热电阻引线制式比较

引线电阻为何成为误差源

热电阻 $R_t$ 本身是电桥的一个桥臂，但它必须通过铜导线与电桥其余部分相连。设每根引线电阻为 $r$，在二线制中，两根引线全部串入传感臂，电桥实际感受到的电阻是 $R_t+2r$，而不是 $R_t$。于是平衡方程解出的量包含了引线电阻，产生附加误差。

更麻烦的是，铜导线电阻本身随环境温度变化。若引线只接在一个桥臂，引线电阻的变化量会与热电阻 $R_t$ 的变化量叠加，使仪表读数既反映被测温度，又反映环境温度对导线的影响，形成附加温度误差。

三线制的平衡关系

三线制把热电阻的一端用两根引线分别接到电桥的两个相邻桥臂，另一端用第三根引线接电源支路。设桥臂为 $R_1$、$R_2$、$R_3$ 和含热电阻的臂，热电阻臂中串有调节电阻 $R_a$，引线电阻 $r$ 按接入位置进入平衡方程。课件给出的平衡条件为

当相邻两桥臂取相同定值电阻，即 $R_1=R_2$ 时，代入上式得

式中 $R_t$ 为热电阻阻值，$R_3$ 为可调电阻读数，$R_a$ 为调节电阻，单位均为欧姆（$\mathrm{\Omega }$）。结果中不含 $r$，说明在等臂、等引线条件下，引线电阻被抵消。

抵消成立的条件与残差

三线制的抵消不是无条件的。它要求两根接入相邻桥臂的引线电阻相等，且桥臂 $R_1=R_2$。若引线电阻不等，或桥臂不相等，抵消就不完全。

课件还指出，对于不平衡电桥，三线制仅在仪表刻度始点能实现全补偿，满刻度时附加误差最大；此外，电流流过电源侧那根引线时产生的电压降随温度变化，仍会带来附加温度误差。因此三线制适用于一般精度的工业测量，误差减小是有限度的。

四线制与寄生热电势

精密测量采用四线制。热电阻用四根引线接入：两根用于电流激励，两根用于电压检测。这样，引线电阻不进入电压检测回路，从而消除热电阻与测量仪表之间连接导线电阻的影响。

四线制主要消除引线电阻压降对电压检测回路的影响，并不能自动消除任意寄生热电势。寄生热电势来自不同金属连接处的温差，例如导线与热电阻、导线与接线端之间；要抑制它，需使各接点对称等温、采用反向电流或交流读出等措施。四线制把调零电位器 $R_a$ 与检流计串联，其接触电阻的不稳定不会破坏电桥平衡，因为接触电阻不在平衡回路内。

自热限制

无论哪种引线制式，流过热电阻的电流都会产生焦耳热，使热电阻自身温度高于被测介质温度，造成自热误差。为避免这种加热效应，流过热电阻的电流应尽量小；课件给出的 $10\mathrm{m}\mathrm{A}$、$4\sim 5\mathrm{m}\mathrm{A}$ 只是教材示例，不能作为所有 RTD 测量电路统一限值。自热电流上限应按元件允许误差、实际耗散功率与散热条件确定。

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。