三綫製熱(rè)電阻(zǔ)測溫接綫(xiàn)示(shì)意(yì)圖
熱電阻是(shì)電阻值隨溫度變化的溫度(dù)檢測(cè)元(yuán)件。它是利用物體(tǐ)（常見的是特(tè)定的金屬(shǔ)或半導體材(cái)料）的(dí)導(dǎo)電率隨溫度(dù)變化而變(biàn)化(huà)的(dí)原(yuán)理製成。它的阻(zǔ)值跟溫度的(dí)變(biàn)化成正(zhèng)比(bǐ)，隨著(zhuó)溫(wēn)度上升(shēng)而(ér)成(chéng)匀速增長(cháng)。
使(shǐ)用(yòng)熱(rè)電(diàn)阻測(cè)溫的過程(chéng)實際上是一個(gè)測量置(zhì)於測(cè)量點上(shàng)的(dí)熱電阻的(dí)阻(zǔ)值(zhí)的過程(chéng)。
采用三綫製接(jiē)綫的(dí)原(yuán)因
電阻是基(jī)本電(diàn)參(cān)數之一，其阻值 R 可按(àn)伏安特(tè)性(xìng)定義,即 R＝U／Ｉ，其(qí)中U 為電(diàn)阻兩端的電壓，I 為(wéi)流過電(diàn)阻的電(diàn)流或者(zhě)按功(gōng)率(shuài) P 來(lái)定義(yì),即 R＝P／(Ｉ＾２)。。
可見測量(liáng)熱電阻(zǔ)必須在熱電阻(zǔ)兩(liǎng)端連接(jiē)導綫，而(ér)導綫(xiàn)的(dí)阻值以及阻值(zhí)隨(suí)溫(wēn)度(dù)變化的特(tè)性(xìng)以及(jí)引(yǐn)入的其(qí)它幹擾，必(bì)然會影(yǐng)響(xiǎng)測(cè)量結果。而(ér)要消除這種(zhǒng)影響，就必須(xū)知(zhī)道引綫(xiàn)的狀況，在對熱(rè)電阻進行測量(liáng)的同時(shí)，從引(yǐn)綫的兩(liǎng)端對引(yǐn)綫進行(háng)監(jiān)測。在兩根(gēn)引綫(xiàn)參數(shù)一(yī)致(zhì)的前提(tí)下(xià)，要(yào)知道其(qí)中(zhōng)一(yī)根的(dí)狀況(kuàng)，至少(shǎo)需(xū)要增加(jiā)一根(gēn)導綫，用(yòng)來將測(cè)量引(yǐn)綫中的一(yī)根(gēn)的(dí)現場端(duān)連接(jiē)到儀(yí)表(biǎo)端。這就是(shì)熱(rè)電(diàn)阻的三綫製連接(jiē)的(dí)由來。
電(diàn)橋(qiáo)三綫製(zhì)測(cè)量(liáng)原(yuán)理
熱電(diàn)阻測量儀(yí)表（溫(wēn)度(dù)指示儀(yí)，溫度(dù)變(biàn)送(sòng)器(qì)等）比較常見(jiàn)的是(shì)采用(yòng)電(diàn)橋(qiáo)作(zuò)為(wéi)前(qián)置電路，在(zài)采(cǎi)用(yòng)三綫製的(dí)條件下，能夠有效(xiào)的消(xiāo)除(chú)現場到(dào)控製(zhì)室(shì)之(zhī)間數十(shí)到數千(qiān)米(mǐ)導(dǎo)綫對(duì)的(dí)測(cè)量(liáng)造(zào)成的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)。
為了說明(míng)其(qí)工作原(yuán)理，下麵(miàn)從電橋平衡原理(lǐ)說(shuō)起(qǐ)。
對(duì)圖(tú)一(yī)所示(shì)的(dí)電(diàn)橋(qiáo)，當(dāng)A，C端加上電壓Ue時(shí)，B，D端(duān)的電(diàn)壓：
