Схема подключения датчика температуры: 2-, 3- и 4-проводная

Термопреобразователь сопротивления (Pt100, Pt1000, 100М) измеряет температуру по сопротивлению чувствительного элемента. Но вместе с сопротивлением датчика прибор «видит» и сопротивление соединительных проводов — а оно добавляет погрешность. Чтобы её убрать, датчик подключают по одной из трёх схем: 2-, 3- или 4-проводной. От выбора схемы напрямую зависит точность измерения. Разберём, чем они отличаются, сколько проводов нужно и какую схему выбрать под вашу задачу.

Почему схема подключения влияет на точность

Чувствительный элемент термосопротивления — это резистор, сопротивление которого растёт с температурой. У Pt100 оно равно 100 Ом при 0 °C и меняется примерно на 0,385 Ом на каждый градус. Прибор измеряет полное сопротивление цепи и пересчитывает его в температуру. Если в это сопротивление попадают ещё и провода линии, прибор посчитает их за «лишние» омы и завысит температуру. Для Pt100 даже 1 Ом паразитного сопротивления проводов даёт ошибку около 2,6 °C — поэтому длинные линии без компенсации недопустимы. Как устроен сам элемент и чем Pt100 отличается от Pt1000, разобрано в статье про Pt100 или Pt1000.

2-проводная схема

Самая простая и дешёвая: к датчику идут всего два провода. Но их сопротивление целиком прибавляется к сопротивлению элемента, и прибор не может его отделить. Чем длиннее и тоньше линия, тем больше систематическая ошибка. 2-проводную схему применяют только там, где провода короткие (до 2–3 м), а требования к точности невысоки, либо с датчиками Pt1000 — у них номинал в 10 раз выше, поэтому влияние проводов в 10 раз меньше. Для точных измерений 2 провода не подходят.

3-проводная схема

Самая распространённая в промышленности. К датчику подводят три провода: прибор измеряет сопротивление по двум из них и отдельно — сопротивление третьего, а затем вычитает его. Схема исходит из того, что все три провода одинаковы по длине, сечению и материалу, поэтому их сопротивление почти полностью компенсируется. Погрешность от линии снижается в десятки раз по сравнению с 2-проводной. Это оптимальный баланс точности и цены, поэтому промышленные Pt100 по умолчанию выпускают именно трёхпроводными.

4-проводная схема

Самая точная. По двум проводам через датчик пропускают стабильный измерительный ток, а два других провода измеряют напряжение непосредственно на элементе. Ток в измерительной паре практически не течёт, поэтому сопротивление проводов вообще не влияет на результат — компенсация полная и не зависит от того, одинаковы провода или нет. 4-проводную схему применяют в лабораториях, на эталонах и там, где нужна максимальная точность. Минус — дороже кабель и четыре клеммы на канал.

Сравнение схем подключения

Какую схему выбрать

• 2 провода — если линия короткая (до 2–3 м) и точность не принципиальна, или если датчик Pt1000.
• 3 провода — для абсолютного большинства промышленных задач: щиты автоматики, трубопроводы, ёмкости, печи. Берите по умолчанию, если нет особых требований.
• 4 провода — для метрологии, калибровки и измерений, где важна каждая десятая градуса.

Схема подключения задаётся при заказе датчика и определяет тип клеммной головки. Как устроена коммутация и сколько клемм нужно под каждую схему, описано в статье про клеммную головку датчика. Если датчик работает в токовой петле 4–20 мА, число проводов линии определяется уже преобразователем — об этом в материале про датчик 4–20 мА.

Как определить распиновку датчика

Если маркировка проводов неясна, схему определяют мультиметром. У 3-проводного Pt100 два провода идут к одному концу элемента и между собой показывают около 0 Ом, а до третьего — примерно 100 Ом (при комнатной температуре). У 4-проводного датчика провода разбиты на две пары, внутри каждой пары сопротивление близко к нулю. По стандарту IEC 60751 часто используют два красных провода (общий конец) и один белый, но перед монтажом распиновку лучше проверить замером. Подробно про прозвонку — в статье о том, как проверить датчик мультиметром.

Частые ошибки при подключении

• Ставят 2-проводную схему на длинную линию — показания завышены на несколько градусов.
• Для 3-проводной схемы берут провода разной длины или сечения — компенсация перестаёт работать.
• Настраивают прибор на 4-проводную схему, а подключают 3 провода (или наоборот) — крупная ошибка.
• Экономят на сечении жил в длинной линии — растёт сопротивление и погрешность.

Часто задаваемые вопросы

Какая схема подключения самая точная?

4-проводная. Сопротивление соединительных проводов в ней не влияет на результат вообще, поэтому её используют для эталонных и прецизионных измерений.

Чем 3-проводная схема лучше 2-проводной?

Она компенсирует сопротивление линии: прибор отдельно измеряет сопротивление провода и вычитает его. Погрешность от кабеля снижается в десятки раз при тех же проводах.

Можно ли подключить 3-проводный датчик по 2 проводам?

Технически да, если соединить два провода вместе, но тогда теряется компенсация линии и точность падает. Лучше настроить прибор на штатную для датчика схему.

Нужна ли компенсация для Pt1000?

Влияние проводов у Pt1000 в 10 раз меньше, чем у Pt100, поэтому на коротких линиях допустима 2-проводная схема. На длинных линиях 3 провода всё равно предпочтительнее.

Сколько клемм нужно под каждую схему?

Две — для 2-проводной, три — для 3-проводной, четыре — для 4-проводной. Это нужно учитывать при выборе клеммной головки датчика.

Читайте также: как подобрать монтажную длину и глубину погружения датчика.

Подбор и подключение датчиков температуры — Алматы и Казахстан

NODE Company поможет подобрать термопреобразователь под нужную схему подключения — 2-, 3- или 4-проводную, подскажет по типу клеммной головки и длине линии и отправит датчики со склада в Алматы и по Казахстану. Заявка — в разделе датчики температуры или через контакты.