热电阻接线方式及其应用

摘要:热电阻温度计是一种基于电阻的热效应来测量温度的仪器,具有良好的测温稳定性,在中低温区温度测量中应用广泛。本文详细阐述了热电阻的三种接线方式，并根据其测温原理分析了不同接线方式的优缺点,最后对在实际应用中如何选型提供了建议。
1概述
       在工业生产过程中，温度测量几乎涉及到生产过程的方方面面。在中低温区的温度测量领域,最常用的测量仪器就是热电阻。热电阻具有测量精度高、复现性好、测量范围较大等诸多优点，而且可以应用于自动测温系统,便于远距离传输。
       热电阻是基于电阻的热效应来进行温度测量的,电阻阻值与温度具有较好的线性关系。当温度发生变化时,电阻的阻值也会相应的发生变化,因此只要测量出电阻阻值的变化,就可以测量出温度。热电阻基本上都是由金属材料制成的，目前比较常用的热电阻温度计有铂热电阻温度计和铜热电阻温度计。
2热电阻测温系统接线方式
      根据热电阻的工作原理,实际生产中需要使用引线将电阻的变化传送到二次仪表或计算机上,由于生产环节距离控制室远近不同,引线的电阻值会对测量结果产生很大的影响,因此引线的选择以及接线方式显得尤为重要。目前热电阻接线方式有二线制、三线制、四线制，下面对这三种接线方式分别进行分析。
2.1二线制
       二线制热电阻接线方式比较简单,是在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号,如图1所示:1.2-两根接线;r-接线电阻;R,-热电阻,是系统的感温元件,测量电路为惠斯通电桥。其等效电路图如图2所示。


        二线制测量系统中,引线电阻是桥臂电阻的一-部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度的变化而变化,因此造成引线电阻无法计人测量电路中。若测量导线较长,或者要求的测量精度很高,此时r不可忽略,但是引线电阻r无法测得而被计人到热电阻的阻值中，使测量结果产生误差。据研究,100℃时,Pt100热电阻的电阻率为0.379/℃,2Ω的电阻值会引起5.3℃的测量误差,引人的测量误差较大,仅适用于测量精度较低的场合。
2.2三线制
       三线制热电阻是在热电阻根部的一-端连接--根引线,另一端连接两根引线,是实际应用中最常见的一种接法，如图3所示:1.2.3-三根接线;r-接线电阻;R,-热电阻,是系统的感温元件,测量电路为惠斯通电桥。三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同,使三根导线的电阻值相同。其等效电路图如图4所示。

       由图4可以看出,三线制接线方法考虑了引线电阻的带来的影响,电桥外的引线不会计人测量电桥,因此不会引人测量误差;另外两根引线分别位于电桥同侧的两臂上,而且大小基本相同,引入的测量误差较小。这种接线方式较好的减小了引线电阻的影响,可以获得较高的测温精度。
2.3四线制
       四线制热电阻是在热电阻的根部两端各连接两根导线,如图5所示。A---恒流源;Rt-热电阻;R1、R2、R3、R4一四根接线,其中R1、R2接在热电阻的-端,R3、R4接在热电阻的另一端。R1、R4负责给热电阻施加激励电流I,R2、R3接人高阻抗、高共模抑制比的电路中,这样,接线R2、R3流过的电流为0,测得的电压V0即为热电阻两端的电压。因此，四线制热电阻测温系统不受接线电阻的影响,测得的电阻的变化完全是由温度的变化引起的，可以获得最真实的温度变化值,这种接线方式测温精度最高。

3应用
       理解了各种接线方式的测温原理有助于在不同的条件下选择适合的接线方式。一般情况下,当需要的连接导线较短,测量精度较低,又要尽可能的降低成本时可以选用二线制接线方式;当要求的测量精度较高,导线较长,又需要兼顾成本经济性时,三线制接线方式是最优选择,这也是目前工业生产过程中测温环节最常用的一种接线方式;四线制接线方式用于测量精度非常高的情况,一般用于实验室高精度的温度测量,或用作计量标准器具进行温度值的量值传递,这种接线方式成本较高。在实际应用中,应根据性能要求和成本要求选择接线方式。