Anschlusstechnik
2-, 3- oder 4-Leiter-Anschluss bei Widerständen
Beim Messen von Widerständen, speziell bei Pt-100-Sensoren, benutzt man, je nach Genauigkeitsansprüchen und Wirtschaftlichkeitsüberlegungen, die 2-, 3- oder 4-Leiter-Anschlusstechnik. Im Folgenden sollen die Vor- und Nachteile der einzelnen Anschlusstechniken dargelegt werden.
2-Leiter-Anschluss
Der offensichtliche Vorteil beim 2-Leiter-Anschluss liegt in der Einfachheit der Verdrahtung. Allerdings können leicht grössere Fehler entstehen: Bei einem Pt-100-Umformer bewirkt ein Zusatzwiderstand von einem Ohm (Leitungswiderstände, Übergangswiderstände Lötstellen, Stecker usw.) ein Fehler von 2.5 Grad. Dieser Fehler wirkt als Offset (Nullpunktverschiebung), im Prinzip kann er weggetrimmt werden. Es muss aber beachtet werden, dass besonders die Übergangswiderstände von Kontakten (Stecker, Schraubklemmen) sich ändern können (Temperatur, Alterung), aber auch die Leitungswiderstände (Kupfer) ändern sich mit ca. 0.4%/K. Diese Änderungen können zu erhelblichen Fehlern führen.
In der Praxis empfiehlt sich ein 2-Leiter-Anschluss nur dann, wenn die Genauigkeitsansprüche nicht hoch sind oder bei sehr kurzen Anschlüssen mit geringen Übergangswiderständen (z.B. gute Lötstellen). Bei der Montage eines Moduls im Anschlusskopf eines Messfühlers sind diese Bedingungen in der Regel gut erfüllt.
3-Leiter-Anschluss
Beim 3-Leiter-Anschluss misst eine Leitung (Fühlerleitung) die Leitungs- und Übergangswidestände, mittels einer geeigneten elektronischen Schaltung kann der Einfluss der zusätzlichen Widerstände weitgehend eliminiert werden. Allerdings gilt dies nur unter einer oft nicht beachteten Bedingung: Die Widerstände der drei Leitungen und der jeweiligen Übergangsstellen müssen genau übereinstimmen. Eine Differenz von nur 0.39 Ohm bewirkt bereits einen Fehler von 1 Grad (Pt-100). Auch bei einem entsprechenen (unwirtschaftlichen) Abgleich bleibt immer noch das Problem der Änderungen durch Temperatur und Alterung. In dieser Beziehung ist die 3-Leiter-Technik kaum besser als die 2-Leiter-Technik. Die Kompensation der Leitungswiderstände wird in der Regel durch unterschiedliche Verstärkung (+2, -1) des positiven und des negativen Signaleingangs erreicht. Durch diese Asymmetrie ist diese Anschlussart im übrigen deutlich empfindlicher auf Störspannungen (Thermospannungen, elektromagnetische Störungen) als 2- oder 4-Leiter-Anschlüsse.
In der Praxis ist eine 3-Leiter-Messung meist unstabiler als eine 2- oder 4-Leiter-Messung. Oft ist der gemessene Offset-Drift bei einer 3-Leiter-Messung zur Hauptsache auf die Thermospannungen beim Anschluss zurückzuführen.
4-Leiter-Anschluss
Bei dieser Anschlussart übernehmen 2 Leitungen die Zu- bzw. Ableitung des konstanten Messtroms. 2 weitere Leitungen (Fühlerleitungen) messen hochohmig den über dem Widerstandsfühler entstandenen Spannungsabfall. Der Einfluss der Leitungs- und Übergangswiderstände wird praktisch vollständig eliminiert (Fehler ca. 0.002-0.004%/Ohm). Diese Widerstände können auch völlig unterschiedliche Werte haben und zeitlichen Änderungen unterworfen sein. Auf das Ausgangssignal werden diese praktisch keinen Einfluss haben. Obwohl diese Anschussart einen etwas erhöhten Verdrahtungsaufwand bedingt, ist sie meist die Wirtschaftlichste, da in der Regel kein Abgleich notwendig ist.
Anschlussmöglichkeit der RTM-Module
Alle Soclair-Module für Pt-100 (oder Widerstände) sind sowohl für 3-, oder 2/4-Leiter-Anschlusstechnik erhältlich. Der 2-Leiter-Anschluss wird in der Regel mit einem 4-Leiter-Modul realisiert, die Kurzschlüsse müssen möglichst nahe beim Modul durchgeführt werden (siehe Figur).
Bei den programmierbaren Modulen (z.B. RTM 90) kann die Anschlussart (2/4-Leiter, 3-L) mit Hilfe der Mini-Schalter eingestellt werden.
Bei Modulen mit festen Messbereichen kann die Anschlussart nicht gewechselt werden (ausser 2-Leiter-Anschluss beim 4-Leiter-Modul).
2-, 3- oder 4-Leiter-Anschuss eines Widerstandes. Anschlusspunkt der Fühlerleitung (F) möglichst nahe am Widerstand.