روش های اتصال RTD دو-سه-چهار سیم به ترانسمیتر دما

ترانسمیتر های هد مونت دما تجهیزاتی هستند که برای تبدیل سیگنال های مقاومت دما (RTD) به سیگنال های الکتریکی قابل استفاده، مانند جریان 20-4 میلی آمپر یا ولتاژ 10-0 ولت، به کار می روند.

از این ترانسمیتر ها می توان در سیستم های کنترل و اتوماسیون استفاده کرد که دقت اندازه گیری دما را افزایش می دهند. همچنین، از تداخل الکترو مغناطیسی در سیگنال های RTD جلوگیری می کنند.

ترانسمیتر های هد مونت دما در کاربردهای مختلفی از جمله صنایع نفت و گاز، صنایع شیمیایی، صنایع نیروگاهی، صنایع غذایی و آشامیدنی و صنایع دارویی به کار می روند. RTD ها، سنسور دما صنعتی هستند که از مقاومت الکتریکی یک فلز برای اندازه گیری دما استفاده می کنند.

روش های مختلفی برای تامین برق ترانسمیتر وجود دارد

1. • تغذیه از حلقه جریان: در این روش، ترانسمیتر از طریق حلقه جریان 20-4 میلی آمپر تغذیه می شود. این روش برای ترانسمیتر های دو سیمه و سه سیمه مناسب است.
2. • تغذیه از منبع تغذیه خارجی: در این روش، ترانسمیتر از طریق یک منبع تغذیه خارجی مانند برق 24 ولت DC تغذیه می شود. این روش برای ترانسمیتر های 4 سیمه مناسب است.

انواع RTD

RTD ها در سه نوع 2 سیمه، 3 سیمه و 4 سیمه موجود هستند. هر نوع مزایا و معایب خاص خود را دارد.

RTD دو سیم

RTD های 2 سیمه، ساده ترین نوع RTD برای اتصال هستند و کم ترین هزینه را دارند. ولی دقت کم تری نسبت به RTD های 3 و 4 سیمه دارند و برای مسافت های کوتاه مناسب هستند.

همانطور که از نامشان پیداست، این اتصالات فقط به دو سیم نیاز دارند. سادگی و نیاز به سیم کم تر، این نوع اتصال را برای ابزارهای حلقه ‌ای ایده ‌آل می ‌کند. این ابزارها انرژی خود را از حلقه جریان دریافت میکنند و به منبع تغذیه جداگانه ‌ای نیاز ندارند.

RTD سه سیم

RTD های 3 سیمه دقت بیشتری نسبت به RTD های 2 سیمه دارند و برای مسافت های متوسط مناسب هستند. این اتصالات یک سیم اضافی برای جبران مقاومت سیم ‌های سربی دارند. با وجود این سیم اضافی، دقت اندازه ‌گیری در اتصالات سه سیمه بیشتر از اتصالات دو سیمه است.

RTD چهار سیم

RTD های 4 سیمه، دقیق ترین و گران ترین نوع RTD هستند و برای مسافت های طولانی مناسب هستند. در این اتصالات، از دو سیم برای انتقال سیگنال فرآیند و دو سیم دیگر برای تامین برق دستگاه استفاده می‌ شود. این جداسازی، دقت اندازه ‌گیری را به طور قابل توجهی افزایش می‌ دهد.

همچنین، اتصالات چهار سیمه به دلیل جدا سازی الکتریکی بین منبع تغذیه و سیگنال فرآیند، از ایمنی بالاتری برخوردارند. ولتاژ و نوع برق مورد استفاده در اتصالات چهار سیمه به مشخصات دستگاه بستگی دارد.

بیشتر بخوانید: ترمومتر صنعتی وسیله‌ای بسیار کاربردی برای سنجش دمای محیط، دستگاه یا درجه حرارت موثر در طی فرایندهاست. اگر میخواهید با این ابزار، مهم‌ترین انواع آن و نحوه کاربرد هریک از آن‌ها آشنا شوید، شما را به خواندن این مقاله دعوت میکنیم. برای آشنایی بیشتر با این وسیله بلاگ “ترمومتر صنعتی چیست؟” را مطالعه کنید.

روش های اتصال RTD

روش اتصال RTD به ترانسمیتر هد مونت دما به نوع RTD بستگی دارد.

