مقاومة أسلاك RTD: ماذا يقرأ مسار القياس؟

حدد حدود مسار الجهد ثم اقسم على التيار الفعلي المعلوم. في نموذج السلكين تشمل الحدود العنصر وسلكيه؛ وفي نموذج الأربعة المثالي تقع حدود الاستشعار على طرفي العنصر.

• يشرح NI فرق مساري الإثارة والاستشعار في توصيل الأربعة، والحاجة إلى جهاز يدعم هذا التوصيل. [1] نستعمل فصلًا مثاليًا فقط: تيار الاستشعار صفر، والتيار عبر العنصر معلوم؛ عدد الأسلاك وحده لا يثبت تحقق هذين الشرطين.
• في أ: مقاومة العنصر 100 أوم، وسلكاه 2 و 2 أوم، والتيار 1 ملي أمبير. جهد المسار 104 ملي فولت، وقسمته على التيار تعطي 104 أوم. ليست هذه مقاومة العنصر وحده؛ طرح 4 المعلومة يعيد 100.
• نعرف تحويلًا حراريًا تعليميًا فقط: ⁦T=(R−100)/0.5⁩، على مجال مقاومة 100 إلى 150 أوم. إدخال 104 يعطي 8 درجات، وإدخال العنصر 100 يعطي صفرًا. المعاملات مؤلفة؛ ليست منحنى Pt100 أو معايرة تجارية.
• قراءة مسار 104 أوم قد تنتج من عنصر 100 وسلكين 2 و 2، أو عنصر 102 وسلكين 1 و 1. كلاهما يحقق الرقم نفسه؛ درجتا التحويل المؤلف صفر و 4. إذا غابت قيم الأسلاك فلا يختار المسار وحده العنصر.
• في ب نفصل الاستشعار على طرفي عنصر 100، مع تيار عنصر 1 ملي أمبير وتيار استشعار صفر. الجهد المستشعر 100 ملي فولت، فتعود 100 أوم رغم وجود سلكي إثارة 2 و 2. الجهد الكلي الذي يؤمنه المصدر يبقى 104 ملي فولت. لا نطرح 4 أوم من نتيجة الاستشعار 100 مرة أخرى؛ فقد تغيرت حدود القراءة.
• في فرع ب نخفض تيار العنصر إلى 0.5 ملي أمبير: الجهد المستشعر 50 ملي فولت، لكن قسمته على التيار الجديد تعيد 100 أوم. إذا قسمنا على تيار اسمي 1 بدل الفعلي 0.5 خرجت 50 أوم، خارج مجال التحويل التعليمي.
• في ج نرفع مقاومة كل سلك في مسار أ إلى 3 أوم: المسار 106، والتحويل غير المصحح 12 درجة رغم ثبات العنصر. وإذا عرفنا مجموع الأسلاك بين 2 و 6 فقط، فقراءة 106 تسمح بعنصر بين 100 و 104 ودرجة بين صفر و 8.
• نفترض للمصدر في نموذج الأربعة حد جهد 150 ملي فولت عند تيار 1 ملي أمبير. عنصر 100 وسلكا إثارة 20 و 20 يحتاجون 140، أما 30 و 30 فيحتاجون 160. الحالة الثانية لا تحقق فرض التيار بهذا الحد؛ لا نحسب درجة منها على أساس تيار لم يثبت. وفي فرع مستقل يثبت الجهد عند 150 ملي فولت يكون التيار 0.9375 ملي أمبير والجهد على العنصر 93.75؛ قسمته على التيار الفعلي تعيد 100 أوم.

نعرّف الدائرة أ بثلاث مقاومات على المسار نفسه: سلك أول 2 أوم، وعنصر 100 أوم، وسلك عودة 2 أوم. يمر تيار معلوم مقداره 0.001 أمبير عبر الثلاثة. سنستعمل في هذا النموذج علاقة الجهد بالتيار والمقاومة، ونجعل قراءة الجهد واقعة بين بداية السلك الأول ونهاية سلك العودة. بهذا التعريف لا تقع نقطتا القراءة على العنصر وحده.

مجموع المقاومات 104 أوم، فيكون الجهد بين نقطتي القراءة 0.104 فولت. لو طلب الملف الرقم بالملي فولت، كتبناه 104. وإذا قسمنا 0.104 على 0.001 نحصل على 104 أوم. ليست المشكلة أن القسمة فشلت؛ لقد أعادت مقاومة المسار الذي اخترناه فعلًا. الخطأ يبدأ حين نعيد تسمية هذه النتيجة مقاومة العنصر دون تغيير حدود القراءة.

