Cảm biến nhiệt Pt100: Chọn đấu 2 dây, 3 dây hay 4 dây?

Cảm biến nhiệt là thiết bị quan trọng trong các hệ thống đo kiểm và điều khiển nhiệt độ công nghiệp. Trong bài viết này, chúng tôi tập trung phân tích ảnh hưởng của từng kiểu đấu nối cảm biến nhiệt độ đối với sai số phép đo.

Pt100, Pt1000 và NTC: Sự khác biệt trong cách đấu nối cảm biến nhiệt độ điện trở

Nhiệt kế điện trở hoạt động bằng cách thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Hiện tượng vật lý này cho phép đo nhiệt độ của một quá trình thông qua phần tử Pt100. Điện trở sẽ được xác định bởi thiết bị điện tử (ví dụ: bộ chuyển đổi nhiệt độ) bằng cách cấp dòng điện không đổi và đo độ sụt áp. Theo định luật Ohm (R = U/I), giá trị điện trở [R] và điện áp [U] tỷ lệ thuận với nhau khi dòng điện [I] không đổi. Có ba phương pháp đấu nối cảm biến nhiệt độ Pt100 với bộ chuyển đổi: đấu 2 dây, 3 dây và 4 dây.

• Từng phương pháp mang lại mức độ sai số khác nhau, ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả đo.

Pt100 với đấu nối 2 dây

Ở kiểu đấu 2 dây, điện trở của dây dẫn sẽ cộng thêm vào điện trở đo được và gây sai số. Với dây đồng tiết diện 0,22 mm², ta có giá trị tham chiếu: 0,162 Ω/m → Gây sai số khoảng 0,42 °C/m đối với cảm biến nhiệt Pt100. Với Pt1000, ảnh hưởng từ dây dẫn chỉ vào khoảng 0,04 °C/m – nhỏ hơn gấp 10 lần so với điện trở cơ bản, do đó độ sai lệch nhỏ hơn đáng kể. Khi sử dụng phần tử đo NTC (ví dụ R25 = 10k), điện trở dây dẫn lại càng không đáng kể so với điện trở cơ bản R25. Tuy nhiên, do đặc tính tuyến tính giảm dần của NTC, ảnh hưởng của dây dẫn tăng lên không tuyến tính khi nhiệt độ cao.

Hình 1. Pt100 với đấu nối 2 dây

• Tuy phương pháp 2 dây đơn giản nhưng dễ bị sai lệch trong các ứng dụng cần độ chính xác cao.

Pt100 với đấu nối 3 dây

Kiểu đấu 3 dây giúp bù được ảnh hưởng của điện trở dây dẫn ở mức tối đa. Điều kiện là điện trở của các dây dẫn phải tương đương nhau – điều này thường được đảm bảo trong đấu nối 3 dây. Độ dài tối đa của dây dẫn phụ thuộc vào tiết diện dây và khả năng bù sai số của thiết bị xử lý tín hiệu (bộ chuyển đổi, bộ hiển thị, bộ điều khiển hoặc hệ thống điều khiển quá trình). Kiểu đấu 3 dây phù hợp với đa số ứng dụng sử dụng cảm biến nhiệt loại Pt100 hoặc Pt1000, giúp tăng độ tin cậy của phép đo. Trong nhiều hệ thống điều khiển tự động, đấu nối cảm biến nhiệt độ theo cấu trúc 3 dây là tiêu chuẩn phổ biến vì đảm bảo độ ổn định lâu dài.

Hình 2. Pt100 với đấu nối 3 dây

• Phương pháp 3 dây tạo nên sự cân bằng giữa chi phí, hiệu suất và tính ứng dụng thực tế.

Pt100 với đấu nối 4 dây

Đấu nối 4 dây giúp loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của điện trở dây dẫn lên kết quả đo. Cách đấu này cho phép bù cả những bất đối xứng có thể có trong điện trở dây dẫn, từ đó đảm bảo kết quả đo đạt độ chính xác tối ưu. Với các hệ thống điều khiển có yêu cầu nghiêm ngặt, đấu nối cảm biến nhiệt độ 4 dây là lựa chọn đáng tin cậy. Giải pháp này đặc biệt hữu ích khi chiều dài dây dẫn lớn hoặc khi sử dụng nhiều cảm biến nhiệt trong cùng một khu vực công nghệ.

Hình 3. Pt100 với đấu nối 4 dây

• Đối với các ngành công nghiệp cần độ chính xác tuyệt đối, đấu nối 4 dây là cấu hình lý tưởng nhất.

Kết luận

Việc lựa chọn đúng kiểu đấu nối sẽ giúp đảm bảo độ chính xác cho thiết bị cảm biến nhiệt trong quá trình đo đạc. Đặc biệt, các kiểu đấu 3 dây và 4 dây có vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu sai số dây dẫn. Trong thực tế, cần cân nhắc giữa chi phí triển khai và yêu cầu chính xác của hệ thống. Để tối ưu hiệu quả, người dùng nên chọn giải pháp đấu nối cảm biến nhiệt độ phù hợp với ứng dụng cụ thể và loại nhiệt kế điện trở đang sử dụng.

Nguồn: Theo Blog Wika