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二线制
在热电阻两端各引出一根导线来测量电阻信号的方式叫二线制接线方式。这种接线方式比较简单,但由于连接导线必然存在一定的电阻,如图 2-1 中为引线等效电阻,其阻值大小由导线的长度、横截面积以及材质等因素决定。由图可知这种接线方式测得的温度值必然引进导线电阻误差,因此只适用于测量精度比较低的场合,且引线长度应尽可能短。已知 Pt100 热电阻的热电阻率为 0.3851Ω/℃,若导线引入的电阻值为 1Ω,则会引入 2.6℃的测量误差。
三线制
在热电阻一端引出一根引线,另一端引出两根引线的方式称为三线制接线方式。 三线制测温方法多种多样,可概括为两类电路:恒流源式和电桥式。 如图 2-2 所示,为恒流源式测温方法,由图可知
当引线长短一致时,可视引线电阻大小相等,即
若在 V2 端接入到运放增益放大倍数为 V1 的 2 倍,那么
由此,可以消除引线电阻的影响,然在实际电路中很难保证准确的 2 倍放大倍数,因
此测温高精度难以保证。
工业过程控制中与电桥配套使用是实际应用中最常见的接法,如图 2-3 所示。由图可
知:
由此可以看出电桥输出电压 U 不能消除导线电阻引起的误差。
如图 2-4 所示,若采用两路相等的
恒流源来激励三线制 Pt100 温度传感器,图中I 为两恒电流源,则
若相等且,那么误差可完全消除。但事实上,这两路恒流源并不完全相等,但是可以达到高精度的匹配。(问题:通过同一电流源产生?)
四线制
在铂热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线由恒流源为 Pt100 提供恒定电流 I,把 Pt100 的电阻值转换成电压信号 U,如图 2 所示,再通过另两根引线
把 U 引至高输入阻抗运放中(电压测量仪表的内阻一般很大),所以在引线电阻上的电流极小,可以完全消除引线电阻的影响,四线制主要用于高精度的温度检测。
图2-5 四线制桥式电路
附:
二线制和三线制桥式电路比较:
图1 桥式测量电路
用图1说明接线方法的不同。图1(a)是两线出三线入、图1(b)是三线出三线入接法。Rt为铂热电阻,R1、R2为固定电阻,R3为可调电阻,A为检流计。
在实际工业生产中,铂热电阻和温度巡检仪的距离很大,其间引线很长,会达到几十米甚至几百米。由于使用厂家为了节约信号线,就从铂热电阻端两线出,到温度巡检仪再并出一根线,三线接入温度巡检仪。虽然也是三线接入(如图1a所示),但是对实测的温度值有很大的影响。
设导线长度,即Roa=Rob=Roc=RL。
对图1列电桥平衡式为:
图1(a) R1(Rt+Roc+Rob)=R2R3
图1(b) R1(Rt+Rob)=R2(R3+Roa)
令 R1=R2
图1(a) R3=Rt+Rob+Roc=Rt+ 2RL
图1(b) R3=Rt
从上式可以看出,当按照图1(b)接法接时,导电阻RL对铂热电阻的测量结果无任何影响,能够消除导线线路电阻带来的测量误差。即使是不平衡电桥,虽然不能消除导线的影响,但是也可以大大的减小误差,起到补偿作用。
图2-7 三线制桥式电路
问题:图2-7与图2-3中三线制桥式电路的区别,WHY?
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