يمكن تقسيم الجهد إلى 2 ملي فولت في كل سلك و 100 ملي فولت في العنصر. مجموع الأجزاء 104 كما ينبغي. نستفيد من هذا التفصيل عند مراجعة رسم الملف: سهم الجهد الممتد على الثلاثة له معنى مختلف عن سهم يمتد على العنصر. لا يكفي أن يحمل السهمان وحدة فولت كي يصبحا قابلين للاستبدال في الصيغة نفسها.

أبسط سجل للبطاقة يضم التيار، ونقطتي القراءة، وقيم المقاومات الواقعة بينهما، والجهد الناتج. إذا ذكر مورد رقم المقاومة دون رسم أو وصف للحدود، فالسؤال التالي هو ما الذي شملته القراءة. وبعد ذلك فقط نقرر هل يستطيع هذا الرقم دخول علاقة العنصر بالدرجة، أم يحتاج معلومات تتيح فصل الجزء الخاص بالتوصيل.

لإظهار أثر الخطأ نؤلف علاقة تعليمية مستقلة: T يساوي مقاومة العنصر ناقص 100 ، مقسومًا على 0.5. المجال من 100 إلى 150 أوم، ويقابله من صفر إلى 100 درجة. لا نزعم أن هذه معاملات Pt100 أو أن العلاقة خطية لأي نوع حقيقي على جميع درجاته. اخترناها لتكون نتيجة كل فرع قابلة للتحقق دون جدول مصنع.

إذا أدخلنا 104 أوم، خرجت درجة 8. لكن عنصر أ المعطى 100 أوم، فتكون درجته في تعريفنا صفرًا. فرق 8 هنا نتيجة إدخال مقاومة مسار أوسع بدل مقاومة العنصر. لا نصحح المعامل 0.5 ليختفي الفرق، لأن ذلك يغير علاقة التحويل بينما يترك سبب خطأ الإدخال كما هو.

عندما يكون مجموع السلكين معلومًا بأنه 4 أوم، نطرح 4 من 104 فنستعيد 100 قبل استعمال علاقة الدرجة. ويمكن مراجعة النتيجة بإضافة 4 مرة أخرى ثم إعادة حساب الجهد عند التيار المعلن. إذا تطابق المسار مع 0.104 فولت، اتسق الفرع حسابيًا. هذا الفحص لا يثبت أن قيم الأسلاك المقروءة من ملف قديم ما زالت تصف الأسلاك الموجودة فعليًا.

افصل في ورقة المتابعة أعمدة مقاومة المسار ومجموع التوصيل ومقاومة العنصر والدرجة. حين يختلف صف، تستطيع تحديد ما إذا كان التغيير في أسلاك الحالة أو في العنصر أو في الصيغة. أما عمود حرارة واحد دون هذه المدخلات، فيخفي السبب الذي جعل الرقم ينتقل من صفر إلى 8 ، ويصعب مقارنة ملفين حتى لو استخدما الوحدات نفسها.

نحتفظ بقراءة المسار 104 أوم، ونؤلف دائرة ثانية عنصرها 102 أوم وسلكاها 1 و 1. المجموع 104 مرة أخرى، والجهد عند 1 ملي أمبير 104 ملي فولت أيضًا. تتطابق القراءة الخارجية مع أ، لكن العنصر مختلف. في علاقة الدرجة المؤلفة، 102 تعطي 4 درجات، بينما 100 تعطي صفرًا.

إذا كان كل ما وصل إلى المراجع هو قراءة 104 ، فلن يعرف أي الدائرتين تصف الحالة. يختار عنصر 100 فقط إذا امتلك معلومة مجموع الأسلاك 4 ، ويختار 102 إذا عرف المجموع 2. قول إن الأسلاك قصيرة أو تبدو متشابهة ليس قيمة عددية يقدمها تعريف البطاقة. تبقى النتيجة المشروطة أفضل من افتراض رقم لم يسجله الملف.

