วิธีเชื่อมต่อด้วยสายสาม-: วิธีกำจัดการรบกวนอุณหภูมิจากความต้านทานของสายไฟอย่างชาญฉลาด

การวัดอุณหภูมิมีความสำคัญอย่างยิ่งในการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน (RTD) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความเสถียรและมีความแม่นยำสูง อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่ถูกมองข้ามบ่อยครั้งคือความต้านทานของสายเชื่อมต่อเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิแวดล้อม ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด วิธีการเชื่อมต่อแบบสามสาย-เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ชาญฉลาดในการแก้ไขปัญหานี้

เหตุใดความต้านทานของสายไฟจึงส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิ

โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ RTD จะถูกติดตั้งในภาคสนาม ในขณะที่เครื่องมือแสดงผลหรืออุปกรณ์ควบคุมจะติดตั้งอยู่ในห้องควบคุม ทำให้เกิดระยะห่างระหว่างกัน สายเชื่อมต่อไม่เพียงแต่มีความต้านทานเท่านั้น แต่ความต้านทานนี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิแวดล้อมด้วย

ตัวอย่างเช่น Pt100 แพลทินัม RTD ที่ใช้กันทั่วไปมีความไวต่ออุณหภูมิประมาณ 0.38 Ω/ องศา ในขณะที่ความต้านทานของเส้นลวดอยู่ที่ประมาณ 0.1-0.5 Ω/m หากสายไฟยาว การเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบอาจ "เกิน" สัญญาณของ RTD โดยสิ้นเชิง ส่งผลให้ผลการวัดบิดเบี้ยวอย่างรุนแรง

การเชื่อมต่อแบบสามสาย-ทำงานอย่างไร

วิธีการเชื่อมต่อด้วยสายสาม-ทำให้บรรลุเป้าหมายนี้โดยการเชื่อมต่อลีดสองอันเข้ากับปลายด้านหนึ่งขององค์ประกอบการตรวจจับ RTD และลีดอีกอันหนึ่งเข้ากับปลายอีกด้านหนึ่ง โดยทั่วไปวิธีการเดินสายนี้ใช้ร่วมกับวงจรบริดจ์เพื่อกำจัดอิทธิพลของความต้านทานของตะกั่วได้อย่างมีประสิทธิภาพ

วิธีการเดินสายไฟเฉพาะมีดังต่อไปนี้: เชื่อมต่อสายไฟเส้นใดเส้นหนึ่งจากสามเส้นเข้ากับขั้วจ่ายไฟของวงจรบริดจ์ และเชื่อมต่ออีกสองเส้นเข้ากับแขนที่มี RTD และแขนที่อยู่ติดกันตามลำดับ ด้วยวิธีนี้ เมื่อความต้านทานของสายไฟเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ ความต้านทานของสายไฟจึงสามารถหักล้างซึ่งกันและกันได้บางส่วน ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อการอ่านค่าของเครื่องมือ

เหตุใดระบบสายไฟสาม-จึงสามารถกำจัดอิทธิพลของความต้านทานของตะกั่วได้ หลักการสำคัญคือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานของสายไฟในแขนสองข้างที่อยู่ติดกันจะหักล้างกัน เมื่ออุณหภูมิโดยรอบเปลี่ยนแปลง ความต้านทานของสายไฟทั้งสองเส้นจะเปลี่ยนพร้อมกัน แต่เนื่องจากสายไฟทั้งสองเส้นตั้งอยู่บนแขนสองข้างที่อยู่ติดกันของสะพาน ผลกระทบของสายไฟต่อเอาท์พุตของบริดจ์จึงตรงกันข้าม จึงทำให้เกิดผลการชดเชย

ข้อจำกัดของการเชื่อมต่อแบบสามสาย-

แม้ว่าการเชื่อมต่อแบบสามสาย-จะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัดได้อย่างมากเมื่อเทียบกับระบบแบบสองสาย- แต่ก็ไม่ได้ปราศจากข้อบกพร่อง สำหรับวงจรบริดจ์ที่ไม่สมดุล การเชื่อมต่อด้วยสายสาม-จะได้รับการชดเชยเต็มจำนวนที่จุดเริ่มต้นของสเกลเครื่องมือเท่านั้น เมื่อเต็มสเกลแล้ว ยังคงมีข้อผิดพลาดเพิ่มเติมอยู่บางประการ

