Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây có ưu điểm hơn so với loại 2 dây do cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây cho độ chính xác cao hơn

Hình 1. Hình ảnh bên ngoài cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây

Dây dẫn cảm biến nhiệt độ thường là dây cáp nhiều sợi, cách điện được gắn vào dây dẫn chạy qua vỏ bọc cảm biến nối thành phần cảm biến với dây dẫn. Chiều dài của các dây dẫn này thay đổi theo nhà cung cấp và yêu cầu của người dùng.

Các dây dẫn này được niêm phong ở phần cuối của vỏ cảm biến và được sử dụng để kết nối cảm biến với một khối thiết bị đầu cuối, như bộ chuyển đổi hoặc thiết bị đầu cuối khác. Xem hình 2.

Hình 2. Niêm phong phần cuối vỏ cảm biến

Dây dẫn cảm biến là một phần của mạch RTD. Do đó điện trở dây dẫn cần phải được bù cho để đạt được độ chính xác tốt nhất. Điều này trở nên đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng sử dụng cảm biến có dây dẫn dài. Có ba cấu hình dây dẫn cảm biến thường có sẵn: 2 dây, 3 dây và 4 dây.

1. Cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây

Trong cấu hình 2 dây, không có bù đối với điện trở dây dẫn nên dây dẫn nối với bộ chuyển đổi như một phần của điện trở cảm biến gây ra sự xuống cấp chính xác. Do đó có ít ứng dụng lựa chọn cảm biến hai dây. Điện trở phép đo trong cấu hình 2 dây: R_đo = R_L1 + R_Pt100 + R_L2.

Hình 3. Sơ đồ cảm biến nhiệt độ Pt100 2 dây

2. Cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây

Trong cấu hình 3 dây, bù được thực hiện bằng cách sử dụng dây thứ ba với giả định rằng nó sẽ có điện trở giống như hai dây khác và bù tương tự được áp dụng cho cả ba dây.

Hình 4. Sơ đồ cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây

Hình 4 cho thấy phương trình của sự bù đắp này:

V_đo = V₁ – V₂ = V_Pt100 (nếu R_L1 = R_L3)

R_đo = R_L1 + R_Pt100 – R_L3 = R_Pt100 (nếu R_L1 = R_L3)

Tuy nhiên, trong thế giới thực, luôn có sự khác biệt giữa L1 và L3 do dây chuyền sản xuất không đều, độ dài không đều, kết nối lỏng lẻo, làm việc cứng từ uốn cong và ăn mòn thiết bị đầu cuối.

Hình 5. Hình ảnh đầu dây dẫn cảm biến nhiệt độ Pt100 3 dây

Vì một RTD Platin 100 Ω thay đổi 0.39 Ω mỗi độ C, nên mỗi ohm điện trở sai số sẽ tạo ra sai số 2.5 °C (1 ÷ 0.39). Sai số này có thể sẽ thay đổi đột ngột và không lường trước được theo thời gian do sự ăn mòn tăng, nhiệt độ và độ ẩm thay đổi,… Tham khảo hình 6.

Hình 6. Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ

3. Cảm biến nhiệt độ Pt100 4 dây

Cấu hình 4 dây là lý tưởng vì điện trở dây dẫn không quan trọng đối với phép đo. Nó sử dụng kỹ thuật đo lường là cung cấp một dòng điện không đổi rất nhỏ khoảng 150 micro amps qua hai đầu cảm biến và điện áp cảm biến được đo trên hai dây khác bằng vôn kế có trở kháng cao và độ phân giải cao. Theo định luật Ohm, trở kháng cao hầu như loại bỏ dòng điện trong phép đo điện áp và do đó không phụ thuộc điện trở dây dẫn. Điện trở phép đo R_đo = R_Pt100. Xem hình 7.

Hình 7. Sơ đồ cảm biến nhiệt độ Pt100 4 dây

Đầu dò nhiệt độ Pt100 4 dây lý tưởng được sản xuất với giá thành cao thì không cần thiết. Cấu hình 4 dây chỉ thích hợp cho các ứng dụng có độ chính xác gần như tuyệt đối. Trong khi Pt100 3 dây có chi phí sản xuất thấp hơn Pt100 4 dây, có độ chính xác cao đã đủ đáp ứng cho hầu hết các các ứng dụng