Pt100 in 2-, 3- of 4-draadsaansluiting?

Pt100, Pt1000 en NTC zijn de meest gebruikte meetelementen in weerstandsthermometers. Ik zou deze blog willen gebruiken om dieper in te gaan op de kwestie van de verbindingstypen.

Weerstandsthermometers veranderen hun elektrische weerstand als functie van de temperatuur. Dit fysieke effect maakt het mogelijk om de temperatuur van een proces met een Pt100 te meten. De weerstand wordt bepaald door elektronica (bijv. temperatuurtransmitter) door gebruik te maken van een constante stroom en spanningsval te meten. Volgens de wet van Ohm (R = U/I) zijn de weerstand [R] en spanning [U] evenredig met elkaar bij een constante stroom [I]. Er zijn drie mogelijkheden om de Pt100 op de transmitter aan te sluiten: in een 2-, 3- of 4-draadsaansluiting.

Fig.: Pt100 in 2-draads aansluiting

Pt100 in 2-draadsaansluiting

Bij een 2-draadsaansluiting wordt de weerstand van de kabels als een fout in de meting toegevoegd. Voor een koperen kabel met een doorsnede van 0,22 mm2 geldt de volgende richtwaarde: 0,162 Ω/m  0,42 °C/m voor Pt100. Bij een uitvoering met Pt1000 is de invloed van de toevoerleiding (bij 0,04 °C/m) ten opzichte van de basisweerstand met een factor 10 kleiner. Bij een NTC-meetelement (bijv. R25 = 10 k) wordt de loodweerstand ten opzichte van de basisweerstand R25 nog minder belangrijk. Door de hellingskarakteristiek van de NTC neemt de invloed bij hogere temperaturen onevenredig toe.

Fig.: Pt100 in 3-draads aansluiting

Pt100 in 3-draadsaansluiting

De invloed van de kabelweerstand wordt zoveel mogelijk gecompenseerd door een 3-draadsaansluiting. Vereiste hiervoor is dat de draadweerstanden dezelfde zijn, zoals bij een 3-draadsaansluiting kan worden aangenomen. De maximale lengte van de aansluitkabel is afhankelijk van de aderdoorsnede en de compensatiemogelijkheden van de verwerkingselektronica (transmitter, display, regelaar of procesbesturing).

Fig.: Pt100 in 4-draads verbinding

Pt100 in 4-draadsaansluiting

De 4-draadsaansluiting elimineert de invloed van de aansluitkabel op het meetresultaat volledig, omdat eventuele asymmetrieën in de kabelweerstand van de aansluitkabel ook worden gecompenseerd.

Alternatieve maatregelen

2" /> Voorbeeld: Meetfout bij 150 °C, kabellengte 10 m, aderdoorsnede 0,22 mm²

Een andere mogelijkheid om de invloed van de bekabeling aanzienlijk te verminderen is het vergroten van de geleiderdoorsnede. Bij een doorsnede van 0,5 mm2 bedraagt de lijnweerstand slechts 0,036 Ω/m of 0,1 °C/m. Beide opties (3/4-draadsaansluiting of vergroting van de doorsnede) leiden tot hogere kosten in de bekabeling, wat vooral in kostengevoelige markten zoals de machinebouw problematisch kan zijn. Als compromis tussen kosten en nauwkeurigheid kan voor kleinere kabellengtes een klasse A, 2-draads Pt1000 meetelement worden aangeboden.

Conclusie

• De hoogste meetnauwkeurigheid is alleen haalbaar met een Pt100 in een 4-draadsaansluiting.
• Een Pt1000 meetelement in klasse A biedt ook goede meetnauwkeurigheden in een 2-draadsaansluiting en is een economisch alternatief voor 3- of 4-draadsaansluitingen voor de machinebouw.

Opmerking
Meer informatie over weerstandsthermometers vindt u op onze website.

Bekijk ook de volgende video om meer te weten te komen over de verschillen tussen een Pt100 en een Pt1000 weerstandssensor: