熱電阻接線方式及其應用

摘要:熱電阻溫度計是一種基于電阻的熱效應來測量溫度的儀器,具有良好的測溫穩(wěn)定性,在中低溫區(qū)溫度測量中應用廣泛。本文詳細闡述了熱電阻的三種接線方式，并根據(jù)其測溫原理分析了不同接線方式的優(yōu)缺點,最后對在實際應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)的溫度測量領域,最常用的測量儀器就是熱電阻。熱電阻具有測量精度高、復現(xiàn)性好、測量范圍較大等諸多優(yōu)點，而且可以應用于自動測溫系統(tǒng),便于遠距離傳輸。
       熱電阻是基于電阻的熱效應來進行溫度測量的,電阻阻值與溫度具有較好的線性關系。當溫度發(fā)生變化時,電阻的阻值也會相應的發(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(tǒng)接線方式
      根據(jù)熱電阻的工作原理,實際生產(chǎn)中需要使用引線將電阻的變化傳送到二次儀表或計算機上,由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)距離控制室遠近不同,引線的電阻值會對測量結果產(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，下面對這三種接線方式分別進行分析。
2.1二線制
       二線制熱電阻接線方式比較簡單,是在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號,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,測量電路為惠斯通電橋。其等效電路圖如圖2所示。


        二線制測量系統(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人測量電路中。若測量導線較長,或者要求的測量精度很高,此時r不可忽略,但是引線電阻r無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(jù)研究,100℃時,Pt100熱電阻的電阻率為0.379/℃,2Ω的電阻值會引起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,是實際應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,測量電路為惠斯通電橋。三線制要求三根導線的材質(zhì)、線徑、長度一致且工作溫度相同,使三根導線的電阻值相同。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,電橋外的引線不會計人測量電橋,因此不會引人測量誤差;另外兩根引線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。這種接線方式較好的減小了引線電阻的影響,可以獲得較高的測溫精度。
2.3四線制
       四線制熱電阻是在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線,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R2、R3流過的電流為0,測得的電壓V0即為熱電阻兩端的電壓。因此，四線制熱電阻測溫系統(tǒng)不受接線電阻的影響,測得的電阻的變化完全是由溫度的變化引起的，可以獲得最真實的溫度變化值,這種接線方式測溫精度最高。

3應用
       理解了各種接線方式的測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,當需要的連接導線較短,測量精度較低,又要盡可能的降低成本時可以選用二線制接線方式;當要求的測量精度較高,導線較長,又需要兼顧成本經(jīng)濟性時,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量精度非常高的情況,一般用于實驗室高精度的溫度測量,或用作計量標準器具進行溫度值的量值傳遞,這種接線方式成本較高。在實際應用中,應根據(jù)性能要求和成本要求選擇接線方式。