有什么区别 2-, 3-, 和 4 线 RTD 传感器?

电阻温度探测器 (RTD) 是一种温度传感器，由于其精度而广泛应用于各种工业应用, 重复性, 和稳定性. 这些设备通过感测材料温度变化时电阻的变化来测量温度.

之间的主要区别 2-, 3-, 和 4 线 RTD 传感器的关键在于它们如何处理连接线的电阻, 2 线测量最不准确，因为它在测量中包含了线电阻, 3-电线部分补偿它, 4线完全消除了线电阻, 提供最高精度, 但实施起来也是最复杂、最昂贵的; 使 3 线成为工业应用最常用的选项.

2-有线热电阻:
最简单的设计, 最便宜的.
测量 RTD 元件和连接线的电阻, 导致读数不准确，尤其是在导线长度较长的情况下.
适用于精度要求不高的应用.

3-有线热电阻:
使用额外的电线来部分补偿连接线的电阻.
与 2 线相比，精度更高, 使其成为工业环境中最常用的.
在准确性和成本之间提供良好的平衡.

4-有线热电阻:
被认为是最准确的配置，因为它将 RTD 元件的电阻与连接线完全隔离.
需要更复杂的电路，常用于需要高精度的实验室应用.
需要记住的要点:
准确性: 4-金属丝 > 3-金属丝 > 2-金属丝
成本: 2-金属丝 < 3-金属丝 < 4-金属丝
应用: 2-用于基本应用的电线, 3-适用于大多数工业用途的电线, 4-用于高精度测量的线材

适用于工业和医疗设备的不锈钢 RTD 铂热电阻温度传感器

用于管道的 TPE 注射温度传感器 RTD PT100

4-用于温度变送器的线 RTD 铂热电阻传感器

RTD 探头有多种配置可供选择, 包括 2 线, 3-金属丝, 和 4 线型号. 这些类型之间存在显着差异，在为应用选择适当的器件时必须考虑这些差异.
需要考虑的因素

在 2 线制之间进行选择时, 3-金属丝, 和 4 线 RTD 传感器, 有几个因素需要考虑, 包括:

环境因素
某些环境因素, 例如高水平的电噪声或干扰, 会产生干扰，从而导致测量误差.

申请要求
不同的应用需要不同的精度阈值. 传感器为特定应用提供足够的精度是绝对必要的.

预算限制
为任何特定应用选择 RTD 时, 成本是一个重要的考虑因素. 因为4线配置涉及更多元件, 4-线 RTD 往往比 2 线或 3 线 RTD 更昂贵.
RTD 电线配置类型

RTD 电路的配置方式决定了传感器电阻的计算精度以及电路中的外部电阻有多大程度会扭曲温度读数.

三种配置类型中的每一种, 2-金属丝, 3-金属丝, 和 4 线, 有自己的优点和缺点, 选择正确的取决于应用. 通过了解每种配置的特点, 工程师和技术人员可以确保 RTD 传感器得到最有效的使用.

2-RTD 接线配置
2 线 RTD 配置是最简单的 RTD 电路设计. 在这个串行配置中, 单根引线将 RTD 元件的每一端连接到监控设备. 因为为电路计算的电阻包括电线和 RTD 连接器之间的电阻以及元件中的电阻, 结果总会包含一定程度的错误.

2-RTD铂电阻温度传感器接线配置图

圆圈代表校准点处的单元边界. 电阻 RE 取自电阻元件, 这个值将为我们提供准确的温度测量. 很遗憾, 当我们进行电阻测量时, 仪器将显示 RTOTAL:

其中 RT = R1 + R2 + R3

这将产生比实际测量的温度读数更高的温度读数. 虽然可以通过使用高质量的测试引线和连接器来减少此错误, 不可能完全消除.

所以, 2 线 RTD 配置在与高电阻传感器一起使用或在不需要极高精确度的应用中最有用.

3-RTD 接线配置
3 线 RTD 配置是最常用的 RTD 电路设计，常见于工业过程和监控应用中. 在此配置中, 两根电线将传感元件连接到传感元件一侧的监控设备，一根电线将其连接在另一侧.

3-RTD铂电阻温度传感器接线配置图

如果使用三根相同类型且长度相等的电线, 那么 R1 = R2 = R3. 通过测量引线的电阻 1 和 2 和电阻元件, 系统总阻力 (R1 + R2 + 关于) 被测量.

如果电阻也通过引线测量 2 和 3 (R2 + R3), 我们只有引线的电阻, 由于所有引线电阻都相等, 减去该值 (R2 + R3) 从系统总阻力 ( R1 + R2 + 关于) 只留下RE, 并进行了准确的温度测量.

由于这是平均结果, 仅当所有三根线具有相同的电阻时，测量才会准确.

4-RTD 接线配置
此配置最复杂，因此安装最耗时且成本最高, 但它会产生最准确的结果.
电桥输出电压间接指示RTD电阻. 桥需要四根连接线, 外部电源, 和三个零温度系数电阻. 防止三个电桥电阻承受与RTD传感器相同的温度, RTD 通过一对延长线与电桥隔离.

4-RTD铂电阻温度传感器接线配置图

这些延长线重现了我们最初遇到的问题: 延长线的电阻影响温度读数. 通过使用三线桥配置可以最大限度地减少这种影响.

在 4 线 RTD 配置中, 两条电线将传感元件连接到传感元件两侧的监控设备. 一组电线提供测量电流, 另一组电线测量电阻器两端的电压降.

采用 4 线配置, 仪器提供恒定电流 (我) 通过外部线索 1 和 4. RTD 惠斯通电桥在电阻变化和电桥输出电压变化之间建立非线性关系. 由于需要额外的方程将电桥输出电压转换为等效 RTD 阻抗，RTD 本来就非线性的温度电阻特性变得更加复杂.

在内引线上测量电压降 2 和 3. 所以, 由 V = IR, 我们只知道元素的电阻, 不受引线电阻的影响. 如果使用不同的引线，这只是相对于 3 线配置的优势, 这种情况很少发生.

这种 4 线桥设计完全补偿了引线及其之间的连接器中的所有电阻. 4 线 RTD 配置主要用于实验室和其他需要高精度的环境.

2-闭环线路配置

另一个配置选项, 虽然今天很少见, 是标准 2 线配置，旁边有一个闭合的电线环. 此配置的功能与 3 线配置相同, 但使用额外的电线来实现这一点. 提供一对单独的导线作为环路，为引线电阻和引线电阻的环境变化提供补偿.

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结论

RTD 配置是工业中的宝贵工具 – 能够满足大多数精度要求. 通过正确的配置选择, RTD 探头可以提供在各种恶劣环境下可靠且可重复的精确测量. 达到最佳效果, 充分了解可用的不同类型的电线配置并选择最适合应用需求的一种非常重要. 有了正确的配置, RTD 传感器能够提供准确可靠的温度测量.