热电阻是一种在中低温区广泛使用的温度检测元件。其工作原理是金属导体的电阻随温度升高而增大，因此通过测量电阻值来推算温度。该元件具有高测量精度和良好稳定性，其中以铂热电阻的精度最高，广泛用于工业温度监测，甚至被用作标准基准仪。常用材料包括铂和铜，近年来也开始采用镍、锰、铑等材料制造。铂丝是最常见的感温材料，工业上还常用铜、镍、铁、铁—镍等材料来制备热电阻。热电阻的信号通常需要通过引线传输给控制系统或二次仪表进行处理。 热电阻的测温原理是基于电阻随温度变化的特性来进行温度测量。其主体多为纯金属材料，铂和铜是最广泛使用的两类，其他材料如镍、锰、铑也在应用中逐步增加。为了将测得的电阻信号送到后端设备，通常需要通过引线完成信号传输。 传感器的线制有三种常见形式：两线制、三线制和四线制。 - 两线制：两端各自引出一根导线，导线电阻会与传感器自身的电阻共同构成输出信号，导致实际测量出现附加误差。此法简单但在对精度要求不高的场景下仍可使用，并且导线长度不宜过长。 - 三线制：在传感器根部引出三根导线，其中一根作为电源线，另外两根负责电桥回路的信号测量。通过对引线电阻的补偿，能够明显减少由导线引起的误差，是工业过程控制中最常见的接线方式之一。 - 四线制：传感器两端各引出两根线，其中两根提供恒定电流驱动传感器，另一对用来测量传感器的电压信号。此结构可以完全消除引线电阻对测量的影响，适用于对精度要求极高的温度检测，但成本较高。 关于变送器和供电方式的常识性要点： - 电流输出型变送器将物理量转换成4–20 mA的电流回路输出，通常需要外部电源供电。典型配置为两线制，即电源与信号共用两根线，也有三线制或四线制的变送器形式。两线制在传输距离较远时成本更低，但信号与供电共用需在设计上考虑回路电阻与线损。 - 如果需要在回路中获得电压信号，可在电流回路并联一个标准电阻（如250Ω），就能将4–20 mA转换成约1–5 V的电压信号，方便与多种设备直接接口。 两线制、三线制、四线制在热电阻中的实际应用要点： - 两线制没有引线电阻补偿，简单但误差较大，适用于对精度要求不高且敷设成本敏感的场景，且引线和传感器的长度应控制在较短范围VSport。 - 三线制通过在传感器根部增加一根线实现电流回路与信号回路的部分独立，能有效抑制引线电阻对测量的影响，因而在工业过程控制中最为常用。 - 四线制通过将电源回路与信号回路完全分离来消除引线电阻的干扰，测量精度最高，但成本也最高，主要用于对温度检测要求极高的场景。 信号接线中的端子与工作方式（常见描述）： - I+、I- 用于给热电阻提供恒定电流，V+、V- 用于监测热电阻两端的电压变化，从而得到温度信息。四线制时从热电阻两端各引出两根线并连接相应端子；三线制通常在设备端实现I、V通道的短接配置；两线制则需要在设备端对I、V通道进行短接以实现回路闭合。 - 由于热电阻阻值较小，引线电阻、接触电阻对测温精度的影响较大，因此使用三线制或四线制可显著提高准确度。两线制在当前的模拟信号传输中被认为是成本较低、线路简单的方案，仍具备一定优势，特别是在现场距离较近、对精度要求不是特别严苛的应用场景。 两线制热电阻的优点与适用场景总结： - 优点包括：对寄生热电偶和线缆电阻引起的压降及温漂不易敏感；可使用非常细的双绞线传输；在电流源输出阻抗足够大时，线圈中的干扰较易被抑制；若接收端负载通常为250Ω，则对额外线缆长度的容忍度较高；不同通道的线长差异对精度影响较小；4 mA的零点便于判断回路是否开路或传感器是否损坏；便于在两线制系统中增设防浪涌和防雷措施，提升系统的安全防护水平。 - 对于需要较高抗干扰能力、远距离传输和成本控制的场景，两线制仍然是广泛采用的成熟方案，且在大多数现场测量任务中能够稳定工作。 电压输出的获取方式： - 如果需要从两线制的电流输出系统获得电压信号，可以在回路中并联一个标准电阻（如250 Ω）。通过测量该电阻两端的电压即可得到相应的1–5 V直流信号，便于与电压输入的仪表或DCS系统对接。 热电阻的常见接线方式与精度关系要点： - 二线制：两端各引出一根线，信号回路与供电回路合为一体，结构简单但引线电阻直接影响测量，精度最低，适合低精度场景，且不宜过长。 - 三线制：在热电阻根部引出三根线，通常与测量电桥配合使用，能有效抵消引线电阻的影响，工业应用最广。 - 四线制：根部两端各引出两根线，两根为恒定电流源，另一对监测电压。此方式可完全抵消引线电阻对测量的干扰，适用于高精度温度检测，但成本较高。 这三种接线方式在实际应用中的精度影响呈梯度关系：两线制的误差来自于导线压降和接触阻抗；三线制通过共享参考点提升了精度；四线制通过分离回路与测量回路实现最高精度，尽管代价较高。当前，两线制输出仍广泛用于模拟量传输，具有以下六大优势：抗干扰能力较强、可使用低成本的细导线、线缆回路中的干扰对信号的影响较小、不同通道的线长不易造成显著精度差异、4 mA零点便于故障诊断与开路检测、便于在系统中增加防浪涌和防雷保护。