【導(dǎo)讀】熱電阻（thermal resistor）是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。
熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類(lèi)較多，最常用的是鉑絲。工業(yè)測(cè)量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。
熱電阻工作原理
熱電阻的測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。熱電阻通常需要把電阻信號(hào)通過(guò)引線(xiàn)傳遞到計(jì)算機(jī)控制裝置或者其它二次儀表上。
熱電阻（圖2）
傳感器的結(jié)構(gòu)： 兩線(xiàn)制：
傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線(xiàn)電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線(xiàn)電阻帶來(lái)的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏高，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。 三線(xiàn)制：
要求引出的三根導(dǎo)線(xiàn)截面積和長(zhǎng)度均相同，測(cè)量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線(xiàn)一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何影響，這樣就消除了導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差，但是必須為全等臂電橋，否則不可能完全消除導(dǎo)線(xiàn)電阻的影響。采用三線(xiàn)制會(huì)大大減小導(dǎo)線(xiàn)電阻帶來(lái)的附加誤差，工業(yè)上一般都采用三線(xiàn)制接法。 四線(xiàn)制：
當(dāng)測(cè)量電阻數(shù)值很小時(shí)，測(cè)試線(xiàn)的電阻可能引入明顯誤差，四線(xiàn)測(cè)量用兩條附加測(cè)試線(xiàn)提供恒定電流，另兩條測(cè)試線(xiàn)測(cè)量未知電阻的電壓降，在電壓表輸入阻抗足夠高的條件下，電流幾乎不流過(guò)電壓表，這樣就可以精確測(cè)量未知電阻上的壓降，計(jì)算得出電阻值 幾線(xiàn)制是指的信號(hào)采用幾根線(xiàn)來(lái)定義的。
電流輸出型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。最典型的是變送器需要兩根電源線(xiàn)，加上兩根電流輸出線(xiàn)，總共要接4根線(xiàn)，稱(chēng)之為四線(xiàn)制變送器。
當(dāng)然，電流輸出可以與電源公用一根線(xiàn)（公用VCC或者GND），可節(jié)省一根線(xiàn)，稱(chēng)之為三線(xiàn)制變送器。
其實(shí)大家可能注意到， 4-20mA電流本身就可以為變送器供電，如圖1所示。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據(jù)傳感器輸出而變化。顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線(xiàn)，因而被稱(chēng)為兩線(xiàn)制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電。這使得兩線(xiàn)制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能。
在工業(yè)應(yīng)用中，測(cè)量點(diǎn)一般在現(xiàn)場(chǎng)，而顯示設(shè)備或者控制設(shè)備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數(shù)十至數(shù)百米。按一百米距離計(jì)算，省去2根信號(hào)傳輸導(dǎo)線(xiàn)意味著成本降低近百元！另外四線(xiàn)制變送器和三線(xiàn)制變送器因?qū)Ь€(xiàn)內(nèi)電流不對(duì)稱(chēng)必須使用昂貴的屏蔽線(xiàn)，而兩線(xiàn)制變送器可使用非常便宜的的雙絞線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)，因此在應(yīng)用中兩線(xiàn)制變送器必然是首選。
兩線(xiàn)制沒(méi)有線(xiàn)路電阻補(bǔ)償，配線(xiàn)簡(jiǎn)單，但要帶進(jìn)引線(xiàn)電阻的附加誤差。因此不適用制造A級(jí)精度的熱電阻，且在使用時(shí)引線(xiàn)及導(dǎo)線(xiàn)都不宜過(guò)長(zhǎng)。