اتصال RTD دو سیم

برای اتصال RTD دو سیمه به ترانسمیتر هد مونت دما، دو سیم RTD به پایانه های مربوطه در ترنسمیتر متصل می شوند.

اتصال RTD سه سیم

برای اتصال RTD سه سیمه به ترانسمیتر هد مونت دما، سه سیم RTD به پایانه های مربوطه در ترانسمیتر متصل می شوند. سیم سوم برای جبران مقاومت سیم های RTD استفاده می شود.

اتصال RTD چهار سیم

برای اتصال RTD چهار سیمه به ترانسمیتر هد مونت دما، چهار سیم RTD به پایانه های مربوطه در ترانسمیتر متصل می شوند. دو سیم برای اندازه گیری مقاومت RTD و دو سیم دیگر برای جبران مقاومت سیم های RTD استفاده می شوند.

تفاوت اتصال سه و چهار سیمه

هر دو اتصال سه و چهار سیمه از دو سیم برای انتقال سیگنال فرآیند استفاده می ‌کنند و هر دو از یک منبع تغذیه خارجی برای تامین برق دستگاه استفاده می ‌کنند.

ولی، اتصال چهار سیمه از جداسازی الکتریکی بین منبع تغذیه و سیگنال فرآیند بهره می ‌برد، در حالی که اتصال سه سیم این جداسازی را ندارد. به دلیل سیم‌ های اضافی و نیاز به جداسازی، پیچیدگی نصب و راه‌ اندازی بیشتری دارد. همچنین، به دلیل جداسازی، اتصال چهار سیمه دقت اندازه ‌گیری دمای بالاتری نسبت به اتصال سه سیمه دارد.

بیشتر بخوانید: یکی از تجهیزات مرتبط با دما که از آن در صنایع، لوازم خانگی و تاسیسات ساختمانی به وفور استفاده می‌شود، ترموستات ها هستند. مدت زیادی است که ترموستات‌ها ساخته شده و در کاربردهای متنوع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این وسایل می‌توانند کارکرد بسیاری از وسایل گرمایشی، خودروها و لوازم خانگی را بهینه و موثرتر کنند. ادامه این طلب را در بلاگ “ترموستات چیست؟” مطالعه کیند.

مواد سیمی سنسور RTD

انتخاب سیم ‌های سربی مناسب برای سنسور RTD به عوامل مختلفی مانند دما، محیط، مقاومت سایشی و غوطه ‌وری در آب بستگی دارد. در ادامه به بررسی سه نوع سیم رایج می ‌پردازیم:

1. سیم‌ های عایق PVC

• محدوده دمایی: 40- تا 105 درجه سانتیگراد
• مقاومت سایشی: خوب
• غوطه ‌وری در آب: قابل استفاده
• سیم‌ های عایق ارزان، انعطاف ‌پذیر هستند و نصب آسان دارند. ولی محدوده دمایی محدود، و مقاومت شیمیایی ضعیف دارند.

2. سیم‌ های عایق PFA

• محدوده دمایی: 267- تا 260 درجه سانتیگراد
• غوطه ‌وری در آب: عالی
• مزیت این سیم ها این است که مقاومت دمایی بالا، مقاومت شیمیایی خوب، و مقاومت سایشی عالی هستند ولی گران‌ تر و سفت تر از PVC هستند و نصب آن ها دشوارتر است.

3. سیم ‌های عایق فایبرگلاس

• محدوده دمایی: 73- تا 482 درجه سانتیگراد
• مقاومت سایشی: ضعیف
• غوطه ‌وری در آب: ضعیف
• سیم ‌های عایق فایبرگلاس مقاومت دمایی بسیار بالا دارند. ولی ایراد آن ها این است که مقاومت سایشی ضعیف، و مقاومت در برابر غوطه‌ وری در آب ضعیف دارند.

جبران مقاومت سیم سربی

از آنجایی که سیم سربی خود دارای مقاومت است، باید برای جبران این مقاومت، از روش‌ های مختلفی مانند اتصال سه سیمه یا چهار سیمه استفاده کرد.

نکات مهم در اتصال RTD

هنگام اتصال RTD به ترانسمیتر هد مونت دما، باید به قطبیت سیم ها توجه شود و برای اطمینان از اتصال صحیح، باید از دستورالعمل های سازنده پیروی کرد.

