熱電阻接線(xiàn)方式及其應用

摘要:熱電阻溫度計是一種基于電阻的熱效應來(lái)測量溫度的儀器,具有良好的測溫穩定性,在中低溫區溫度測量中應用廣泛。本文詳細闡述了熱電阻的三種接線(xiàn)方式，并根據其測溫原理分析了不同接線(xiàn)方式的優(yōu)缺點(diǎn),最后對在實(shí)際應用中如何選型提供了建議。
1概述
       在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度測量幾乎涉及到生產(chǎn)過(guò)程的方方面面。在中低溫區的溫度測量領(lǐng)域,最常用的測量?jì)x器就是熱電阻。熱電阻具有測量精度高、復現性好、測量范圍較大等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且可以應用于自動(dòng)測溫系統,便于遠距離傳輸。
       熱電阻是基于電阻的熱效應來(lái)進(jìn)行溫度測量的,電阻阻值與溫度具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。當溫度發(fā)生變化時(shí),電阻的阻值也會(huì )相應的發(fā)生變化,因此只要測量出電阻阻值的變化,就可以測量出溫度。熱電阻基本上都是由金屬材料制成的，目前比較常用的熱電阻溫度計有鉑熱電阻溫度計和銅熱電阻溫度計。
2熱電阻測溫系統接線(xiàn)方式
      根據熱電阻的工作原理,實(shí)際生產(chǎn)中需要使用引線(xiàn)將電阻的變化傳送到二次儀表或計算機上,由于生產(chǎn)環(huán)節距離控制室遠近不同,引線(xiàn)的電阻值會(huì )對測量結果產(chǎn)生很大的影響,因此引線(xiàn)的選擇以及接線(xiàn)方式顯得尤為重要。目前熱電阻接線(xiàn)方式有二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制，下面對這三種接線(xiàn)方式分別進(jìn)行分析。
2.1二線(xiàn)制
       二線(xiàn)制熱電阻接線(xiàn)方式比較簡(jiǎn)單,是在熱電阻的兩端各連接一根導線(xiàn)來(lái)引出電阻信號,如圖1所示:1.2-兩根接線(xiàn);r-接線(xiàn)電阻;R,-熱電阻,是系統的感溫元件,測量電路為惠斯通電橋。其等效電路圖如圖2所示。


        二線(xiàn)制測量系統中,引線(xiàn)電阻是橋臂電阻的一-部分,這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度的變化而變化,因此造成引線(xiàn)電阻無(wú)法計人測量電路中。若測量導線(xiàn)較長(cháng),或者要求的測量精度很高,此時(shí)r不可忽略,但是引線(xiàn)電阻r無(wú)法測得而被計人到熱電阻的阻值中，使測量結果產(chǎn)生誤差。據研究,100℃時(shí),Pt100熱電阻的電阻率為0.379/℃,2Ω的電阻值會(huì )引起5.3℃的測量誤差,引人的測量誤差較大,僅適用于測量精度較低的場(chǎng)合。
2.2三線(xiàn)制
       三線(xiàn)制熱電阻是在熱電阻根部的一-端連接--根引線(xiàn),另一端連接兩根引線(xiàn),是實(shí)際應用中最常見(jiàn)的一種接法，如圖3所示:1.2.3-三根接線(xiàn);r-接線(xiàn)電阻;R,-熱電阻,是系統的感溫元件,測量電路為惠斯通電橋。三線(xiàn)制要求三根導線(xiàn)的材質(zhì)、線(xiàn)徑、長(cháng)度一致且工作溫度相同,使三根導線(xiàn)的電阻值相同。其等效電路圖如圖4所示。

       由圖4可以看出,三線(xiàn)制接線(xiàn)方法考慮了引線(xiàn)電阻的帶來(lái)的影響,電橋外的引線(xiàn)不會(huì )計人測量電橋,因此不會(huì )引人測量誤差;另外兩根引線(xiàn)分別位于電橋同側的兩臂上,而且大小基本相同,引入的測量誤差較小。這種接線(xiàn)方式較好的減小了引線(xiàn)電阻的影響,可以獲得較高的測溫精度。
2.3四線(xiàn)制
       四線(xiàn)制熱電阻是在熱電阻的根部?jì)啥烁鬟B接兩根導線(xiàn),如圖5所示。A---恒流源;Rt-熱電阻;R1、R2、R3、R4一四根接線(xiàn),其中R1、R2接在熱電阻的-端,R3、R4接在熱電阻的另一端。R1、R4負責給熱電阻施加激勵電流I,R2、R3接人高阻抗、高共模抑制比的電路中,這樣,接線(xiàn)R2、R3流過(guò)的電流為0,測得的電壓V0即為熱電阻兩端的電壓。因此，四線(xiàn)制熱電阻測溫系統不受接線(xiàn)電阻的影響,測得的電阻的變化完全是由溫度的變化引起的，可以獲得最真實(shí)的溫度變化值,這種接線(xiàn)方式測溫精度最高。

3應用
       理解了各種接線(xiàn)方式的測溫原理有助于在不同的條件下選擇適合的接線(xiàn)方式。一般情況下,當需要的連接導線(xiàn)較短,測量精度較低,又要盡可能的降低成本時(shí)可以選用二線(xiàn)制接線(xiàn)方式;當要求的測量精度較高,導線(xiàn)較長(cháng),又需要兼顧成本經(jīng)濟性時(shí),三線(xiàn)制接線(xiàn)方式是最優(yōu)選擇,這也是目前工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中測溫環(huán)節最常用的一種接線(xiàn)方式;四線(xiàn)制接線(xiàn)方式用于測量精度非常高的情況,一般用于實(shí)驗室高精度的溫度測量,或用作計量標準器具進(jìn)行溫度值的量值傳遞,這種接線(xiàn)方式成本較高。在實(shí)際應用中,應根據性能要求和成本要求選擇接線(xiàn)方式。