ولنضع حدًا أوسع: نعرف في فرع مستقل أن مجموع الأسلاك غير سالب، وأن العنصر يقع في مجالنا 100 إلى 150. أمام المسار 104 لا تزيد مقاومة العنصر على 104 ، ولا تقل عن 100 بحكم شرط المجال. هذه معرفة بمجال يسمح به المدخل، لكنها لا تعين عنصرًا واحدًا. تتراوح الدرجة التعليمية بين صفر و 8 بدل نتيجة منفردة.

يظهر هنا الفرق بين نقص البيانات وخطأ الحساب. يستطيع شخص أن يجري قسمة صحيحة ثم يختار عنصرًا لا دليل عليه، فتبدو الورقة نظيفة رغم أن الاستنتاج غير محدد. مراجعة الملف ينبغي أن تسأل عن المعلومات التي فصلت مقاومة الأسلاك، وليس عن عدد المنازل العشرية في ناتج المسار فقط.

نؤلف ب بعنصر 100 أوم، وسلكي إثارة 2 و 2 يمران التيار إلى العنصر ومنه. ونضيف سلكين لاستشعار الجهد من طرفي العنصر مباشرة. نفترض أن تيار الاستشعار صفر، وأن التيار الفعلي عبر العنصر 1 ملي أمبير. هذان شرطان معلنان للنموذج المثالي، وليسا نتيجة نستنتجها من رؤية أربع نهايات في الصورة.

وفق الفصل الذي يشرحه المصدر، يبقى الاستشعار مختلفًا عن الإثارة. [1] في ب يقع الجهد المستشعر على عنصر 100 ، فيساوي 100 ملي فولت. بقسمته على 0.001 أمبير نحصل على 100 أوم. أما المصدر الذي يدفع التيار عبر المسار كله فيؤمن 104 ملي فولت؛ اختلاف الجهدين طبيعي في التعريف الذي أعلن نقطتي كل قراءة.

إذا أعطينا سلكي الاستشعار مقاومة 7 و 9 أوم، يظل هبوط الجهد عليهما صفرًا في فرض تيار الاستشعار الصفري. لا تعني هذه النتيجة أن المقاومة تختفي أو أن أي جهاز واقعي يحقق الفرض. إنها نتيجة ضرب مقاومة في تيار جعلناه صفرًا، وتبقى صالحة لهذا النموذج المحدد ما دام الشرط نفسه محفوظًا.

ولأننا فصلنا نقطتي القراءة، لا نطرح 4 أوم من الناتج 100 مرة أخرى. ذلك يعطي 96 أوم ويخرج عن مجال التحويل الذي اخترناه. التصحيح الذي احتاجته أ لا ينتقل تلقائيًا إلى ب؛ فقد تغيرت حدود استشعار الجهد. سجل نوع المسار مع الصيغة، حتى لا تحتفظ ورقة جديدة بخانة تصحيح كانت تخص توصيلًا سابقًا.

في فرع ب نبقي العنصر 100 أوم، لكن نجعل التيار الفعلي 0.5 ملي أمبير. يصبح الجهد المستشعر 50 ملي فولت. للقسمة الصحيحة نكتب 0.050 فولت فوق 0.0005 أمبير، فترجع 100 أوم كما قبل. تغيرت الإشارة الكهربائية إلى النصف، وبقيت المقاومة المعطاة في تعريف الفرع ثابتة.

لو أخذ الجدول 50 ملي فولت وقسمها على التيار الاسمي 1 ملي أمبير من صف قديم، ظهر 50 أوم. لا نصف هذه النتيجة بأنها درجة جديدة للحساس، لأنها خارج المجال الحراري المؤلف أصلًا. السبب هنا مقام لا يصف التيار الذي أنتج الجهد. يختلف هذا الخطأ عن إدخال مقاومة السلكين في أ، رغم أن كليهما يفسد استنتاج العنصر.

من المفيد نقل الجهد والتيار معًا في سطر القراءة، أو ربطهما بمعرف حالة واضح. إذا كانت خانة التيار تستند إلى إعداد اسمي، فهذه معلومة أخرى تحتاج تحققًا كي تصبح التيار الفعلي المستخدم في القسمة. لا يثبت الملف قيمة المقام بمجرد أن المراجع يستطيع كتابة 1 بسهولة أو أنها القيمة المعتادة في المثال السابق.

