熱電阻接線方式及其應(yīng)用

摘要:熱電阻溫度計(jì)是一種基于電阻的熱效應(yīng)來測(cè)量溫度的儀器,具有良好的測(cè)溫穩(wěn)定性,在中低溫區(qū)溫度測(cè)量中應(yīng)用廣泛。本文詳細(xì)闡述了熱電阻的三種接線方式，并根據(jù)其測(cè)溫原理分析了不同接線方式的優(yōu)缺點(diǎn),最后對(duì)在實(shí)際應(yīng)用中如何選型提供了建議。
1概述
       在工業(yè)生產(chǎn)過程中，溫度測(cè)量幾乎涉及到生產(chǎn)過程的方方面面。在中低溫區(qū)的溫度測(cè)量領(lǐng)域,最常用的測(cè)量?jī)x器就是熱電阻。熱電阻具有測(cè)量精度高、復(fù)現(xiàn)性好、測(cè)量范圍較大等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且可以應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng),便于遠(yuǎn)距離傳輸。
       熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)來進(jìn)行溫度測(cè)量的,電阻阻值與溫度具有較好的線性關(guān)系。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),電阻的阻值也會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化,因此只要測(cè)量出電阻阻值的變化,就可以測(cè)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(jì)有鉑熱電阻溫度計(jì)和銅熱電阻溫度計(jì)。
2熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)接線方式
      根據(jù)熱電阻的工作原理,實(shí)際生產(chǎn)中需要使用引線將電阻的變化傳送到二次儀表或計(jì)算機(jī)上,由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)距離控制室遠(yuǎn)近不同,引線的電阻值會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響,因此引線的選擇以及接線方式顯得尤為重要。目前熱電阻接線方式有二線制、三線制、四線制，下面對(duì)這三種接線方式分別進(jìn)行分析。
2.1二線制
       二線制熱電阻接線方式比較簡(jiǎn)單,是在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號(hào),如圖1所示:1.2-兩根接線;r-接線電阻;R,-熱電阻,是系統(tǒng)的感溫元件,測(cè)量電路為惠斯通電橋。其等效電路圖如圖2所示。


        二線制測(cè)量系統(tǒng)中,引線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,因此造成引線電阻無法計(jì)人測(cè)量電路中。若測(cè)量導(dǎo)線較長(zhǎng),或者要求的測(cè)量精度很高,此時(shí)r不可忽略,但是引線電阻r無法測(cè)得而被計(jì)人到熱電阻的阻值中，使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。據(jù)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(cè)量誤差,引人的測(cè)量誤差較大,僅適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。
2.2三線制
       三線制熱電阻是在熱電阻根部的一-端連接--根引線,另一端連接兩根引線,是實(shí)際應(yīng)用中最常見的一種接法，如圖3所示:1.2.3-三根接線;r-接線電阻;R,-熱電阻,是系統(tǒng)的感溫元件,測(cè)量電路為惠斯通電橋。三線制要求三根導(dǎo)線的材質(zhì)、線徑、長(zhǎng)度一致且工作溫度相同,使三根導(dǎo)線的電阻值相同。其等效電路圖如圖4所示。

       由圖4可以看出,三線制接線方法考慮了引線電阻的帶來的影響,電橋外的引線不會(huì)計(jì)人測(cè)量電橋,因此不會(huì)引人測(cè)量誤差;另外兩根引線分別位于電橋同側(cè)的兩臂上,而且大小基本相同,引入的測(cè)量誤差較小。這種接線方式較好的減小了引線電阻的影響,可以獲得較高的測(cè)溫精度。
2.3四線制
       四線制熱電阻是在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線,如圖5所示。A---恒流源;Rt-熱電阻;R1、R2、R3、R4一四根接線,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(fù)責(zé)給熱電阻施加激勵(lì)電流I,R2、R3接人高阻抗、高共模抑制比的電路中,這樣,接線R2、R3流過的電流為0,測(cè)得的電壓V0即為熱電阻兩端的電壓。因此，四線制熱電阻測(cè)溫系統(tǒng)不受接線電阻的影響,測(cè)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,這種接線方式測(cè)溫精度最高。

3應(yīng)用
       理解了各種接線方式的測(cè)溫原理有助于在不同的條件下選擇適合的接線方式。一般情況下,當(dāng)需要的連接導(dǎo)線較短,測(cè)量精度較低,又要盡可能的降低成本時(shí)可以選用二線制接線方式;當(dāng)要求的測(cè)量精度較高,導(dǎo)線較長(zhǎng),又需要兼顧成本經(jīng)濟(jì)性時(shí),三線制接線方式是最優(yōu)選擇,這也是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中測(cè)溫環(huán)節(jié)最常用的一種接線方式;四線制接線方式用于測(cè)量精度非常高的情況,一般用于實(shí)驗(yàn)室高精度的溫度測(cè)量,或用作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具進(jìn)行溫度值的量值傳遞,這種接線方式成本較高。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)性能要求和成本要求選擇接線方式。