两线制热电阻测量
二线制是最简单的接线配置。在这种接线配置下,RTD元件的两端都有一根导线,并直接连接到了测量电路
由于激励电流流经了两段导线和元件电阻,所以实际测到的阻值为:
R T= R A+ R B+ R X
其中R T为实际测到的电阻,R X为元件的电阻,R A和RB分别为两端导线的电阻。
由仿真可以看出,由于导线电阻R7 和 R9的存在,被测电阻R6两端的实际电压为110mV。
经过仪用运放之后的输出电压为109.94mV (运放 G= 1)
因此,二线制配置下的测量结果会比预期值更高。为了避免引入的相对误差过大,二线制RTD的导线不宜过长,元件电阻不宜过小,并且不适合用于需要高精度温度测量的应用场景。
三线制热电阻测量
三线制是最常见的接线配置。在这种接线配置下,RTD的元件两侧分别有一根导线和两个导线:
根据叠加定理
1、当恒流源Ia作用时,恒流源Ib开路处理
说明:测量电路一般为仪用运放,运放的输入端为高阻,没有电流流过,故也可理解为开路。
Ua= URA+URX+URC
2、当恒流源Ib作用时,恒流源Ia开路处理
Ub= URB+URC
3、三线制RTD的三个导线的长度和材料、截面积相等,所以它们的阻值相等。
所以:RA = RB = RC
又 Ia = Ib
Ua- Ub = URA+URX+URC-URB-URC = URx
由仿真可以看出,即使由于导线电阻R10 和 R11 R12 的存在,被测电阻R8两端的实际电压为100mV。
经过仪用运放之后的输出电压为99.94mV (运放 G= 1)
需要注意:实际应用中,三根导线的电阻值并不可能完全相同,也不存在两个完全匹配的电流源,所以导线电阻带来的误差并不能完全被消除
四线制热电阻测量
四线制是最复杂和昂贵的接线配置,测量结果最为准确。在这种接线配置下,RTD的两端各有两根导线:
使用四线制时,一对导线用于输出和收回激励电流,另一对导线用于测量电势差。由于用于测量电势差的导线RA 和 RB上没有电流经过,所以不会引入导线上的寄生电阻所带来的误差。
由仿真可以看出,即使由于导线电阻R14 和 R15 R16 R17的存在,被测电阻R13两端的实际电压为100mV。
经过仪用运放之后的输出电压为99.94mV (运放 G= 1)
同时可以发现即使当导线的电阻不等时,依旧对测量结果没有影响。
为什么不用惠更斯电桥测电阻
关于如何使用电桥测电阻,可以参看下面的博客
使用电桥测量电阻对电阻的要求以及电源的要求太过苛刻,需要控制的变量比较多,测出来的电阻阻值也受多个因素的影响,故不多采用电桥测量电阻。