وفي تطبيقنا الحسابي لا نجمع خطأ السلكين وخطأ التيار في نسبة واحدة مبهمة. نراجع حدود الجهد أولًا ثم قيمة التيار، لأن كل منهما مدخل مستقل. بعد استعادة مقاومة العنصر فقط نطبق علاقة الحرارة التعليمية. ترتيب الفحص يساعد على معرفة ما بقي مجهولًا بدل تعديل الناتج النهائي حتى يوافق توقعًا مسبقًا.

نؤلف ج من أ مع بقاء العنصر 100 والتيار 1 ملي أمبير، لكن تصبح مقاومة كل سلك 3 أوم. المسار 106 أوم، وجهده 106 ملي فولت. إذا أدخلت الورقة 106 مباشرة في تحويل الدرجة، خرج 12. هذه الدرجة ليست نتيجة تغير العنصر؛ إنها أثر إدخال مجموع جديد من التوصيل إلى العلاقة الخاصة به.

وإذا احتفظت الورقة بطرح 4 من الإعداد القديم، تستعيد 102 وتعطي 4 درجات. هذا أفضل عدديًا من 12 لكنه ما زال لا يوافق عنصر ج 100 ، لأن مجموع الأسلاك الفعلي في تعريف ج 6. يجب أن يرتبط مقدار الطرح بالبطاقة الحالية، لا بمجرد اسم العمود أو نسخة سابقة كانت تعمل مع أ.

في فرع آخر نعرف قراءة المسار 106 ، لكن معلومات الأسلاك تحدد مجموعها بين 2 و 6 فقط. بطرح أكبر مجموع نحصل على أصغر عنصر 100 ، وبطرح الأصغر نحصل على أكبر عنصر 104. بعد التحويل يصبح المجال الحراري من صفر إلى 8. لم نفترض أن جميع القيم متساوية الاحتمال، ولم نقدم تكرارات تجعل المنتصف متوسطًا إحصائيًا.

نختبر شرطًا حسابيًا مؤلفًا: درجة لا تزيد على 10. جميع درجات المجال تحقق هذا الشرط. أما درجة لا تزيد على 3 ، فلا يحسم المجال تحققها لأن بعض القيم المسموحة أعلى منها. لا نستعمل 4 ، وهو منتصف المجال، بديلًا عن جواب الشرط. قد تحتاج المراجعة قيمة أدق لمجموع الأسلاك حتى تستطيع إعطاء حكم محدد.

حتى في نموذج ب يجب أن يبقى التيار المعطى ممكنًا وفق الحدود التي نضيفها إلى الفرع. نؤلف مصدرًا يحاول توفير 1 ملي أمبير، لكن حد الجهد المتاح له 150 ملي فولت. ونضع عنصر 100 وسلكي إثارة 20 و 20 أوم. المجموع 140 ، فيحتاج المصدر 140 ملي فولت لتحقيق التيار المعلن، وهو ضمن حدنا المختار.

نغير سلكي الإثارة إلى 30 و 30 ، فيصبح المجموع 160 أوم. يحتاج التيار نفسه 160 ملي فولت، متجاوزًا حد 150. لذلك لا نحتفظ بفرض 1 ملي أمبير ثم نحسب درجة كأن شيئًا لم يتغير. لم نحدد في هذا المثال طريقة تصرف المصدر بعد بلوغ حده، فلا نستخرج من عدم كفاية الجهد تيارًا فعليًا جديدًا أو قراءة حرارة وحيدة.

لو أضفنا نموذج مصدر مختلفًا يثبت الجهد عند 150 ملي فولت على مجموع 160 ، لكان التيار 0.9375 ملي أمبير. هذا فرع معلن جديد، وليس استنتاجًا من الفرع غير المكتمل. عند هذا التيار ومع عنصر 100 ، يصبح الجهد على العنصر 93.75 ملي فولت؛ قسمته على 0.0009375 تعيد 100 أوم. أما قسمته على 1 ملي أمبير فتخرج 93.75 ، خارج مجالنا.

تنتهي مراجعة الورقة بثلاثة أسئلة مترابطة: أين قيس الجهد، وما التيار الفعلي الذي استعمل معه، وما علاقة العنصر بالدرجة داخل مجالها؟ الإجابة عنها تصحح معنى الأرقام، لكنها لا تثبت معايرة حساس أو صلاحية توصيل فعلي. يحتفظ ملف الأعمال بهذه الخانات كي يستطيع المراجع تتبع الاستنتاج دون تحويل اتساق نموذج مؤلف إلى حكم على منتج لم يختبره.