熱電阻測溫三線制接線原理 

熱電阻測溫傳感器

熱電阻是電阻值隨溫度變化的溫度檢測元件。它是利用物體（常見的是特定的金屬或半導(dǎo)體材料）的導(dǎo)電率隨溫度變化而變化的原理制成。它的阻值跟溫度的變化成正比，隨著溫度上升而成勻速增長。

使用熱電阻測溫的過程實(shí)際上是一個(gè)測量置于測量點(diǎn)上的熱電阻的阻值的過程。

采用三線制接線的原因

電阻是基本電參數(shù)之一，其阻值 R 可按伏安特性定義,即 R＝U／Ｉ，其中U 為電阻兩端的電壓，I 為流過電阻的電流或者按功率 P 來定義,即 R＝P／(Ｉ＾２)。。

可見測量熱電阻必須在熱電阻兩端連接導(dǎo)線，而導(dǎo)線的阻值以及阻值隨溫度變化的特性以及引入的其它干擾，必然會(huì)影響測量結(jié)果。而要消除這種影響，就必須知道引線的狀況，在對(duì)熱電阻進(jìn)行測量的同時(shí)，從引線的兩端對(duì)引線進(jìn)行監(jiān)測。在兩根引線參數(shù)一致的前提下，要知道其中一根的狀況，至少需要增加一根導(dǎo)線，用來將測量引線中的一根的現(xiàn)場端連接到儀表端。這就是熱電阻的三線制連接的由來。

電橋三線制測量原理

熱電阻測量儀表（溫度指示儀、溫度變送器等）比較常見的是采用電橋作為前置電路，在采用三線制的條件下，能夠有效的消除現(xiàn)場到控制室之間數(shù)十到數(shù)千米導(dǎo)線對(duì)的測量造成的影響。

為了說明其工作原理，下面從電橋平衡原理說起。

對(duì)圖一所示的電橋，當(dāng)A、C端加上電壓Ue時(shí)，B、D端的電壓：

Uo=Ue×[R2／(R1+R2)]－Ue×[R3／(R3+R4)]

當(dāng)電橋平衡，即Uo=0時(shí)，有：

Ue×[R2／(R1+R2)]＝Ue×[R3／(R3+R4)]

整理后有：

R1×R3＝R2×R４　　或　　R1／R2＝R4／R3

由這個(gè)公式可以看出電橋平衡時(shí)：

供電電壓Ue波動(dòng)時(shí)，輸出電壓Uo不變；

橋路的四個(gè)橋臂電阻R1、R2、R3、R4按相同比例變化時(shí)，輸出電壓Uo不變；

相鄰的兩個(gè)橋臂電阻（R1、R4，R2、R3，R1、R2，R3、R4）

按相同比例變化時(shí)，輸出電壓Uo不變；

　　在平衡電橋的任意一個(gè)橋臂上增加一個(gè)電阻R△，如圖二所示。

當(dāng)R△= 0時(shí)，電橋仍然保持平衡；

　　當(dāng)R△發(fā)生改變時(shí)，Uo的變化僅與R△的變化相關(guān)

　　這時(shí)如果將R△作為被測熱電阻代入橋路，橋臂電阻的一部分轉(zhuǎn)化為測量接線的電阻值R1’、R2’，如圖三所示。

　　則根據(jù)前面的分析可以看出：

　　當(dāng)Ra’、Rb’按相同比例發(fā)生變化時(shí)，對(duì)橋路輸出Uo沒有影響。Rc變化會(huì)影響橋路供電電壓，但對(duì)輸出Uo沒有影響。橋路輸出Uo僅和被測熱電阻R△有關(guān)。

　　在實(shí)際測量電路中，電橋并不一定設(shè)計(jì)成平衡狀態(tài)，熱電阻從那個(gè)橋臂接入也沒有一定之規(guī)，但采用三線制接法，利用電橋的平衡能力消除連接導(dǎo)線影響的基本原理是相通的。

 　　以電橋作為熱電阻測溫儀表的前置電路，可以將熱電阻的阻值直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，對(duì)后續(xù)電路沒有嚴(yán)格要求，同時(shí)可以有效克服接線電阻對(duì)測量的影響。通過對(duì)橋路參數(shù)的合理選擇，可以使儀表獲得良好的抗干擾能力，所以在熱電阻測溫儀表中廣泛采用。

　　近些年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了一些無需采用前置電橋而測量熱電阻阻值的儀表，一些儀表廠商還開發(fā)出了具有完整溫度變送器功能的集成模塊。雖然這些測量儀表方式多種多樣，但是有一點(diǎn)是無法改變的，就是如果要消除接線電路對(duì)測量的影響，就至少需要知道其中一根導(dǎo)線所產(chǎn)生的影響。也就是說除非可以忽略連接導(dǎo)線對(duì)測量的影響，否則至少需要三根連線。

　　圖四是一個(gè)集成溫度變送器前置部分的原理示意：當(dāng)恒流電流流經(jīng)線路電阻Ra、Rb和測溫電阻R△時(shí)將分別在這三個(gè)電阻上產(chǎn)生電壓。不難看出，當(dāng)三個(gè)導(dǎo)線電阻一致時(shí)，恒流電流流經(jīng)R△所產(chǎn)生的電壓，等于V2－V1。很顯然當(dāng)三個(gè)導(dǎo)線電阻發(fā)生等量變化時(shí)，這個(gè)關(guān)系依然成立。

　　從上面的原理分析可以看出，無論采用哪種方法，要消除導(dǎo)線Ra、Rb對(duì)于測量的影響，都有一個(gè)要求兩根導(dǎo)線的阻值以及在受環(huán)境影響發(fā)生的變化量都完全一致的要求。

　　同時(shí)對(duì)于導(dǎo)線Rc，雖然從理論上對(duì)測量不會(huì)發(fā)生影響，但那只是在理想狀態(tài)下的推導(dǎo)，實(shí)際工作中，仍然會(huì)對(duì)測量產(chǎn)生影響，而要消除這種影響，就必須對(duì)這根導(dǎo)線的狀態(tài)有所了解，最簡單的做法，就是讓這根線和其它兩根線保持一致。

　　所以在采用三線制接線要求采用相同阻值和材質(zhì)的導(dǎo)線，最簡單的方法就是：采用同規(guī)格同材質(zhì)的導(dǎo)線，例如使用三芯電纜；同時(shí)避免或減少中間接頭，因?yàn)榻宇^的質(zhì)量有可能對(duì)測量產(chǎn)生影響。