四線制檢測(cè)法測(cè)量熱電阻的測(cè)溫原理

[摘要]文章從四線制檢測(cè)法測(cè)量熱電阻的電路原理入手，通過(guò)建立電路模型的方式，對(duì)其測(cè)溫原理展開(kāi)研究，并對(duì)使用該檢測(cè)法檢測(cè)三線制和四線制熱電阻時(shí)為何能消除熱電阻內(nèi)部引線電阻影響,而檢測(cè)兩線制熱電阻時(shí)卻不能消除該影響的原因進(jìn)行了詳細(xì)闡述。
1.引言
      熱電阻作為一種常見(jiàn)的溫度傳感器，在測(cè)溫領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。按照接線方式的分類(lèi)，熱電阻可以分為兩線制、三線制和四線制熱電阻。在檢測(cè)以上三種熱電阻時(shí)，都應(yīng)采用四線制檢測(cè)法，因?yàn)樵摍z測(cè)法可以消除三線制和四線制熱電阻內(nèi)部引線電阻的影響。但是為何采用四線制檢測(cè)法就可以消除這種影響，JJG229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》并未進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本文就這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)建立電路模.型的方式，對(duì)其測(cè)溫原理展開(kāi)研究并得出相關(guān)結(jié)論。
2.四線制電測(cè)儀器的電路模型
      四線制檢測(cè)法測(cè)量熱電阻所用到的電測(cè)儀器電路模型如圖1.該原理采用電流、電壓法。在四個(gè)測(cè)量端子中，有一對(duì)(23)為電流端子，提供一恒定電流，另一對(duì)(14)為電壓測(cè)量端子，用來(lái)測(cè)量熱電阻.上的電壓。可見(jiàn)，用四線制檢測(cè)法來(lái)測(cè)量熱電阻，并非直接測(cè)量其電阻值，而是通過(guò)提供一個(gè)恒定電流I,測(cè)量出加載到熱電阻上的電壓值U，通過(guò)歐姆定律(R=U/I)來(lái)間接地測(cè)出待檢熱電阻的阻值R。

3.利用四線制檢測(cè)法檢測(cè)各類(lèi)型熱電阻的測(cè)溫原理和電路模型
31檢測(cè)兩線制熱電阻的測(cè)溫原理和電路模型
       四線制檢測(cè)法測(cè)量?jī)删€制熱電阻的電路模型如圖2所示。其中R為待檢熱電阻的感溫元件電阻值，rl為從感溫元件連接點(diǎn)到熱電阻端子間內(nèi)引線的等效電阻，r2為電測(cè)儀器與熱電阻端子間外引線的等效電阻。
       在檢測(cè)時(shí)，電測(cè)僅器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻，如圖2所示。而電測(cè)儀器的電壓測(cè)量端即(14)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過(guò)的電阻產(chǎn)生，故U=Ix(R+2r;)，反應(yīng)在電測(cè)儀器顯示屏.上的熱電阻阻值為U/=R+2rl.也就是說(shuō)，利用四線制檢測(cè)法來(lái)測(cè)量?jī)删€制熱電阻，可以消除電測(cè)儀器與熱電阻端子間外引線電阻r2的影響，但是依然不能消除從感溫元件連接點(diǎn)到熱電阻端子間內(nèi)引線電阻rl的影響。

32檢測(cè)三線制熱電阻的測(cè)溫原理和電路模型
      在檢測(cè)三線制熱電阻的阻值時(shí)，需要分兩步測(cè)量。第一步的電路模型如圖3所示，電測(cè)儀器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻。而電測(cè)僅器的電壓測(cè)量端即(1,4)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過(guò)的電阻產(chǎn)生，故U=I×(R+r;),反應(yīng)在電測(cè)儀器顯示屏上的熱電阻阻值為R1=U/=R+rl。
      第二步的電路模型如圖4所示。電測(cè)儀器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻。而電測(cè)儀器的電壓測(cè)量端即(1,4)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過(guò)的電阻產(chǎn)生，故U=I×(R+2r1)反應(yīng)在電測(cè)儀器顯示屏上的熱電阻阻值為R2=U/=R+2rl。
      由以上兩次測(cè)量，我們就可以算出熱電阻感溫元件的阻值R=2R1-R2。也就是說(shuō)利用四線制檢測(cè)法對(duì)三線制熱電阻進(jìn)行兩次測(cè)量，就可以完全消除從感溫元件連接點(diǎn)到熱電阻端子間內(nèi)引線電阻rl和電測(cè)儀器與熱電阻端子間外引線電阻r2的影響。


33檢測(cè)四線制熱電阻的測(cè)溫原理和電路模型
      四線制檢測(cè)法測(cè)量四線制熱電阻的電路模型如圖5所示。電測(cè)儀器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻。而電測(cè)儀器的電壓測(cè)量端即(1,4)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過(guò)的電阻產(chǎn)生，故U=I×R,反應(yīng)在電測(cè)僅器顯示屏上的熱電阻阻值為U/=R。也就是說(shuō)，用四線制檢測(cè)法來(lái)測(cè)量四線制熱電阻，一次測(cè)量就可以完全消除從感溫元件連接點(diǎn)到熱電阻端子間內(nèi)引線電阻rl和電測(cè)儀器與熱電阻端子間外引線電阻r2的影響。

4.結(jié)束語(yǔ)
      本文通過(guò)建立電路模型的方法，利用基本的電學(xué)知識(shí)解釋了四線制檢測(cè)法測(cè)量熱電阻的測(cè)溫原理，讓我們對(duì)檢定規(guī)程上所介紹的檢定方法有了更為深入的理論認(rèn)識(shí)。在實(shí)際的檢測(cè)工作中，對(duì)檢定規(guī)程中未說(shuō)明清楚的問(wèn)題多問(wèn)一個(gè)為什么，并努力查閱資料去理解掌握它，是一種積極的工作態(tài)度。此外，各學(xué)科知識(shí)的交叉綜合運(yùn)用，也是計(jì)量發(fā)展對(duì)檢定員提出的新要求。