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電阻測量中2、3或4線連接–如何工作以及使用哪種?

來源: 作者: 發布日期:2020-05-28

       在此文章中,我將說明電阻或RTD儀表的工作原理以及2、3和4線連接之間的區別。

       也許您知道,在電阻和RTD(電阻溫度檢測器)測量中,您可以使用2、3或4根線,但是您可能真的不記得它們之間的區別是什么,或者這些連接是如何工作的。我知道這令人尷尬。但請放心-我將解釋這些方法的工作原理。閱讀此書,然后您就會知道。我們不必告訴任何人您是從我這里學到的,讓我們之間保持聯系... ;-)
 
        在這篇文章中,我簡短地解釋了電阻或RTD表的工作原理以及2、3和4線連接之間的區別。我希望此信息對您的工作實踐有所幫助。
 
讓我們開始深入研究-電阻/ RTD儀表如何工作?
        讓我們從基礎開始構建。在討論導線數量之前,讓我們首先看一下電阻計的工作原理。
 
首先,電阻計實際上并不直接測量電阻。 什么?
 
        電阻計正常工作的方式是通過向要測量的電阻發送一個小的準確電流,然后測量在電阻上形成的電壓降。在知道電流和電壓后,我們的好朋友歐姆定律解決了其余問題。歐姆定律表示,電阻電壓通過電流,或分割  R = U / I。
 
        例如,如果有1 mA(0.001 A)的電流流經電阻,并且電阻上的壓降為0.100 V,則電阻為R = U / I = 0.100 V / 0.001 A = 100 ohm。
 
        因此,電阻表實際上是通過電流和電壓測量來測量電阻的。
 
        通常,測量電流約為1 mA,因此,如果要測量100歐姆的電阻,則該電阻上會有0.1 V的壓降。較高的電阻范圍將使用較小的測量電流。溫度變送器通常使用約0.2 mA的電流。我見過電流從0.1 mA到幾mA的變送器。電流并不總是直流電流,而是可以脈沖的。
 
        由于功耗,測量電流將導致RTD探頭自發熱,尤其是在與周圍環境熱連接不良的小型RTD元件中。因此,測量電流應保持較低。在另一篇文章中進一步了解RTD探針…
 
        當然,電阻測量設備本身必須確切知道它正在使用什么電流才能正確進行計算。
 
        也許是時候用一張圖解釋一下:
“電阻表”框對應一個電阻(或RTD)表
        在上圖中,“電阻表”框對應一個電阻(或RTD)表。兩個黑點和連接點,“ R”是您要測量的電阻。
 
        上圖使用  2線連接,因為只有兩根線(測試線)用于連接電阻。在上圖中,電線是理想的,其中沒有電阻。但實際上,所有導線和測試導線都具有一定的電阻,并且觸點也始終具有電阻。
 
        因此,如果我們考慮導線和連接的電阻(Rw)來說明實際的兩線連接,則會獲得以下實際示意圖:
導線和連接的電阻(Rw)來說明實際的兩線連接
        實際上,這里的非常大問題是電阻計現在將測量總電阻,該總電阻是“待測電阻”與電線和連接中所有電阻的組合(串聯)。
 
        儀表看到的是Uw + Ur + Uw的總和,盡管它只希望看到Ur。結果,電阻表顯示的電阻是R和所有連接電阻的組合。 
 
        因此,結果有誤。
 
        測量值始終過高。根據電線和連接,這可能會導致測量中的巨大誤差。如果導線較長且連接不良,則誤差可能為幾歐姆(甚至無限大)。但是,即使使用高質量的測試線和線夾,也始終會出現一些錯誤。
 
        如果要進行可靠,準確的電阻(或RTD)測量,切勿使用2線制連接。
 
如何從2線制測量中消除這些誤差?
 