三線(xiàn)制：
有線(xiàn)路電阻補(bǔ)償，可以消除引線(xiàn)電阻的影響，測(cè)量精度高于2線(xiàn)制。作為過(guò)程檢測(cè)元件，其應(yīng)用最廣。
四線(xiàn)制：
在熱電阻的根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線(xiàn)的方式稱(chēng)為四線(xiàn)制，其中兩根引線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過(guò)另兩根引線(xiàn)把U引至PLC。這種引線(xiàn)方式可完全消除引線(xiàn)的電阻影響，但成本較高，主要用于高精度的溫度檢測(cè)。 變送器、傳感器、流量計(jì)等中也有兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制
兩線(xiàn)制是信號(hào)和電源在一起，現(xiàn)在的儀表都采用這種方式。電技術(shù)聯(lián)盟5r/r 6l-T6c7`$L8}）s 四線(xiàn)制是電源和信號(hào)分開(kāi)的，如大功率變送器，220VAC給變送器放大板供電，差動(dòng)變壓器將微位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，放大板將其轉(zhuǎn)換成0-10mA的恒流源送到二次儀表或DCS系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)淘汰了。
問(wèn)題：在壓差/力傳感器和流量計(jì)性能參數(shù)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)輸出信號(hào)：二線(xiàn)制（4～20）mA、三線(xiàn)制（0～10）mA。問(wèn)題是，什么是二線(xiàn)制和三線(xiàn)制，它們的區(qū)別是什么？如何接線(xiàn)？
2線(xiàn)制的優(yōu)點(diǎn)是接線(xiàn)簡(jiǎn)單，只適用一般功率小的一次傳感器，如：壓變、差壓變、溫變、電容式液位計(jì)、射頻導(dǎo)納、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)等。傳感器本身用電由二線(xiàn)制中得到，是必影響其帶載能力。
4線(xiàn)制由于是將電源和功率分開(kāi)，所以本機(jī)的功率與信號(hào)是沒(méi)有功率上的關(guān)聯(lián)的，適用于大功率的的傳感器，如超聲波（由于其為了加大抗干擾能力，所以發(fā)射的功率會(huì)很大，所以此款產(chǎn)品選型時(shí)要盡量四線(xiàn)的，二線(xiàn)的一般抗干擾能力較弱），就不能作成2線(xiàn)的，只能是4線(xiàn)，分別是工作電源2個(gè)，輸出2個(gè)。
問(wèn)題：為什么兩線(xiàn)制儀表的信號(hào)起始零點(diǎn)都是4mA而不是0mA？
由于是兩線(xiàn)傳輸，即采用變送單元的供電電流作為信號(hào)，變送單元需要一定的靜態(tài)工作電流，所以信號(hào)的下限不能選在0mA，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，電流信號(hào)的下限為4mA，即所謂的“活”零點(diǎn)。儀表零點(diǎn)為4mA比0mA安全，便于區(qū)分儀表是斷電還是指示最小。用電流信號(hào)的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無(wú)窮大，導(dǎo)線(xiàn)電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線(xiàn)上可以傳輸數(shù)百米。上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒(méi)有取0mA的原因是為了能檢測(cè)斷線(xiàn)：正常工作時(shí)不會(huì)低于4mA，當(dāng)傳輸線(xiàn)因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線(xiàn)報(bào)警值。
問(wèn)題：兩線(xiàn)制儀表大多是電流輸出信號(hào)，有電壓輸出信號(hào)的嗎？如何取電壓？
電流轉(zhuǎn)換電壓的方法很簡(jiǎn)單，只要在電流傳送回路中串接一個(gè)250歐標(biāo)準(zhǔn)電阻（精度正負(fù)0．05%），在其兩端取出1--5V DC信號(hào)。
熱電阻的信號(hào)連接方式
熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，目前熱電阻的引線(xiàn)主要有三種方式：
