Підключення, діагностика, перевірка (прозвон) датчиків температури опору Pt100, Pt1000, 50М, 100М та інші

1. Основні схеми підключення датчиків температури опору представлені на рис.1-3.
2. Для чого застосовуються різні схеми підключення датчиків температури опору?
3. Прозвонка (перевірка) датчиків температури опору:

Підключення, діагностика, перевірка (прозвон) датчиків температури опору Pt100, Pt1000, 50М, 100М та інші

В даному розділі ми вирішили пояснити, як правильно підключаються датчики температури опору, чим відрізняються різні схеми підключення, як перевірити датчик температури, що робити якщо схема підключення і датчик який є в наявності не збігається.

Основні схеми підключення датчиків температури опору представлені на рис.1-3.

Як видно з малюнків 1-3 датчик представляє з себе якийсь термоелемент, опір якого змінюється в залежності від його власної температури. До термоелемента в залежності від схеми підключення можуть бути підпаяні 2 дроти (рис.1), три дроти (рис.2), чотири дроти (рис.3).

Для чого застосовуються різні схеми підключення датчиків температури опору?

Справа в тому, що вимірюється параметром при застосуванні таких датчиків є опір датчика, однак дроти мають власний опір і внсят тим самим певну похибку.

Наприклад, якщо датчик температури Pt100 при нулі градусів Цельсія (опір 100 Ом) підключений по двох провідній схемі мідним дротом перетином 0,12 мм2, довжина кабелю 3 м, то два дроти в сумі дадуть опір близько 0,5 Ом в результаті набігає похибка - датчик дає сумарний опір 100,5 Ом, що відповідає температурі приблизно 101,2 градуса.

Цю похибку можна скорегувати приладом (якщо прилад це дозволяє), ввівши коригування на 1,2 градуса. Однак таке коригування не може повністю компенсувати опір проводів датчика. Це пов'язано з тим, що мідні дроти є самі по собі термосопротивлений, тобто опір проводів так само змінюється від темепратури. Причому в разі наприклад з нагрівається камерою частина проводів, яка знаходиться разом з датчиком нагрівається і змінює опір, а частина за межами камери змінюється зі зміною температури в кімнаті.

У разі розгляду вище при опорі проводів 0,5 ома при нагріванні на кожні 250 градусів опір проводів може змінитися практично вдвічі. Давши додатково 1,2 градуса Цельсія похибка.

Для виключення впливу опору проводів застосовують трьохпровідний схему підключення датчика температури. При такій схемі підключення прилад вимірює сумарний опір датчика з проводами і опір двох проводів (або одного проводу і примножує його на 2) і віднімає опір проводів з сумарного, виділяючи тим самим чисте опір датчика. Така схема підключення дозволяє отримувати досить високу точність при значних впливах опорів проводів на тчоность вимірювання. Однак дана схема не враховує, що дроти через похибок виготовлення можуть володіти різним опором (в слідстві неоднорідності матеріалу, зміни перетину по довжині і ін.) Такі похибки вводять менші відхилення у видимій температурі ніж при двох провідній схемі, проте при великих довжинах проводів можуть бути істотні. У таких випадках може знадобитися застосування чотирьох провідної схеми підключення, в якій прилад вимірює безпосередньо опір датчика без урахування сполучних проводів.

У яких випадках можна застосовувати двох дротову схему підключення:

1. Діапазон вимірювання не великий (наприклад 0 ... 40 градусів) і потрібно невисока точність (наприклад 1 градус)

2. Сполучні дроти мають велике перетин і довжина їх не велика, тобто опір проводів мало в порівнянні з опором датчика і не вносить істотної похибки. Наприклад сумарний опір 2 проводів 0,1 ом, а опір датчика змінюється на 0,5 Ома на градус, необхідна точно 0,5 градуса, таким чином опір проводів вносить похибка менше, ніж допустима похибка.

Трипровідна схема підключення датчиків температури опору:

Найбільш розповсюдженний схема підключення, застосовувана для вимірювань на видаленні датчика від 3 до 100 м, що дозволяє в діапазоні до 300 градусів мати похибку близько 0,5%, тобто 0,5 С на 100 С.

Чотирьох дротова схема підключення:

Застосовується як правило для прецизійних вимірювань з точністю 0,1 С і вище.

Прозвонка (перевірка) датчиків температури опору:

Для прозвонки датчиків температури потрібно звичайний тестер показує опір, для датчиків з опором при нулі градусів до 100 ом включно потімальний діапазон виміру тестера до 200 Ом.

Прозвонку можна виробляти при кімнатній температурі, або при іншій заздалегідь відомої температурі вхідної в робочу зону датчика (наприклад помістивши датчик в посудину з водо-крижаний сумішшю 0 градусів або киплячий чайник приблизно, з поправкою на тиск, 100 градусів).

При прозвонке визначається, які дроти з'єднані між собою накоротко біля датчика, опір між такими проводами як правило істотно менше ніж опір датчика (це опір між висновками 1,3 і 2,4). Опір між такими висновками для стандартних датчиків становить від 0 до 5 Ом, в залежності від перетину і довжини сполучних проводів. Знайшовши дроти з таким значенням опору ми однозначно можемо визначити які висновки куди підключати. При трехпроводной схемою висновки 1 і 3 рівнозначні тобто якщо їх підключити навпаки на вимір це ніяк не вплине. При чьотирьох схемою пари проводів 1,3 і 2,4 між собою рівнозначні, і всередині пари між собою дроти теж рівнозначні, тобто перший з третім можна переставляти між собою, і другий з четвертим можна переставляти, та цілком пару 1,3 можна переставити з парою 2,4 на результати вимірювань це не вплине.

Крім цього перевіряється, що датчик робочий, тобто видає то опір яке повинен при даній температурі (вимір між висновками 1 і 2).

Таблицю значень опорів для основних типів датчиків при різних температурах можна подивитися тут .

Крім цього потрібно переконатися, що датчик не замикає на корпус термопреобразователя, продзвонивши на мегаомном діапазоні (20 ... 200 МОм) опір між проводами і корпусом датчика, при цьому руками торкатися контактів корпусу, проводів і щупів не можна. Якщо на мегаомах тестер показує не нескінченне опір, то швидше за все в корпус датчика потрапив жир або волога, такий датчик може працювати деякий час, але точність показань буде знижуватися, показання можуть плавати.

Яким чином можна підключити датчик температури опору якщо його схема підключення не збігається зі схемою на приладі?

Розглянемо різні варіанти:

1. в наявності є двопровідний датчик температури

Відповідно якщо підключити потрібно до приладу з трехпроводной або чьотирьох схемою, то можна встановити відповідно одну або дві перемички на контактах приладу, в місцях, де підключаються короткозамкнені дроти. На малюнках 4 і 5 це позначено перемичками на контактах 1,3 і 2,4.

Безсумнівно таке підключення призведе до похибки вимірювання, і якщо прилад не дозволяє її компенсувати, то можна в необхідному діапазоні вимірювання визначити похибка показань використовуючи зразковий термометр і розрахувати коригування, яку потрібно додавати до показань. Це дозволить тимчасово вирішити проблему і не зупиняти технологічний процес.

2. в наявності є трьохпровідний датчик температури

Якщо підключати такий датчик по двухпроводной схемі рекомендується з'єднати два короткозамкнутих у датчика дроти разом, для зменшення споротівленія сполучних проводів (так само можна один з короткозамкнутих проводів ізолювати і не підключати або відкусити кусачками). Датчик буде працювати в двухпроводной схемі не вносячи ніякої додаткової похибки.