热电阻四线制桥式测量电路

四线制桥式测量电路的基本结构

热电阻四线制测量电路以惠斯通电桥为基础，热电阻 $R_t$ 通过四根引线接入电桥。其中两根引线用于向 $R_t$ 提供电流激励，另外两根引线用于检测 $R_t$ 两端的电压。电桥的电源为 $E$，检流计 $G$ 接在电桥的中间支路，调零电位器 $R_a$ 与检流计串联。电桥其余桥臂通常由电阻 $R_1$、$R_2$、$R_3$ 构成。

导线电阻的消除原理

在四线制连接中，电流激励引线承载激励电流，其导线电阻与热电阻串联，但电压检测引线只流过极小的检流计电流，因此检测引线上的电压降可忽略。四线制采用独立的电流激励端与电压检测端（Kelvin 接法）：激励引线的压降落在电压检测端之外，电压检测端直接反映 $R_t$ 两端的真实电压。在电桥平衡（检流计指零）且电压检测端为高阻抗、检测电流可忽略的条件下，引线电阻不进入桥臂比例关系，导线电阻的变化不会破坏电桥平衡，也不会引入测量误差。

寄生热电势的抵消

测量线路中，不同金属连接处可能产生寄生热电势，用 $E_p$ 表示。在四线制电桥中，寄生热电势沿引线分布。只有在检测回路各接点材料相同且温度对称相等（等温）时，位于检测回路中的寄生热电势才方向相反、大小相等，在电桥平衡时相互抵消，从而不产生附加的检流计偏转；若接点温度或材料不对称，则需采用电流换向或交流读出进一步抑制。这一特性使四线制电路适用于存在寄生热电势的高精度实验室测量。

调零电位器接触电阻的影响

调零电位器 $R_a$ 与检流计 $G$ 串联，其接触电阻的变化只影响检流计支路的总电阻，不改变电桥各桥臂的电阻比值。因此，$R_a$ 接触电阻的不稳定不会破坏电桥平衡，调零操作仍可正常进行。

自热限制

热电阻中流过的电流会产生焦耳热，使热电阻自身温度升高，导致测量值偏离实际温度。为减小这种自热效应，流过热电阻的电流应尽量小。根据课件，一般要求电流小于 $10\mathrm{m}\mathrm{A}$，小负荷条件下为 $4\sim 5\mathrm{m}\mathrm{A}$。该限制适用于需要保证测量精度的场合。

符号与单位

$R_t$：热电阻，单位 $\mathrm{\Omega }$；$R_1,R_2,R_3$：电桥桥臂电阻，单位 $\mathrm{\Omega }$；$R_a$：调零电位器，单位 $\mathrm{\Omega }$；$E$：电桥电源，单位 $\mathrm{V}$；$G$：检流计；$E_p$：寄生热电势，单位 $\mathrm{V}$；$r$：导线电阻，单位 $\mathrm{\Omega }$；电流单位 $\mathrm{m}\mathrm{A}$。

自热电流上限按元件允许误差及散热系数确定，教材10 mA、4～5 mA是示例，不能作所有RTD测量统一限值。四线连接主要消除引线压降，寄生热电势须靠对称等温、反向电流或交流读出进一步抑制；四线制本身不会自动消除任意热电势。