四线制检测法测量热电阻的测温原理

[摘要]文章从四线制检测法测量热电阻的电路原理入手，通过建立电路模型的方式，对其测温原理展开研究，并对使用该检测法检测三线制和四线制热电阻时为何能消除热电阻内部引线电阻影响,而检测两线制热电阻时却不能消除该影响的原因进行了详细阐述。
1.引言
      热电阻作为一种常见的温度传感器，在测温领域有着广泛的应用。按照接线方式的分类，热电阻可以分为两线制、三线制和四线制热电阻。在检测以上三种热电阻时，都应采用四线制检测法，因为该检测法可以消除三线制和四线制热电阻内部引线电阻的影响。但是为何采用四线制检测法就可以消除这种影响，JJG229--2010《工业铂、铜热电阻检定规程》并未进行详细说明。本文就这个问题，通过建立电路模.型的方式，对其测温原理展开研究并得出相关结论。
2.四线制电测仪器的电路模型
      四线制检测法测量热电阻所用到的电测仪器电路模型如图1.该原理采用电流、电压法。在四个测量端子中，有一对(23)为电流端子，提供一恒定电流，另一对(14)为电压测量端子，用来测量热电阻.上的电压。可见，用四线制检测法来测量热电阻，并非直接测量其电阻值，而是通过提供一个恒定电流I,测量出加载到热电阻上的电压值U，通过欧姆定律(R=U/I)来间接地测出待检热电阻的阻值R。

3.利用四线制检测法检测各类型热电阻的测温原理和电路模型
31检测两线制热电阻的测温原理和电路模型
       四线制检测法测量两线制热电阻的电路模型如图2所示。其中R为待检热电阻的感温元件电阻值，rl为从感温元件连接点到热电阻端子间内引线的等效电阻，r2为电测仪器与热电阻端子间外引线的等效电阻。
       在检测时，电测仅器提供的恒定电流I流经其环路内的所有电阻，如图2所示。而电测仪器的电压测量端即(14)端子所加载到的电压只有在其环路内恒定电流I经过的电阻产生，故U=Ix(R+2r;)，反应在电测仪器显示屏.上的热电阻阻值为U/=R+2rl.也就是说，利用四线制检测法来测量两线制热电阻，可以消除电测仪器与热电阻端子间外引线电阻r2的影响，但是依然不能消除从感温元件连接点到热电阻端子间内引线电阻rl的影响。

32检测三线制热电阻的测温原理和电路模型
      在检测三线制热电阻的阻值时，需要分两步测量。第一步的电路模型如图3所示，电测仪器提供的恒定电流I流经其环路内的所有电阻。而电测仅器的电压测量端即(1,4)端子所加载到的电压只有在其环路内恒定电流I经过的电阻产生，故U=I×(R+r;),反应在电测仪器显示屏上的热电阻阻值为R1=U/=R+rl。
      第二步的电路模型如图4所示。电测仪器提供的恒定电流I流经其环路内的所有电阻。而电测仪器的电压测量端即(1,4)端子所加载到的电压只有在其环路内恒定电流I经过的电阻产生，故U=I×(R+2r1)反应在电测仪器显示屏上的热电阻阻值为R2=U/=R+2rl。
      由以上两次测量，我们就可以算出热电阻感温元件的阻值R=2R1-R2。也就是说利用四线制检测法对三线制热电阻进行两次测量，就可以完全消除从感温元件连接点到热电阻端子间内引线电阻rl和电测仪器与热电阻端子间外引线电阻r2的影响。


33检测四线制热电阻的测温原理和电路模型
      四线制检测法测量四线制热电阻的电路模型如图5所示。电测仪器提供的恒定电流I流经其环路内的所有电阻。而电测仪器的电压测量端即(1,4)端子所加载到的电压只有在其环路内恒定电流I经过的电阻产生，故U=I×R,反应在电测仅器显示屏上的热电阻阻值为U/=R。也就是说，用四线制检测法来测量四线制热电阻，一次测量就可以完全消除从感温元件连接点到热电阻端子间内引线电阻rl和电测仪器与热电阻端子间外引线电阻r2的影响。

4.结束语
      本文通过建立电路模型的方法，利用基本的电学知识解释了四线制检测法测量热电阻的测温原理，让我们对检定规程上所介绍的检定方法有了更为深入的理论认识。在实际的检测工作中，对检定规程中未说明清楚的问题多问一个为什么，并努力查阅资料去理解掌握它，是一种积极的工作态度。此外，各学科知识的交叉综合运用，也是计量发展对检定员提出的新要求。