熱電阻四線(xiàn)制、三線(xiàn)制、兩線(xiàn)制的區(qū)別對(duì)比分析
1、二線(xiàn)制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線(xiàn)來(lái)引出電阻信號(hào)的方式叫二線(xiàn)制：這種引方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線(xiàn)必然存在引線(xiàn)電阻r，r大小與導(dǎo)線(xiàn)的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，因此這種引線(xiàn)方式只適用于測(cè)量精度較低的場(chǎng)合。
2、三線(xiàn)制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線(xiàn)，另一端連接兩根 引線(xiàn)的方式稱(chēng)為三線(xiàn)制，這種方式通常與 電橋配套使用，可以較好的消除引線(xiàn)電阻 的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的引線(xiàn)電阻。
3、四線(xiàn)制：在熱電阻的根部?jī)啥?/div>
各連接兩根導(dǎo)線(xiàn)的方式稱(chēng)為四線(xiàn)制，其 中兩根引線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I， 把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，再通過(guò)另兩根引 線(xiàn)把U引至二次儀表?？梢?jiàn)這種引線(xiàn)方 式可完全消除引線(xiàn)的電阻影響，主要用 于高精度的溫度檢測(cè)。 這三種接線(xiàn)方法的區(qū)別：
因?yàn)闊犭娮璧淖柚敌?，因此連接導(dǎo)線(xiàn)的電阻以及接觸電阻會(huì)對(duì)其測(cè)溫精度產(chǎn)生較大影響，所以引入三線(xiàn)制或者四線(xiàn)制就是要消除這些影響與熱電阻連接的檢測(cè)設(shè)備（溫控表、PLC輸入等）都有四個(gè)接線(xiàn)端子。I+、I-、V+、V-。
其中，I+、I-端是為了給熱電阻提供恒定的電流，V+、V-是用來(lái)監(jiān)測(cè)熱電阻的電壓變化，依次檢測(cè)溫度變化。 4線(xiàn)就是從熱電阻兩端引出4線(xiàn)，和4個(gè)端子連接。 3線(xiàn)就是引出3線(xiàn)，這需要檢測(cè)設(shè)備方的I-V-短接。 2線(xiàn)就使引出2線(xiàn)，這需要檢測(cè)設(shè)備方的I-V-、I+/V+短接 2、不同的接線(xiàn)方式對(duì)精度的影響：
2線(xiàn)，電流回路和電壓測(cè)量回路合二為一，精度差。
（二線(xiàn)制的誤差主要在電流回路在電纜中產(chǎn)生一定壓降造成的測(cè)量誤差） 3線(xiàn)，電流回路的參考位和電壓測(cè)量回路的參考位為一條線(xiàn)，精度稍好 4線(xiàn)，電路回路和電壓測(cè)量回路獨(dú)立分開(kāi)，精度高，但費(fèi)線(xiàn)。 兩線(xiàn)制輸出接線(xiàn)是當(dāng)前模擬量串口中最先進(jìn)的輸出方式，具有6大優(yōu)點(diǎn)：
（1）不易受寄生熱電偶和沿電線(xiàn)電阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細(xì)的雙絞線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)；
（2）在電流源輸出電阻足夠大時(shí)，經(jīng)磁場(chǎng)耦合感應(yīng)到導(dǎo)線(xiàn)環(huán)路內(nèi)的電壓，不會(huì)產(chǎn)生顯著影響，因?yàn)楦蓴_源引起的電流極小，一般情況利用雙絞線(xiàn)就能降低干擾；
（3）電容性干擾會(huì)導(dǎo)致接收器電阻有關(guān)誤差，對(duì)于4～20mA兩線(xiàn)制環(huán)路，接收器電阻通常為250Ω（取樣Uout＝1～5V）這個(gè)電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此，可以允許的電線(xiàn)長(zhǎng)度比電壓遙測(cè)系統(tǒng)更長(zhǎng)更遠(yuǎn)；
（4）各個(gè)單臺(tái)示讀裝置或記錄裝置可以在電線(xiàn)長(zhǎng)度不等的不同通道間進(jìn)行換接，不因電線(xiàn)長(zhǎng)度的不等造成精度的差異；
（5）將4mA用于零電平，使判斷輸送線(xiàn)開(kāi)路或傳感器損壞（0mA狀態(tài)）十分方便；
（6）在兩線(xiàn)輸出口容易增設(shè)防浪涌和防雷器件，有利于安全防雷防爆。
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