Uo=Ue×[R2／(R1+R2)]－Ue×[R3／(R3+R4)]
當電橋平衡，即Uo=0時(shí)，有(yǒu)：
Ue×[R2／(R1+R2)]＝Ue×[R3／(R3+R4)]
整理(lǐ)後有：
R1×R3＝R2×R４ 或(huò) R1／R2＝R4／R3
由這(zhè)個(gè)公式(shì)可(kě)以(yǐ)看出(chū)電橋(qiáo)平衡時(shí)：
供(gōng)電電壓Ue波(bō)動(dòng)時，輸出電壓Uo不(bù)變(biàn)；
橋(qiáo)路(lù)的(dí)四個(gè)橋臂(bì)電(diàn)阻(zǔ)R1，R2，R3，R4按(àn)相(xiāng)同比例(lì)變(biàn)化時，輸(shū)出電壓(yā)Uo不(bù)變(biàn)；
相(xiāng)鄰的兩個橋臂電阻(zǔ)（R1，R4，R2，R3，R1，R2，R3，R4）
按(àn)相(xiāng)同比(bǐ)例(lì)變化時，輸(shū)出電(diàn)壓(yā)Uo不變；
在平衡(héng)電(diàn)橋(qiáo)的任意一個橋臂上(shàng)增(zēng)加一個電(diàn)阻R△，如圖(tú)二(èr)所示(shì)。
當(dāng)R△= 0時，電橋仍然(rán)保持平衡(héng)；
當(dāng)R△發(fā)生(shēng)改變(biàn)時(shí)，Uo的(dí)變化僅(jǐn)與R△的(dí)變(biàn)化(huà)相(xiāng)關
這時如(rú)果將R△作為被測熱電阻(zǔ)代入(rù)橋(qiáo)路，橋(qiáo)臂電(diàn)阻(zǔ)的一部分轉(zhuǎn)化為測量接綫的電阻(zǔ)值R1’，R2’，如圖(tú)三(sān)所示。
則(zé)根(gēn)據前(qián)麵(miàn)的分析可(kě)以看出：
當Ra’，Rb’按(àn)相(xiāng)同比例(lì)發(fā)生(shēng)變化(huà)時(shí)，對橋(qiáo)路輸出Uo沒(méi)有(yǒu)影(yǐng)響。Rc變化(huà)會(huì)影響橋(qiáo)路(lù)供電(diàn)電壓，但對輸出Uo沒有影響。橋(qiáo)路(lù)輸出Uo僅和被測(cè)熱電(diàn)阻(zǔ)R△有關(guān)。
在實際測量電(diàn)路(lù)中，電(diàn)橋並(bìng)不一定設計成(chéng)平衡(héng)狀態，熱電(diàn)阻從那(nà)個(gè)橋(qiáo)臂(bì)接入也沒有一(yī)定之規，但采(cǎi)用三(sān)綫(xiàn)製(zhì)接(jiē)法(fǎ)，利用電(diàn)橋的(dí)平衡能力(lì)消除連(lián)接(jiē)導綫(xiàn)影(yǐng)響的(dí)基本(běn)原理是(shì)相通(tōng)的。
以電(diàn)橋(qiáo)作為熱電(diàn)阻測(cè)溫(wēn)儀(yí)表(biǎo)的(dí)前置電(diàn)路(lù)，可以將(jiāng)熱電(diàn)阻的(dí)阻值直接(jiē)轉換成(chéng)相應的電壓，對(duì)後續電路沒有嚴格(gé)要求，同(tóng)時可(kě)以有效(xiào)克服(fú)接綫電阻(zǔ)對測量的影(yǐng)響。通(tōng)過(guò)對橋(qiáo)路(lù)參(cān)數的(dí)合理(lǐ)選(xuǎn)擇(zé)，可(kě)以使儀(yí)表獲(huò)得(dé)良(liáng)好的抗(kàng)幹擾能力(lì)，所以在熱(rè)電阻(zǔ)測溫儀表中(zhōng)廣泛(fàn)采用。
