常见热电阻测量电路的分析与比较

常见热电阻测量电路的分析与比较

肖艺云

华能延安发电有限公司 陕西省韩城市 715400

摘 要：在工业生产现场中，热电阻是一种重要的测量传感器，需要通过导线将测量信号传递到控制系统中，因此本文通过分析比较三种常见的接线方式，来说明导线对热电阻测量电路的影响。

关键词：接线方式；二线制；三线制；四线制

一、背景介绍

随着社会的发展，工业技术也不断进步。在很多工业领域中，热电阻是一种将温度变化转化为电阻值变化的一次元件，在工业生产现场中，需要通过导线将电阻值信号传递到计算机控制系统中或其他仪表上。由于其安装地与控制地存在一定的物理距离，不能忽视热电阻引线对其测量结果产生的较大影响，因此研究热电阻的接线方式具有重要意义。

二、常见测量电路的分析

目前在生产中，常见的热电阻测量电路接线方式主要有三种：二线制、三线制和四线制。这三种接线方式由于自身的优缺点应用于不同的场合，接下来将详细介绍这三种接线方式。

2.1 二线制接线电路

二线制的接线方式就是从热电阻的两端各引出一根导线接入测量电路，从而导出电阻信号，这是热电阻最简单的一种接线方式，该测温原理图的等效电路图如图2-1所示。

其中，r为两根连接导线的电阻； 为热电阻，是系统的感温元件；R为固定电阻，与热电阻及导线电阻构成惠斯通电桥。

图2-1 热电阻二线制等效电路图

根据等效电路可以得出，显示仪表两端的电压 ：

式2-1

根据式2-1得出：

式2-2

在上式2-2中，R为测量电路中的已知量， 可测量得出，因此，测量的距离较短或者在测量精度要求不高时，可以将导线电阻r忽略，视为r=0。这时就可得出：

式2-3

采用二线制时，其一，并没有考虑导线电阻，但现实中导线电阻必然存在，导致较大的误差；其二，若采用这种电路进行精密温度测量，整个电路还必须在使用温度范围内。因此这种接线方式只适合用于测量精度要求较低、传送距离较短的情况。

2.2 三线制接线电路

三线制的接线方式是将一根导线从热电阻的根部引出，接到电桥的电源端；从另外一端引出两根导线，这两根导线分别接到热电阻所在的桥臂以及与其相邻的电桥桥臂上，等效电路图如图2-2所示。其中， 为三个定值电阻， 为热电阻。

图2-5 热电阻三线制测量原理图

在三线制接线图中可以看出，当电桥平衡时，可得出：

式2-4

通过式2-4可以得出：

式2-5

在式2-5中，如果 ，则等号右边的r可以消去，就等同于r=0时的电桥平衡公式。这说明在这种情况下，电路的测量结果不会受到导线电阻r的影响，但只有在电桥平衡的情况下才可将热电阻导线带来的影响消除。

2.3 四线制接线电路

四线制的测量电路接法是从热电阻的根部两端分别引出两根导线，测量电路如图2-3所示。

图2-3 热电阻四线制测量电路图

其中， 、 、 、 分别为四根导线 、 、 、 的等效电阻，该测温电路采用电流、电压法，由恒流源给热电阻供电，导线电阻 、 对测量电路没有影响，因为运算放大器的虚断特性，可知导线 、 上没有电流，故导线电阻 、 也对测量电路没有影响，因此热电阻两端电压 、 。则：

式2-7

式2-8

由式2-7、式2-8可见四线制接线方式可以完全消除导线电阻对电路的影响，因此它主要用于高精度要求的测量情况。

3. 常见测量电路的比较

通过以上的分析发现，二线制只适合用于测量精度要求较低、传送距离较短的情况。所以通过引入三线制和四线制来消除热电阻与检测设备之间导线的影响。主要区别通过电阻补偿、接线原理、测量精度三个方面进行分析。

3.1电阻补偿方面

二线制：二线制中没有电阻补偿，配线简单，主要误差是导线在电流回路中产生一定的压降造成测量误差，但却忽略了该误差。

三线制：三线制中有线路电阻补偿，可以消除引线电阻的影响。

四线制：在四线制中，在热电阻的根部两端各连接的两根导线，这种方式可以完全消除导线电阻对电路的影响，但比较费线，成本较高。

3.2 测量原理方面

二线制和三线制接线方式都是用电桥法测量，最终给出的是温度值与模拟量输出值之间的关系。

四线制接线方式没有电桥，完全应用电流电压法。

3.3 测量精度方面

二线制：二线制中电压测量回路与电流回路合二为一，即检测设备的I- 端子和V-端子短接、I+ 端子和V+短接接线方式简单，用线少，但测量精度差。

三线制：电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为同一直线，即检测设备的I- 端子和V- 端子短接，相比于二线制精度较高，且接线比四线制简单，工业上最常应用。

四线制：电流回路和电压测量回路独立分开，相比于二线制和三线制，该接线方式精度最高。

3. 结术语

通过理解各个接线方式的优劣，可以根据实际情况所要求的测量精度以及经济性要求去选择合适的测量方法。二线制只能应用于精度要求较低的电路；而三线制在工业中常常应用，因为其消除了导线对电路的影响，精度较高；四线制中导线电阻对测量电路无影响，测量精度最高，同时成本最高。在 科技飞速发展的今天，四线制应提高实用性，更好地应用在各行各业。

参考文献

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