3 線式接続方法: 配線抵抗による温度干渉を賢く排除する方法

温度測定は工業用プロセス制御において非常に重要です。測温抵抗体 (RTD) は、その安定性と高精度により広く使用されています。しかし、見落とされがちな問題は、接続ワイヤの抵抗が周囲温度によって変化し、測定誤差につながることです。 3 線式接続方法は、この問題を解決するための賢い解決策です。-

ワイヤ抵抗が温度測定精度に影響を与えるのはなぜですか?

通常、RTD センサーは現場に設置され、表示計器または制御デバイスは制御室に設置されるため、それらの間には距離が生じます。接続線には抵抗があるだけでなく、この抵抗は周囲温度によっても変化します。

たとえば、一般的に使用される Pt100 プラチナ RTD の温度感度は約 0.38 Ω/度ですが、ワイヤの抵抗率は約 0.1 ～ 0.5 Ω/m です。ワイヤが長い場合、周囲温度の変化によって引き起こされる抵抗変化が RTD の信号を完全に「圧倒」し、測定結果が著しく歪む可能性があります。

3 線式接続の仕組み-

3 線式接続方法では、2 本のリード線を RTD 検知素子の一端に接続し、1 本のリード線をもう一方の端に接続することでこれを実現します。-この配線方法は通常、リード抵抗の影響を効果的に排除するためにブリッジ回路と組み合わせて使用​​されます。

具体的な配線方法は以下の通りです。 3 本の配線のうち 1 本をブリッジ回路の電源端子に接続し、残りの 2 本を測温抵抗体を含むアームとその隣接アームにそれぞれ接続します。こうすることで、周囲温度の変化によりワイヤ抵抗が変化した場合、それらが部分的に打ち消し合うため、機器の読み取り値への影響が軽減されます。

3 線式システムではなぜリード抵抗の影響を排除できるのですか?{0}}基本的な原理は、2 つの隣接するアーム内のワイヤの抵抗変化が互いに打ち消し合うことです。周囲温度が変化すると、2 本のワイヤの抵抗が同期して変化しますが、これらのワイヤはブリッジの 2 つの隣接するアームに配置されているため、ブリッジ出力に対する影響は逆になり、補償効果が得られます。

3 線式接続の制限-

3 線式接続では 2 線式システムに比べて測定精度が大幅に向上しますが、欠点がないわけではありません。-不平衡ブリッジ回路の場合、3 線接続は計測器のスケールの開始時にのみ完全な補償を達成します。-フルスケールでは、さらに一定の誤差がまだあります。

さらに、電源リード線の温度誤差も考慮する必要があります。{0}RTD を電源に接続するワイヤに電流が流れると、電圧降下が発生します。周囲温度が変化すると、ブリッジの上部と下部の分岐の電圧も変化し、追加の温度誤差が生じます。

より高度なソリューション

より高い精度が必要な用途には、業界では他の方法が使用されています。

4 線式接続: 2 本のリード線が RTD の抵抗線の各端に接続されています。 2 本のリード線が定電流源に接続されており、既知の電流が RTD に流れることができます。他の 2 本のリードは、RTD の両端の電圧降下を測定デバイスに導きます。温度測定に対するリード抵抗の影響を完全に排除し、主に精密温度測定に使用されます。

定分圧器 3 線式システム: これは改良された 3 線式測定方法です。- 2 つの電圧値を測定することで RTD の実際の抵抗を計算し、理論的にはワイヤ抵抗の影響を排除します。実験によると、この方法では最大相対誤差を ±0.1% に低減でき、従来の 3 線平衡ブリッジ法の 2.57% よりもはるかに優れています。{6}}

実際のアプリケーションでのトラブルシューティング

実際のアプリケーションでは、3 線式 RTD でさまざまな障害が発生する可能性があります。{0}以下に、一般的な問題と解決策をいくつか示します。

**激しい温度変動:** これは通常、接触不良が原因で発生します。すべての端子に緩みや接続線の断続がないか確認してください。

**温度読み取り値がゼロ:** マルチメーターを使用して RTD の抵抗を測定します。正常な場合は、モジュールまたはケーブルに問題がある可能性があります。

**温度測定値が高すぎる:** これは、端子の接触不良または配線の緩みにより抵抗が増加したことが原因である可能性があります。配線を確認して締め、酸化層を取り除きます。

**温度測定値が低すぎます:** これは、3 線式システムの C{0}} 線の短絡または抵抗の増加が原因である可能性があります。-

結論

3 線接続方式は、賢明な回路設計により、RTD の温度測定に対する配線抵抗の影響を効果的に排除し、工業用プロセス制御で最も一般的に使用される配線方式となっています。-完璧ではありませんが、ほとんどの産業用途における測定精度要件を満たしています。より高精度のアプリケーションの場合は、4 線式または改良された 3 線式測定方法を検討できます。{3}