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为什么4线制RTD精度比3线制和2线制高

时间:2022-02-26 19:33 来源:未知

当被测温度范围为中低时,选用热电阻较热电偶更方便快捷。

引线电阻误差是测量中的主要误差之一。使用三芯电缆(3芯)连接3线RTD传感器和各自的变送器。这些电缆的电阻称为引线电阻。

变送器和RTD安装在不同的位置。测量误差随变送器与RTD位置距离的增大而增大。

​2线制RTD

引线电阻增加到RTD的电阻中,从而增加了测量误差。2线RTD电路图如下图所示


R1, R2, R3为惠斯通电桥电阻

Rlead引线是特定引线的电阻

RT是RTD的电阻

使用下面公式:

(R1/R2) = (Rx) / (R3)

Rx = (R1/R2)(R3)

这里Rx是RT和两根引线电阻的和。

由此可见,引线电阻在测量中引入了误差。

以PT100为例,其温度系数为0.00385。

假设我们在没有任何引线或直接在2线RTD的端子上测量RTD的电阻。

假设温度是摄氏100度。RTD电阻为138.5 Ω。在这种情况下,测量的电阻显示正确的温度读书。在实际应用中,我们使用一根电缆将RTD连接到变送器。这种电缆电阻称为引线电阻,它将增加到总电阻。

我们用两根引线连接RTD和变松器。如果每根引线电阻为1 Ω

那么总电阻= RTD + (2 ×引线电阻)

总电阻= (138.5 + (2 × 1)) = 140.5 Ω

在这种情况下,根据总电阻值的温度是105.19摄氏度。因此,引线电阻引入的测量误差为5.19℃。

3线制RTD

3线RTD比2线RTD测量更准确。金属丝RTD主要用于工业应用的温度测量。

为什么3线RTD读取比2线RTD更准确?3线RTD电路图如下图所示:


惠斯通桥方程如下

(R1/R2) = (RT+Rlead) / (R3 +Rlead)

在上面的方程中,方程右边部分的分子和分母增加了Rlead,因此比值不受引线电阻的影响。必须注意两根引线的长度相同。因此,引线补偿可以通过3线RTD来实现。

在电桥平衡时,

RT + Rlead = R3 + Rlead

RT = R3

在3线RTD中,引线电阻将在第三根引线的帮助下相互抵消。因此测量不受引线电阻的影响。

在下面两幅图中,对2线制与3线制的热电阻测量误差进行了比较。

在惠斯通电桥,固定电阻R1, R2和R3, 100 Ω,10 V电池提供电源,用于测量100°C的温度与铂电阻RT,在100摄氏度时,其电阻为139.1 Ω。

温度计用在20°C下引线电阻为10Ω的引线连接到桥上,温度计被正确地校准为20°C的环境温度。

假设环境温度升高到30℃时,引线电阻变为11Ω。


可见,3线制的精度比2线制的精度更高。只有当所有引线电阻相等时,引线电阻补偿才准确。否则,由于引线电阻不匹配,会造成温度测量的误差。

4线制​RTD

在4线RTD中,我们不基于电阻来测量温度。我们使用恒流源与两根4线RTD导线串联。我们测量了另两根4线RTD引线的电压降。

根据欧姆定律,V = IR

这里的电流值是常量(非常小)。电压将根据电阻的变化而产生,而电阻的变化又取决于测量的温度。

这就是为什么4线RTD比2或3线RTD更准确的温度测量基于电压信号而不是电阻。

4线RTD电路图如下图所示。


电流在电路中的任何一点都是相等的。它与引线的电阻无关。

电压测量电路的输入阻抗高到足以防止电压引线中任何显著的电流流动。由于没有电流流过,电压沿电位引线的长度不发生变化。

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