Đo điện trở – Kết nối 2, 3 và 4 dây

Trong bài viết này, tôi sẽ giải thích cách thức hoạt động của thiết bị đo điện trở/RTD (Resistance Temperature Detector) và sự khác biệt giữa kết nối 2, 3 và 4 dây.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo điện trở

Trên thực tế, thiết bị đo điện trở không trực tiếp đo điện trở. Thay vào đó, nó gửi một dòng điện nhỏ, chính xác qua điện trở cần đo, sau đó đo độ sụt áp (voltage drop) trên điện trở đó. Với dòng điện và điện áp đã biết, định luật Ohm sẽ giải quyết phần còn lại: R = U / I.

Ví dụ: nếu có dòng 1 mA (0,001 A) đi qua điện trở và độ sụt áp là 0,100 V, thì điện trở là R = 0,100 V / 0,001 A = 100 ohm.

Dòng đo thường khoảng 1 mA. Dòng này gây ra hiệu ứng tự đốt nóng (self-heating) trong đầu dò RTD, do đó dòng đo cần được giữ ở mức thấp.

Kết nối 2 dây (2-wire)

Trong kết nối 2 dây, chỉ có hai dây dẫn được sử dụng. Tuy nhiên, trong thực tế tất cả dây dẫn và tiếp điểm đều có điện trở nhất định. Thiết bị đo sẽ đo tổng điện trở của cả “điện trở cần đo” cộng với tất cả điện trở của dây dẫn và tiếp điểm. Kết quả là sai số luôn luôn cao hơn giá trị thực. Sai số này có thể lên đến vài ohm — thậm chí vô hạn nếu kết nối kém.

Khuyến cáo: Nếu bạn muốn đo điện trở/RTD đáng tin cậy và chính xác, không bao giờ sử dụng kết nối 2 dây.

Kết nối 4 dây (4-wire) — Tối ưu nhất

Với kết nối 4 dây, chúng ta có các dây riêng biệt để cấp dòng đo và đo độ sụt áp. Dòng cố định vẫn được duy trì chính xác dù có điện trở trên dây dẫn. Các dây đo điện áp có trở kháng rất cao — hầu như không có dòng điện chạy qua — nên không gây sai số.

Kết nối 4 dây là cách đo điện trở/RTD chính xác nhất và được khuyến nghị.

Kết nối 3 dây (3-wire) — Giải pháp dung hòa

Trong thực tế, việc sử dụng 4 dây có thể tốn kém và mất thời gian. Kết nối 3 dây là phiên bản đơn giản hóa: nó loại bỏ một dây và giả định rằng tất cả ba dây có điện trở giống nhau. Kết nối 3 dây không chính xác bằng 4 dây nhưng vượt trội hơn hẳn so với 2 dây.

Tuy nhiên, kết nối 3 dây chỉ chính xác khi cả ba dây và tiếp điểm có cùng điện trở. Nếu có sự khác biệt, sai số có thể theo cả hai hướng (cao hơn hoặc thấp hơn).

Kết luận

• Khi hiệu chuẩn (calibrate) điện trở của RTD, hãy dùng kết nối 4 dây nếu có thể.
• Khi hiệu chuẩn transmitter RTD được cấu hình cho 3 dây, hãy dùng 3 dây giống hệt nhau với tiếp điểm tốt.
• Khi sử dụng RTD reference probe trong hiệu chuẩn, luôn dùng kết nối 4 dây.