热电阻引线电阻与四线制Kelvin接法

热电阻引线电阻与四线制Kelvin接法

1. 导线电阻

连接热电阻与测量电路的导线本身具有电阻，称为导线电阻或引线电阻。对于均匀材质的导线，其电阻 $R_w$ 满足：

其中 $\rho$ 为导线材料的电阻率，$L$ 为导线长度，$A$ 为导线截面积。该式表明：导线电阻与长度成正比，与截面积成反比。

导线电阻还随温度变化。在温度变化范围不大时，可近似表示为：

其中 $R_{w0}$ 为参考温度 $T_0$ 下的导线电阻，$\alpha$ 为电阻温度系数，$T$ 为当前温度。

2. 引线压降

当电流 $I$ 流过导线时，因导线电阻而产生电压降，称为引线压降：

在热电阻测量中，引线压降会与热电阻本身的电压叠加，导致测量误差。

3. 两线制接法的问题

两线制接法将热电阻的两端各用一根导线连接到测量电路。设每根引线电阻为 $r$，则测量回路中总电阻为：

其中 $R_t$ 为热电阻的真实阻值。测量得到的电压为：

因此，引线电阻 $2r$ 直接进入测量结果，产生附加误差。若引线电阻随环境温度变化，还会引入漂移。

4. 四线制Kelvin接法

四线制Kelvin接法将电流激励引线与电压检测引线分开：

• 一对引线（电流引线）用于向热电阻施加恒定电流 $I$；
• 另一对引线（电压引线）用于检测热电阻两端的电压 $V$。

由于电压检测回路输入阻抗极高，流经电压引线的电流近似为零，因此电压引线上的压降可忽略。电压检测端直接获取热电阻两端的电压：

从而：

激励引线上的压降 $Ir$ 不进入电压检测回路，因此引线电阻 $r$ 对测量结果的影响被消除。

5. 条件与说明

• 四线制Kelvin接法要求电压检测回路具有足够高的输入阻抗，使流经电压引线的电流可忽略。
• 电流激励源应提供稳定的恒定电流 $I$。
• 该方法消除的是引线电阻对电压检测的影响，但引线电阻仍存在于电流回路中，需保证激励源能提供恒定电流。
• 导线电阻与长度成正比、与截面积成反比，并随温度变化；引线压降由电流和导线电阻共同决定。