اتصالات دو سیمه از حلقه جریان تغذیه می ‌شوند و نیازی به منبع تغذیه خارجی ندارند. ولی اتصالات سه و چهار سیمه به منبع تغذیه جداگانه ‌ای نیاز دارند که از حلقه سیگنال فرآیند جدا باشد.

به علاوه، اتصالات چهار سیمه از ایزوله منبع تغذیه و سیگنال فرآیند بهره می‌ برند. ولی اتصالات دو و سه سیمه، ایزوله الکتریکی ندارند.

بیشتر بخوانید: تفاوت اصلی بین PT100 و PT1000 در میزان مقاومت آن‌ها در صفر درجه سانتی‌گراد است. PT100 در صفر درجه سانتی‌گراد با 100 اهم مقاومت روبرو است، در حالی که PT1000 در همان شرایط با 1000 اهم مقاومت مواجه می‌شود. این تفاوت مهم‌ترین اثر خود را در سیم پیچی سنسورها نشان می‌دهد. در بلاگ “تفاوت pt100 و pt1000” به مقایسه کامل این دو سنسور پرداخته ایم.

اتصال سیم های PT100 به ترانسمیتر

مراحل نحوه اتصال سنسور PT100 سه سیم به ترانسمیتر

• همانطور که روی جدول ترانسمیتر زده است، به پایه 1 و پایه 2 سیم های مشترک، و به پایه 3 سیم تکی را وصل می کنیم.
• سیم ها را با استفاده از یک پیچ گوشتی یا آچار مناسب محکم کنید.
• سیم ها را از نظر نشتی برق بررسی کنید.

هنگام اتصال سیم های PT100 به ترانسمیتر، نکات زیر را در نظر بگیرید:

• قبل از شروع کار، مطمئن شوید که برق دستگاه قطع است.
• سیم ها را با دقت وصل کنید تا از اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• در صورت وجود نشتی برق، از لمس سیم ها خودداری کنید.
• سیم ها را به دور از منابع گرما و رطوبت قرار دهید.
• از تجهیزات ایمنی مناسب مانند دستکش استفاده کنید.

PT100 یک سنسور دمای مقاومتی است و از یک عنصر مقاومتی ساخته شده است که مقاومت آن با تغییر دما تغییر می کند. ترانسمیتر ها دستگاه هایی هستند که سیگنال های خروجی از سنسور های دما را به سیگنال های قابل استفاده برای کنترلر های دما تبدیل می کنند.

اندازه گیری دما

سنسور PT100 یکی از سنسورهای پرکاربرد در صنعت است که برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌شود. این سنسور قادر است رنج دمایی بین ۲۰۰- تا ۸۴۰+ را اندازه‌گیری کند. عملکرد این سنسور بر اساس تغییر مقاومت آن با تغییر دما است.

در دمای صفر درجه، مقاومت سنسور PT100 برابر با 100 اهم است و با افزایش هر درجه دما، 0.385 اهم به مقاومت سنسور افزوده می‌شود. این سنسور به صورت دو، سه و چهار سیمه ساخته می‌شود، که هر کدام از این نوع‌ها استفاده‌های خاص خود را در صنعت دارند.

بیشتر بخوانید: سنسور NTC مخفف negative temperature coefficient (ضریب دمای منفی) است. این سنسورها توسط یک طراح و سازنده پیشرو تولید می‌شوند و شامل پروب‌ها و مجامع با دقت بالا می‌باشند. برای آشنایی بیشتر با این وسیله، بلاگ “سنسور NTC چیست؟” را مطالعه کنید.

اندازه گیری دما با PT100 دو سیمه

برای اندازه گیری دما با استفاده از PT100، می‌توان از پل‌های مقاومتی استفاده کرد. در این روش، دو سیم به صورت متقاطع به یکدیگر متصل می‌شوند. زمانی که پل در حالت تعادل قرار دارد، ولتاژ E برابر با صفر خواهد بود. در این حالت، با تغییر دما، مقاومت PT100 نیز تغییر می‌کند و این تغییر مقاومت باعث تغییر ولتاژ E می‌شود. با اندازه گیری ولتاژ E، می‌توان دما را تعیین کرد.

