四線制檢測法測量熱電阻的測溫原理

[摘要]文章從四線制檢測法測量熱電阻的電路原理入手，通過建立電路模型的方式，對其測溫原理展開研究，并對使用該檢測法檢測三線制和四線制熱電阻時為何能消除熱電阻內(nèi)部引線電阻影響,而檢測兩線制熱電阻時卻不能消除該影響的原因進行了詳細闡述。
1.引言
      熱電阻作為一種常見的溫度傳感器，在測溫領(lǐng)域有著廣泛的應用。按照接線方式的分類，熱電阻可以分為兩線制、三線制和四線制熱電阻。在檢測以上三種熱電阻時，都應采用四線制檢測法，因為該檢測法可以消除三線制和四線制熱電阻內(nèi)部引線電阻的影響。但是為何采用四線制檢測法就可以消除這種影響，JJG229--2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻檢定規(guī)程》并未進行詳細說明。本文就這個問題，通過建立電路模.型的方式，對其測溫原理展開研究并得出相關(guān)結(jié)論。
2.四線制電測儀器的電路模型
      四線制檢測法測量熱電阻所用到的電測儀器電路模型如圖1.該原理采用電流、電壓法。在四個測量端子中，有一對(23)為電流端子，提供一恒定電流，另一對(14)為電壓測量端子，用來測量熱電阻.上的電壓?？梢?，用四線制檢測法來測量熱電阻，并非直接測量其電阻值，而是通過提供一個恒定電流I,測量出加載到熱電阻上的電壓值U，通過歐姆定律(R=U/I)來間接地測出待檢熱電阻的阻值R。

3.利用四線制檢測法檢測各類型熱電阻的測溫原理和電路模型
31檢測兩線制熱電阻的測溫原理和電路模型
       四線制檢測法測量兩線制熱電阻的電路模型如圖2所示。其中R為待檢熱電阻的感溫元件電阻值，rl為從感溫元件連接點到熱電阻端子間內(nèi)引線的等效電阻，r2為電測儀器與熱電阻端子間外引線的等效電阻。
       在檢測時，電測僅器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻，如圖2所示。而電測儀器的電壓測量端即(14)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過的電阻產(chǎn)生，故U=Ix(R+2r;)，反應在電測儀器顯示屏.上的熱電阻阻值為U/=R+2rl.也就是說，利用四線制檢測法來測量兩線制熱電阻，可以消除電測儀器與熱電阻端子間外引線電阻r2的影響，但是依然不能消除從感溫元件連接點到熱電阻端子間內(nèi)引線電阻rl的影響。

32檢測三線制熱電阻的測溫原理和電路模型
      在檢測三線制熱電阻的阻值時，需要分兩步測量。第一步的電路模型如圖3所示，電測儀器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻。而電測僅器的電壓測量端即(1,4)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過的電阻產(chǎn)生，故U=I×(R+r;),反應在電測儀器顯示屏上的熱電阻阻值為R1=U/=R+rl。
      第二步的電路模型如圖4所示。電測儀器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻。而電測儀器的電壓測量端即(1,4)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過的電阻產(chǎn)生，故U=I×(R+2r1)反應在電測儀器顯示屏上的熱電阻阻值為R2=U/=R+2rl。
      由以上兩次測量，我們就可以算出熱電阻感溫元件的阻值R=2R1-R2。也就是說利用四線制檢測法對三線制熱電阻進行兩次測量，就可以完全消除從感溫元件連接點到熱電阻端子間內(nèi)引線電阻rl和電測儀器與熱電阻端子間外引線電阻r2的影響。


33檢測四線制熱電阻的測溫原理和電路模型
      四線制檢測法測量四線制熱電阻的電路模型如圖5所示。電測儀器提供的恒定電流I流經(jīng)其環(huán)路內(nèi)的所有電阻。而電測儀器的電壓測量端即(1,4)端子所加載到的電壓只有在其環(huán)路內(nèi)恒定電流I經(jīng)過的電阻產(chǎn)生，故U=I×R,反應在電測僅器顯示屏上的熱電阻阻值為U/=R。也就是說，用四線制檢測法來測量四線制熱電阻，一次測量就可以完全消除從感溫元件連接點到熱電阻端子間內(nèi)引線電阻rl和電測儀器與熱電阻端子間外引線電阻r2的影響。

4.結(jié)束語
      本文通過建立電路模型的方法，利用基本的電學知識解釋了四線制檢測法測量熱電阻的測溫原理，讓我們對檢定規(guī)程上所介紹的檢定方法有了更為深入的理論認識。在實際的檢測工作中，對檢定規(guī)程中未說明清楚的問題多問一個為什么，并努力查閱資料去理解掌握它，是一種積極的工作態(tài)度。此外，各學科知識的交叉綜合運用，也是計量發(fā)展對檢定員提出的新要求。