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4线制连接是测量热电阻传感器的最佳和最准确的方案

来源:作者:澳门银河注册发表时间:2018-09-14

    在这篇文章中,澳门银河注册向您解释了热电阻或热电阻温度检测器的工作原理以及2,3和4线连接之间的区别。

    也许您知道在热电阻和RTD(热电阻温度检测器)测量中,您可以使用2,3或4根电线,但也许您真的不记得它们之间的区别,或者这些连接是如何工作的。我知道,承认这件事很令人尴尬。但不要担心 - 我将解释这些事情是如何运作的。

    在本文中,我将简要解释一下热电阻或电阻温度检测器电表的工作原理以及2,3和4线连接的区别。我希望这些信息可以帮助您在工作中实践。

    让我们开始挖掘 - 电阻/热电阻电表如何工作?
    让我们从基础开始构建这个。在谈论电线数量之前,我们先来看一下电阻表是如何工作的。
    开始:电阻表实际上并不直接测量电阻。什么?

    电阻表正常工作的方式是通过待测电阻发送一个小的精确电流,然后测量电阻上形成的电压降。在了解了电流和电压之后,我们的老朋友欧姆定律解决了其余问题。欧姆定律说电阻是电压除以电流,或R = U / I.。

    例如,如果通过电阻器的电流为1 mA(0.001 A)且电阻器上的电压降为0.100 V,则电阻器R = U / I = 0.100 V / 0.001 A = 100 ohm。

    因此,电阻表实际上通过电流和电压测量来测量电阻。

    通常,测量电流约为1 mA,因此如果您测量的电阻为100欧姆,则电阻上会有0.1 V的电压降。较高的电阻范围将使用较小的测量电流。通常,温度变送器使用约0.2mA的电流。我见过变送器的电流从0.1 mA到几mA。并且电流并不总是直流电流,但可以是脉冲电流。

    由于功率耗散,测量电流将导致热电阻探头中的自热,特别是在与周围环境热连接较差的小型热电阻元件中。因此,测量电流应保持较低。

    当然,电阻测量装置本身必须确切地知道用于正确计算的电流。

    也许现在是图表解释的时候了:

 

    在上图中,“电阻表”框对应于电阻(或RTD)表。两个黑点和连接,“R”是您要测量的阻力。

    上图是使用2线连接,因为只有两根导线(测试引线)用于连接电阻。在上图中,导线是理想的,没有电阻。但实际上,所有电线和测试引线都有一定的电阻,触点也总是有电阻。
 

    因此,如果我们考虑电线和连接的电阻(Rw)来说明实际的双线连接,我们将在下面得到以下实用示意图:

    在实践中,这里的一个大问题是电阻表现在将测量总电阻,即“待测电阻”和电线和连接中的所有电阻的组合(串联连接)。

    仪表看到的是Uw + Ur + Uw的总和,虽然它只想看到Ur。结果,电阻计表示电阻,它是R和所有连接电阻的组合。

    因此,结果中存在错误。

    测量总是太高。根据电线和连接,这可能会导致测量中出现巨大错误。在长导线和连接不良的情况下,误差可能是几欧姆(甚至无穷大)。但即使使用高质量的测试引线和剪辑,也总会出现一些错误。

    如果您想进行可靠和精确的电阻(或RTD)测量,请勿使用2线连接。

    如何摆脱2线测量中的这些错误?
    最好的答案是使用4线连接。我们来看看下一个。

    4线电阻测量
    通过4线连接,我们的想法是使用单独的导线来提供测量电流并测量电阻上的电压降。

    对于这种连接,需要4根电线,这就是名称。很合乎逻辑......

    让我们看一张图片来说明4线连接:

   

    您可能想知道,“ 与2线连接相比,这有何不同?“嗯,它与理想的电线和连接没有任何区别,但在现实世界中获得理想的电线非常困难(不可能)。因此,在实践中,随着电线和连接中所有未知的变化电阻,这将产生重大影响。

    这是为什么?嗯,这就是我在这里的目的:

    现在有单独的专用电线,可以通过电阻提供准确的电流。如果这些导线和连接中存在一些电阻,则无关紧要,因为固定电流发生器仍将产生相同的精确电流,并且电流在通过这些连接电阻时不会改变。

    此外,还有用于电压测量的单独导线,它们直接连接到待测电阻的支路上。这些电压测量导线中的任何电阻对电压测量没有任何影响,因为它是一种非常高阻抗的测量。这些导线中几乎没有电流,即使有电阻,也不会产生任何电压降,因此没有误差。

    由于上述原因,4线连接可以精确测量连接电阻(R),即使在所有连接线和连接中都存在电阻。

    因此,4线连接是测量电阻或热电阻传感器的最佳和最准确的方法。

    前面的4线测量图的实用原理图如下图所示,添加了导线和连接电阻(Rw):

   

    3线电阻测量:
    实际上,必须使用/安装4根电线可能有点耗时/昂贵。对4线连接进行了简化修改,这是一种3线连接。是的,你猜对了,它使用了3根电线。

    虽然3线连接不如4线连接那么准确,但如果所有3根线都相似并且它比差2线连接好得多,则非常接近。因此,3线连接已成为许多工业应用的标准。

    在3线连接中,我们的想法是我们移除其中一根导线并假设所有导线的电阻相似。

    现在,让我们看一下3线连接的原理图,包括线电阻:

   

    在上面的示意图中,下部仅具有一根电线。因此,下部连接提醒我们2线连接,而更高的连接就像4线连接。在较高的部分,仪表可以补偿导线电阻,就像4线连接一样。但在下部,它无法补偿导线(Rw3)电阻。

    那么,连接如何工作?
    电阻表具有内部开关,因此它可以首先测量上环的电阻(Rw1 + Rw2的总结),然后将结果除以2并获得这两条线的平均电阻。然后,仪表假定第三根导线(Rw3)具有与Rw1和Rw2的平均值相同的电阻。然后切换到正常连接以测量连接的阻抗R,并使用测量结果中较早测量的导线电阻的结果。

    值得记住的是,只有当所有3根导线和连接都具有相同的电阻时,3线连接才是准确的。如果导线和连接电阻存在差异,则3线连接将导致错误的测量结果。3线测量中的误差可以是(太高或太低),取决于电缆和连接之间的电阻差异。

    在工业应用中,3线连接通常是一个很好的折中方案; 它足够准确,您需要使用比完美的4线测量少一根电线。

    结论:
    要记住的一些事项:
    校准热电阻时,如果可能,请使用4线连接。
    当然,当您校准配置为3线测量的热电阻温度变送器时,您需要使用3根电线。确保使用3根类似的电线并保持良好的接触。
    使用3线热电阻探头时,连接到热电阻变送器,确保与所有3根电线的变送器螺钉保持良好接触。
    在校准中使用热电阻参考探头时,请确保始终使用4线连接。
    切勿对需要准确的任何物体使用2线电阻测量。当然,它可用于故障排除和粗略测量。