其(qí)它三(sān)綫(xiàn)製測量(liáng)方(fāng)法近些(xiē)年(nián)來(lái)，隨著(zhuó)大規模(mó)集成(chéng)電路的發展，出現了一(yī)些無需(xū)采用(yòng)前置電橋而測量熱(rè)電阻阻(zǔ)值(zhí)的儀表(biǎo)，一些儀表(biǎo)廠商還開(kāi)發(fā)出了(liǎo)具有完整溫度(dù)變送器功(gōng)能的(dí)集(jí)成模(mó)塊。雖然這些測量儀表方(fāng)式多種(zhǒng)多樣(yàng)，但(dàn)是有一點(diǎn)是無法(fǎ)改(gǎi)變的，就是(shì)如果(guǒ)要(yào)消除(chú)接(jiē)綫(xiàn)電路對測(cè)量(liáng)的影響(xiǎng)，就至少需(xū)要知(zhī)道其中一根(gēn)導綫所(suǒ)產生(shēng)的(dí)影(yǐng)響。也就是(shì)說除(chú)非(fēi)可以忽略連接(jiē)導綫對測量的(dí)影(yǐng)響，否則至少需(xū)要(yào)三(sān)根連綫。
圖(tú)四是一個集(jí)成溫度變(biàn)送器(qì)前置部(bù)分(fēn)的原理示(shì)意：當恒流(liú)電(diàn)流(liú)流(liú)經(jīng)綫(xiàn)路(lù)電(diàn)阻(zǔ)Ra，Rb和測(cè)溫電(diàn)阻(zǔ)R△時將分別在這三個電(diàn)阻上(shàng)產(chǎn)生電(diàn)壓(yā)。不(bù)難看出(chū)，當三個導(dǎo)綫(xiàn)電阻一致時，恒流電(diàn)流流經R△所產生的電(diàn)壓，等於V2－V1。很顯然當三個(gè)導綫電(diàn)阻發(fā)生等量變(biàn)化(huà)時，這個關係依(yī)然成(chéng)立(lì)。
三綫(xiàn)製測(cè)量對導綫的要求
從(cóng)上(shàng)麵的原理(lǐ)分析(xī)可以看出(chū)，無論采用哪(nǎ)種方(fāng)法(fǎ)，要消除(chú)導(dǎo)綫Ra，Rb對於測量(liáng)的(dí)影響，都(dū)有(yǒu)一個要(yào)求(qiú)兩根導(dǎo)綫(xiàn)的(dí)阻值以(yǐ)及(jí)在受(shòu)環(huán)境(jìng)影響發生的變(biàn)化(huà)量都(dū)*一致的(dí)要求。
同時(shí)對(duì)於導綫Rc，雖然(rán)從(cóng)理(lǐ)論上對測(cè)量(liáng)不(bù)會發(fā)生影(yǐng)響，但那隻(zhī)是在(zài)理(lǐ)想(xiǎng)狀(zhuàng)態(tài)下(xià)的(dí)推導，實際工(gōng)作中(zhōng)，仍然(rán)會對(duì)測量產生(shēng)影(yǐng)響，而要(yào)消除(chú)這種(zhǒng)影(yǐng)響，就(jiù)必須(xū)對這根(gēn)導(dǎo)綫(xiàn)的(dí)狀(zhuàng)態有所(suǒ)了解(jiě)，zui簡(jiǎn)單(dān)的做法，就是讓(ràng)這根綫和其它兩根綫保持(chí)一致。
所以(yǐ)在采用三(sān)綫製(zhì)接(jiē)綫要(yào)求(qiú)采用(yòng)相(xiāng)同阻值(zhí)和(hé)材質的導(dǎo)綫(xiàn)，zui簡單(dān)的方法就(jiù)是：采用同規(guī)格同材(cái)質(zhì)的導綫，例如使(shǐ)用三(sān)芯電纜；同時(shí)避(bì)免或減(jiǎn)少中間接(jiē)頭(tóu)，因為接頭(tóu)的質(zhì)量(liáng)有可能對(duì)測量產生(shēng)影(yǐng)響(xiǎng)。