        非常好的答案是使用4線連接。接下來讓我們看看。
 
4、線電阻測量
        使用4線連接時,其想法是使用單獨的線來傳輸測量電流并測量電阻上的電壓降。
 
        對于這種連接,需要使用4根導線,從而得出名稱。很合邏輯...
 
讓我們看一下圖來說明4線連接:
4線連接
        您可能會想,“ 與2線制連接相比,這有什么區別?嗯,理想的電線和連接不會有任何區別,但是在現實世界中獲得理想的電線是非常困難的(不可能)。因此,在實踐中,由于導線和連接中所有未知的變化電阻,  這將帶來所有不同。 
 
這是為什么?好吧,這就是我在這里的目的:
 
        現在有單獨的專用線,它們將通過電阻傳遞準確的電流。如果這些電線和連接中存在一定電阻,則沒關系,因為固定電流發生器仍將產生相同的準確電流,并且電流通過這些連接電阻時不會改變。
 
        此外,還有用于電壓測量的單獨電線,它們直接連接到要測量的電阻的分支。這些電壓測量線中的任何電阻都不會對電壓測量產生任何影響,因為這是非常高的阻抗測量。這些電線中實際上沒有電流,即使會有電阻,也不會引起任何電壓降,因此沒有錯誤。
 
        由于上述原因,即使所有連接線和連接中都存在電阻,四線連接也可以準確測量連接的電阻(R)。
 
        因此,四線連接是測量電阻或RTD傳感器的非常佳,非常準確的方法。 
 
較早的4線制測量圖的實用示意圖如下圖所示,其中增加了線和連接電阻(Rw):
電阻測量中2、3或4線連接–如何工作以及使用哪種?
3線電阻測量
        在實踐中,必須使用/安裝4條電線可能會很耗時/昂貴。4線連接有一個簡化的修改,即3線連接。是的,您猜對了,它使用3條線。
 
        盡管3線連接的精度不如4線連接,但如果所有3根線都相似,則連接非常緊密,遠比2線連接差。因此,三線連接已成為許多工業應用中的標準。
 
        在3線連接中,我們的想法是刪除其中一根線,并假設所有線的電阻都相似。
 
現在,讓我們看一下3線連接的原理圖,其中包括線電阻:
電阻測量中2、3或4線連接–如何工作以及使用哪種?
        在上面的示意圖中,下部只有一根導線。因此,下部連接使我們想起2線制連接,而較高的連接就像4線制連接。在較高的部分,電表可以補償導線電阻,就像在4線制連接中一樣。但是在下部,它無法補償導線(Rw3)的電阻。
 
那么,連接如何工作?
 
        電阻計具有內部開關,因此它可以首先僅測量上回路的電阻(Rw1 + Rw2的總和),然后將其結果除以2,得到這兩條線的平均電阻。然后,電表假定第三根導線(Rw3)的電阻與Rw1和Rw2的平均值相同。然后,它切換到正常連接(如圖所示)以測量已連接的阻抗R,并在測量結果中使用較早測量的導線電阻的結果。
 
        謹記,只有當所有3根導線和連接都具有相同的電阻時,  3線連接才是準確的。 如果電線和連接電阻存在差異,則三線連接將導致錯誤的測量結果。3線制測量中的誤差可能是兩種方式(太高或太低),具體取決于電纜和連接之間的電阻差。
 
        在工業應用中,三線連接通常是一個不錯的選擇。它足夠精確,與理想的4線制測量相比,您需要使用的線數更少。
 
結論
需要記住的幾件事:
        校準RTD的電阻時,請盡可能使用4線制連接。
        當然,當校準配置為3線測量的RTD溫度變送器時,需要使用3線。確保使用3條相似的電線,并且接觸良好。
        在過程中使用3線RTD探針連接到RTD變送器時,請確保3根導線的變送器螺釘接觸良好。
        在校準中使用RTD參考探頭時,請確保始終使用4線連接。
        切勿將2線電阻測量用于需要精確的任何事情。當然,它可用于故障排除和粗略測量。
 
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