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关键词:RTD、二线制、三线制、四线制
导读
通过向RTD施加一个恒定的激励电流,并测量RTD两端的电压,就可以推算出RTD的电阻值,进而通过已知的电阻-温度换算关系来确定温度值。为了进行该操作,需要将RTD接入到某种测量电路,由此产生了RTD的二线制、三线制和四线制接线配置。
RTD探头的结构
RTD探头主要由元件、护套和连接线组成。元件即用来测量温度的电阻,护套用来保护其内部的测温电阻,连接线用来将测温电阻连接到测量电路。图 1展示了一个二线制RTD探头的结构。
图 1 二线制RTD探头结构【2】
二线制
二线制是最简单的接线配置。在这种接线配置下,RTD元件的两端都有一根导线,并直接连接到了测量电路,如图 2:
由于激励电流流经了两段导线和元件电阻,所以实际测到的阻值为:RT= RE+ R1+ R2
其中RT为实际测到的电阻,RE为元件的电阻,R1和R2分别为两端导线的电阻。
因此,二线制配置下的测量结果会比预期值更高。为了避免引入的相对误差过大,二线制RTD的导线不宜过长,元件电阻不宜过小,并且不适合用于需要高精度温度测量的应用场景。
三线制
三线制是最常见的接线配置。在这种接线配置下,RTD的元件两侧分别有一根导线和两个导线,如图 3所示:
三线制RTD的三个导线的长度和材料、截面积相等,所以它们的阻值相等。
三线制的原理为:分别测量到导线1和导线2间的电阻值为(R1+R2+RE),导线2和导线3间的电阻为(R2+R3)。由于将两次测量结果相减后,由于R1=R2=R3,最后就仅剩下RE。
可以由两个匹配的电流源分别从导线1和导线2输出相同大小的激励电流I1和I2,并都从导线3流回电流源负端。测量导线1和导线2间的电势差VT为:VT=(R1+RE+R3 )∙I1-(R2+R3)∙I2
由于R1=R2=R3和I1=I2,所以:VT=RE∙I1
由此消除了导线上的寄生电阻带来的影响。
实际应用中,三根导线的电阻值并不可能完全相同,也不存在两个完全匹配的电流源,所以导线电阻带来的误差并不能完全被消除。
四线制
四线制是最复杂和昂贵的接线配置,测量结果最为准确【4】。在这种接线配置下,RTD的两端各有两根导线,如图 4所示:
图 4 四线制【3】
使用四线制时,一对导线用于输出和收回激励电流(如导线1和导线4),另一对导线用于测量电势差(如导线2和导线3)。由于用于测量电势差的导线上没有电流经过,所以不会引入导线上的寄生电阻所带来的误差。
参考
图片来自于
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Omega Document
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