertutup kabel dibawah ini berfungsi sama dengan konfigurasi 3 kabel, tetapi menggunakan kabel tambahan untuk melakukannya. Sepasang kabel terpisah disediakan sebagai loop untuk memberikan kompensasi untuk resistansi timbal dan perubahan lingkungan dalam resistansi timbal
deskripsi-gambar-pendek
Untuk Info lebih lanjut hubungi kami :
+62 21 6232 0511
+62 21 6232 0111
0813 8014 8688 (WA)
Momentous Instrumindo
Website : momentous.id
LinkedIn : Momentous Instrumindo
Facebook : Momentous Instrumindo
Twitter : @pt_momentous
 

 

Sumber : http://blog.unnes.ac.id/