นอกจากนี้ จะต้องพิจารณาข้อผิดพลาดด้านอุณหภูมิเพิ่มเติมของสายไฟของแหล่งจ่ายไฟด้วย-เมื่อกระแสไหลผ่านสายไฟที่เชื่อมต่อ RTD กับแหล่งจ่ายไฟ จะเกิดแรงดันไฟฟ้าตก เมื่ออุณหภูมิโดยรอบเปลี่ยนแปลง แรงดันไฟฟ้าในกิ่งด้านบนและด้านล่างของบริดจ์ก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย ทำให้เกิดข้อผิดพลาดด้านอุณหภูมิเพิ่มเติม

โซลูชั่นขั้นสูงเพิ่มเติม

สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูงขึ้น จะมีการใช้วิธีการอื่นในอุตสาหกรรม:

การเชื่อมต่อสายไฟสี่-: สายไฟสองเส้นเชื่อมต่อกับปลายแต่ละด้านของลวดต้านทานของ RTD สายวัดสองตัวเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสคงที่ เพื่อให้กระแสที่ทราบไหลผ่าน RTD อีกสองสายนำไปสู่แรงดันตกคร่อม RTD ไปยังอุปกรณ์วัด ซึ่งช่วยลดอิทธิพลของความต้านทานของสารตะกั่วต่อการวัดอุณหภูมิโดยสิ้นเชิง และส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวัดอุณหภูมิที่แม่นยำ

ระบบสายไฟสาม-ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคงที่: นี่เป็นวิธีการวัดสายสาม-ที่ได้รับการปรับปรุงใหม่ โดยจะคำนวณความต้านทานที่แท้จริงของ RTD โดยการวัดค่าแรงดันไฟฟ้าสองค่า ซึ่งในทางทฤษฎีจะกำจัดอิทธิพลของความต้านทานของสายไฟออกไป การทดลองแสดงให้เห็นว่าวิธีนี้สามารถลดข้อผิดพลาดสัมพัทธ์สูงสุดได้ถึง ±0.1% ซึ่งเหนือกว่าวิธีสะพานสมดุลแบบสามสาย-ที่ 2.57% มาก

การแก้ไขปัญหาในการใช้งานจริง

ในการใช้งานจริง RTD สามสาย-อาจพบข้อผิดพลาดต่างๆ ด้านล่างนี้คือปัญหาและวิธีแก้ปัญหาทั่วไปบางประการ:

**ความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรุนแรง:** มักเกิดจากการสัมผัสที่ไม่ดี ตรวจสอบขั้วต่อทั้งหมดเพื่อดูว่าสายเชื่อมต่อหลวมหรือขาดเป็นช่วงๆ หรือไม่

**การอ่านค่าอุณหภูมิเป็นศูนย์:** วัดความต้านทานของ RTD ด้วยมัลติมิเตอร์ หากเป็นปกติ ปัญหาอาจอยู่ที่โมดูลหรือสายเคเบิล

**การอ่านค่าอุณหภูมิสูงเกินไป:** อาจเนื่องมาจากหน้าสัมผัสขั้วต่อไม่ดีหรือสายไฟหลวมจนทำให้มีความต้านทานเพิ่มขึ้น ตรวจสอบและขันสายไฟให้แน่น และถอดชั้นออกไซด์ออก

**การอ่านค่าอุณหภูมิต่ำเกินไป:** สาเหตุอาจเกิดจากการลัดวงจรหรือความต้านทานที่เพิ่มขึ้นในสาย C- ของระบบสายสาม-

บทสรุป

วิธีการเชื่อมต่อสายไฟสาม-ด้วยการออกแบบวงจรที่ชาญฉลาด ช่วยลดอิทธิพลของความต้านทานของสายไฟต่อการวัดอุณหภูมิ RTD ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เป็นวิธีการเดินสายไฟที่ใช้กันมากที่สุดในการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม แม้ว่าจะไม่สมบูรณ์แบบ แต่ก็ตรงตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำในการวัดในการใช้งานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ สำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูงขึ้น สามารถพิจารณาวิธีการวัดเส้นลวดสี่-หรือสาม-เส้นลวดที่ปรับปรุงแล้วได้