電阻測量;2、3 或 4 線制連接 – 工作方式和使用方式
作者：Heikki Laurila? 發布日期：2017年8月28號 下午2:52:41
在這篇博文中，我解釋了電阻或電阻表是如何工作的，以及2、3和4線制連接之間的區別。
也許你知道在電阻和電阻（RTD）測量中，你可以使用2、3或4線制連接，但也許你不能真正的理解它們之間的區別，或者這些連接方式是如何工作的。我知道，承認這一點很尷尬。但別擔心，我將會解釋這些東西是如何工作的。讀完這篇，你就會知道。
不必告訴任何人你是從我那里學來的，這是我們之間的秘密… ??
在這篇博文中，我簡短地解釋了電阻或電阻表是如何工作的，以及2、3和4線制連接之間的區別。我希望這些信息對你在工作中的實踐有所幫助。
讓我們開始探討——電阻/RTD測量儀是如何工作的？
讓我們從基礎開始。在討論導線的數量之前，我們先看看電阻表是如何工作的。
首先：電阻表不能直接測量電阻。什么？
電阻表正常工作的方式是通過在被測電阻上施加送一個微小的而精確的電流，然后測量電阻上形成的電壓降。在知道了電流和電壓之后，我們的好朋友-歐姆定律解決了剩下的問題。歐姆定律表明電阻是電壓除以電流，或R=U/I。
例如，如果有一個1 mA（0.001 A）的電流通過一個電阻，并且電阻上的電壓降為0.100 V，則電阻為R=U/I=0.100 V/0.001 A=100Ω。
因此，電阻表實際上是通過測量電流和電壓測量來計算電阻的。
通常，測量電流約為1 mA，因此如果您測量的是100Ω的電阻，則電阻上會有0.1 V的電壓降。 較高的電阻范圍將使用較小的測量電流。 通常，溫度變送器使用約0.2mA的電流。 我見過變送器的電流從0.1 mA到幾mA。 并且電流并不總是直流電流，也可以是脈沖電流。
由于功率損耗，測量電流會在RTD探頭中引起自熱，特別是在與其周圍環境熱連接不良的小型RTD元件中。因此，測量電流應保持在較低的水平。 更多內容在研究RTD傳感器的另一篇文章中……
當然，電阻測量裝置本身必須準確地知道它所使用的電流，以便進行正確的計算。
也許是時候用圖表來解釋這個問題了：
在上圖中，“電阻表”框對應電阻（或RTD）表。兩個黑點和連接，“R”是你想要測量的電阻。
上面的圖片使用2線連接，因為只有兩條線（測試引線）用于連接電阻。在上圖中，是理想導線，沒有電阻。但在實踐中，所有的導線和測試引線都有一些電阻，觸點也總是有電阻的。
因此，如果我們考慮到導線和連接的電阻（Rw）來說明實踐中的兩線制連接，我們將得到以下實用示意圖：
在實踐中，一個大問題是電阻表現在將測量的是總電阻，即“待測電阻”以及導線和連接中的所有電阻的總和（串聯連接）。
儀表看到的是Uw + Ur + Uw的總和，雖然它只想看到Ur。 結果，電阻表表示的電阻是R和所有連接電阻的組合。
因此，結果中存在錯誤。
測量結果總是過高。?由于電線和連接方式，這可能會導致測量中出現巨大錯誤。?在長導線和連接不良的情況下，誤差可能是幾歐姆（甚至無窮大）。?但即使使用高質量的測試導線和夾子，也總會出現一些錯誤。
如果要進行可靠和準確的電阻（或RTD）測量，切勿使用2線連接。
最好的答案是使用4線連接。接下來讓我們來看看。
4線電阻測量
通過4線連接，我們的想法是使用單獨的導線來傳送測量電流，并測量電阻上的電壓降。
對于這種連接，需要4根導線，和名稱一樣。很符合邏輯…
讓我們看一張圖來說明4線連接：
你可能會想，“與2線連接相比，這有什么區別？“好吧，這與理想的導線和連接沒有任何區別，但在現實生活中很難（不可能）得到理想的導線。因此，在實踐中，由于導線和連接中產生的未知電阻，這將產生巨大的差異。
為什么？好吧，這就是我寫這篇文章的目的：
現在有單獨的專用導線，可以通過電阻傳遞準確的電流。如果這些導線和連接中存在電阻，則無需考慮，因為固定電流發生器仍然會產生相同的準確電流，并且電流在通過這些連接電阻時不會發生變化。
另外，有單獨的導線用于電壓測量，這些導線直接連接到被測電阻的支路上。這些電壓測量線中的任何電阻對電壓測量沒有任何影響，因為它是一個非常高的阻抗測量。這些導線實際上沒有電流，即使有電阻，也不會引起任何電壓降，因此沒有誤差。
因此，4線連接可以準確測量連接電阻（R），即使在所有連接線和連接中都會有電阻。
因此，四線連接是測量電阻或RTD傳感器的最佳和最準確的方法。
前面的四線測量圖的實際示意圖與下圖類似，添加了導線和連接電阻（Rw）：
三線電阻測量
實踐中，使用/安裝4根電線可能有點費時/昂貴。對4線連接進行了簡化修改，即3線連接。是的，你猜對了，它用3根導線。
雖然3線連接不如4線連接準確，但如果3線都相似將非常接近精確結果，而且遠比2線連接測量結果精確。因此，三線連接已成為許多工業應用的標準。
在三線連接中，我們的想法是去掉其中一根導線，并假設所有導線的電阻都相似。
現在，讓我們看看三線連接的示意圖，其中包括線電阻：
在上述示意圖中，下部只有一根導線。所以，下面的連接方式讓我們想起2線連接，而上面的連接方式就像4線連接。在較高的部分，儀表可以補償導線電阻，如4線連接。但在下部，它沒有辦法補償導線（Rw3）的電阻。
那么，這種連接是如何工作的呢？
電阻表具有內部切換功能，因此可以先測量上回路的電阻（Rw1+Rw2匯總），然后將測量結果除以2，得到這兩條導線的平均電阻。然后，儀表假設第三根導線（Rw3）的電阻與Rw1和Rw2的平均值相同。然后切換到正常連接（如圖所示），測量連接阻抗R，并在測量結果中使用先前測量的導線電阻結果。
最好記住，只有當所有3根導線和連接的電阻相同時，3線連接才是準確的。如果導線和連接電阻存在差異，則三線連接將會導致錯誤的測量結果。根據導線和連接之間的電阻差，3線測量中的誤差可以是過高或過低。
在工業應用中，三線連接通常是一個很好的折中方案；它足夠精確，比完美的四線測量，您需要使用的線要少一條。
結論
需要記住的幾點：
- 校準RTD電阻時，如有可能，請使用4線連接
- 當然，當你校準一個RTD溫度傳感器，它被配置為3線測量，你需要使用3線。確保使用3根相似的導線，并且保持良好的接觸。
- 當在過程中使用3線RTD探頭時，連接到RTD變送器，確保所有3線與變送器螺釘接觸良好。
- 在校準中使用RTD參考傳感器時，請確保始終使用4線連接。
- 不要對任何需要精確的東西使用2線電阻測量。當然，它可以用于故障排除和粗略測量。
希望你能在本文中找到對你有用的內容。
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