Pt100热电阻两线制、三线制和四线制接线对测温精度的影响剖析

[图文]Pt100热电阻两线制、三线制和四线制接线对测温精度的影响

1、Pt100热电阻的三种接线方式在原理上的不同：

二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。

2、Pt100热电阻的三种接线方式对测量精度的影响

连接导线的电阻和接触电阻会对Pt100铂电阻测温精度产生较大影响，铂电阻三线制或者四线制接线方式能有效

消除这种影响。

与热电阻连接的检测设备（温控仪、PLC输入等）都有四个接线端子：I+、I-、V+、V-。其中，I+、I-端是为了

给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测温度变化。请参阅下图：

（1）四线制就是从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，测量精度高，需要导线多。（2）三线制就是引出三线，Pt100B铂电阻接线时电流回路的参端和电压测量回路的参考为一条线（即检测设备的

I-

端子和V-端子短接）。精度稍好。

（3）两线制就使引出两线，Pt100B铂电阻接线时接线时电流回路和电压测量回路合二为一（即检测设备的I-端子和

V-端子短接、I+端子和V+短接短接）。测量精度差。

铂热电阻的接线造成温度失真现象的研究

[ 录入:tai-yan | 时间:2007-07-24 00:44:20 | 作者: | 来源:采集所得 | 浏览:158次 ]

摘要: 项目推广中发现很多矿井主通风机的监测温度经常出现不同程度的虚高现象, 分析其原因是测温线路的接线引起了较大的温度误差。文章对测温线路进行了理论分析, 并通过实验得出导线电阻的大小对温度影响的关系。

0 引言

PT100(铂热电阻) 温度传感器具有精度高、测温范围宽、使用方便等优点, 在工业过程控制和测量系统中得到了广泛的应用。

用铂热电阻测温时, 将铂热电阻接入二次仪表, 例如巡检仪温度模块等, 通过二次仪表测量出铂热电阻的阻值,从而算出温度。这些二次仪器常用的基本类型是采用桥式线路。目前一般采用的方法是三线制接法。可以说, 铂热电阻测温技术应该是非常成熟的。

但是, 我们在项目《通风机在线监测系统》的推广中发现, 90 %的矿井通风机的监测温度是不准确的, 如山西的上榆泉矿、山东的朝阳矿、运河矿、王庄矿等等, 有的高出实际温度十几、二十摄氏度甚至更多。什么样的原因造成这么大的误差? 经过分析实验, 我们发现了问题所在。

1 铂热电阻测温原理

我们先从铂热电阻测温的原理来看。若已知电阻-温度关系, 就可以用测量电阻的方法来推算出温度, 这就是电阻温度传感器的工作原理。

当测温范围不大, 元件长度和截面积随温度改变引起的阻值变化可以忽略时, 热电阻元件的阻值随温度变化可以认为是线性的, 可用式(1) 表示 :

Rt = Rt0 [1 +α( t - t0) ] (1)

其中, t0 表示参考温度; Rt0 表示参考温度下铂热电阻的阻值;α表示电阻元件的平均电阻温度系数, 即电阻元件的温度相对于参考温度每变化1 ℃, 引起铂热电阻阻值相对于参考温度下的增量。对于PT100 , 在t = 0 ℃时, Rt = 100Ω; 当t = t1 时,Rt = Rt1 , 则有 Rt1 = 100 (1 +α×t1) (2)

通过测量t1 温度下PT100 的阻值, 就可以通过上式的公式变形计算出此时测量端的温度。即

t1 =Rt1/100α-1/α (3)

铂热电阻测温电路的原理如图1 所示, 其中, Rt 为铂热电阻, R1 、R2 为固定电阻, R3 为可调电阻, A 为检流计。

电路工作时, 不考虑导线的电阻值, R1 、R2 、R3 、Rt 组成一个平衡电桥,改变R3 电阻的阻值, 直到电桥处于平衡状态,在此情况下, 检流计的对角线无电流通过, 电桥处于平衡位置。则有

R1 ×Rt = R2 ×R3 (4)

令R1 = R2 则R3 = Rt使得R3 的阻值等于铂热电阻的阻值。这样, 就通过电桥的方法测量出t1 温度下铂热电阻的阻值, 可以进一步算出此时的温度

t1 =R3/100α -1/α (5)

实际工程中, 往往铂热电阻到接入端距离很大, 会达到几十米甚至几百米, 这时候导线的阻值就不能不考虑在内了。参照图1 , 考虑导线电阻, 则新的电桥平衡的公式为

R1 ( Rt + Rob) = R2 ( R3 + Roa) (6)

导线采用三芯屏蔽线, a、b、c 三点到o 点的长度相等, 导线电阻值也相等。即

Rob = Roa = Roc

这样两根引线的电阻对称地分别接入等式两边, 因而导线电阻RL 的影响在很大程度上被排除掉了。所以正确的接线方式应是从铂热电阻接出三线, 对应地接入巡检仪或者温度模块。

但是现场安装将铂热电阻接入巡检仪或者模块的时候,很多电工看到说明书上标注的接线图, 为了节约信号线,就从铂热电阻端两线出, 到巡检仪再并出一根线, 三线接入巡检仪。虽然也是三线接入巡检仪(如图2 所示) , 但是对温度有没有影响呢?

要使电桥达到平衡, 则b、d 两点的电位相同, 可以得到电桥平衡式:

R1 ( Rt + Roc + Rob) = R2 R3 (7)

令R1 = R2 ,则R3 = Rt + Rob + Roc , Roa = Rob = Roc= RL 则

R3 = Rt + 2 RL (8)

带入(3) 式, 计算出温度

t1 =R3/100α-1/α=( Rt + 2 RL )/100α -1/α

和(6) 式比较, 得出温度的绝对误差为:

Δt =RL/50α

RL 为导线电阻。可见, 采用这种接法时, 温度误差与导线的电阻成线性关系。

2 实验

实验电缆使用北京百正电缆有限公司生产的RVVP 型号的0.2mm2 电缆。PT100 用常州武翔仪表厂生产的WZP-280L50 型, 测温范围为- 200～420 ℃的铂热电阻, 以及宏格科技生产的系列采集转换模块。

由于PT100 采集温度有一个延时过程, 使巡检仪显示温度较温度计读出温度滞后一定时间, 那么如果用温度计作标定的话就不合