استفاده از PT100 دو سیمه در سیستم‌های ارتباطی، می‌تواند به صرفه جویی در مصرف سیم‌های ارتباطی منجر شود. با این حال، یک چالش موجود است که اغلب فاصله زیادی بین محل نصب PT100 و تجهیزات مانیتورینگ این سنسور وجود دارد.

در این حالت، مقاومت سیم‌های ارتباطی (RL1 و RL2) با مقدار اندازه گیری شده جمع می‌شود و این می‌تواند باعث افزایش خطا در اندازه گیری شود. بنابراین، بررسی و مدیریت دقیق این فاصله و تاثیر آن بر دقت اندازه گیری بسیار مهم است.

اندازه گیری دما با PT100 سه سیمه

در اتصال PT100 دو سیمه، یکی از عیب‌هایی که ممکن است به وجود آید، خطای بالا در نتیجه مقاومت سیم‌های رابط است، اما با استفاده از اتصال سه سیمه PT100، می‌توان به طور قابل توجهی این خطای مقاومت سیم‌های رابط را در اندازه‌گیری خنثی کرد.

در واقع، اتصال مقاومت Rwair1 توسط Rwair3 جبران می‌شود؛ بنابراین، PT100 سه سیمه بیشترین کاربرد را در صنایع دارد. در حالت تعادل، ولتاژ E برابر با صفر است، به این معنی که جریان برق در سیم‌ها بدون مقاومت و مانعی عبور می‌کند.

اندازه گیری دما با PT100 چهار سیمه

اتصال چهار سیمه به عنوان یک روش دقیق برای اندازه گیری استفاده می‌شود، اما نیاز به منبع جریان ثابت و هزینه بالای سیم‌های رابط دارد. در صورت استفاده از اتصال PT100 های سه و چهار سیمه، باید توجه داشت که سیم‌های رابط باید همگن باشند. در غیر این صورت، اگر مقاومت سیم‌ها با هم تفاوت داشته باشد، خطا در اندازه گیری ایجاد می‌شود.

بیشتر بخوانید: در سنسور PT100 برخلاف ترموکوپل ها، سه تا پایه داریم، که دوتا پایه مشترک و یک پایه تکی می باشد. در صورت درست بودن سنسور دما صنعتی، هر دوتا پایه مشترک با همدیگر صدای بیزر یا بازر (Buzzer) را در می آرورند و به یکدیگر راه می دهند. در غیر این صورت، هر پایه مشترک با پایه تک، عدد 109 رو در مولتی متر نمایش می دهد. بلاگ “تست سلامت سنسور pt100” را مطالعه کنید و بیشتر با این وسیله کاربردی آشنا شوید.

اندازه گیری با PT100 چه مزایایی دارد؟

PT100 سنسوری است که در صنایع مختلف برای اندازه گیری دما استفاده می‌شود. همینطور مزایای بسیاری دارد که آن را به گزینه‌ی محبوبی برای این منظور تبدیل کرده است. این سنسور عملکرد خطی در کل رنج اندازه گیری دارد و دقت و حساسیت بالایی دارد که حتی بالاتر از ترموکوپل است.

علاوه بر این، امکان استفاده از سیم‌های رابط معمولی و رنج اندازه گیری نسبتا خوب (از ۲۰۰ تا ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد) نیز از دیگر مزایای آن است. PT100 همچنین پایداری بالا در دماهای بالا را داراست و سرعت پاسخ بالایی نسبت به تغییرات دما دارد. به علاوه، تشعشعات رادیواکتیو (بتا و گاما) بر روی مقادیر اندازه گیری تأثیری ندارند که این نیز یک مزیت اضافه است.

اندازه گیری با PT100 چه معایبی دارد؟

پی تی 100 ها با وجود مزایای بسیاری که دارند، معایبی نیز دارند. یکی از این معایب، خطای خود گرمایی است که در اثر عبور جریان در سیم‌های PT100 به وجود می‌آید. همچنین، این حسگرها برای دماهای بالاتر از ۸۵۰ سانتی‌گراد قابل استفاده نیستند. قیمت PT100 ها نیز نسبتا بالا است و بیشتر از ترموکوپل‌ها است. همچنین، در صورت قطع شدن یکی از سیم‌های PT100 در دمای بسیار بالا، عملکرد حسگر تحت تاثیر قرار می‌گیرد.