电阻温度检测器 (RTD) 是温度传感器的一种，由于其准确性、可重复性和稳定性而广泛应用于各种工业应用。这些设备通过感测材料温度变化时电阻的变化来测量温度。

RTD 探头有多种配置，包括 2 线、3 线和 4 线型号。这些类型之间存在显着差异，在为应用选择适当的器件时必须考虑这些差异。

需要考虑的因素

在 2 线、3 线和 4 线 RTD 传感器之间做出选择时，需要考虑几个因素，包括：

环境因素

某些环境因素（例如高水平的电噪声或干扰）会产生干扰，从而导致测量误差。

申请要求

不同的应用需要不同的精度阈值。传感器为特定应用提供足够的精度是绝对必要的。

预算限制

为任何特定应用选择 RTD 时，成本是一个重要的考虑因素。由于 4 线配置涉及更多组件，因此 4 线 RTD 往往比 2 线或 3 线 RTD 更昂贵。

RTD 电线配置类型

RTD 电路的配置方式决定了传感器电阻的计算精度以及电路中的外部电阻可能导致温度读数失真的程度。

2 线、3 线和 4 线这三种配置类型各有其优点和缺点，选择正确的配置取决于应用。通过了解每种配置的特性，工程师和技术人员可以确保 RTD 传感器得到最有效的使用。

2 线配置

2 线 RTD 配置是 RTD 电路设计中最简单的。在此串行配置中，单根引线将 RTD 元件的每一端连接到监控设备。由于为电路计算的电阻包括电线和RTD 连接器之间的电阻以及元件中的电阻，因此结果始终会包含一定程度的误差。

 

圆圈代表校准点的元素边界。电阻 RE 取自电阻元件，该值将为我们提供准确的温度测量。不幸的是，当我们进行电阻测量时，仪器将指示 RTOTAL：

其中 RT = R1 + R2 + R3

这将产生比实际测量的温度读数更高的温度读数。虽然使用高质量的测试引线和连接器可以减少这种误差，但不可能完全消除它。

因此，当与高电阻传感器一起使用或在不需要很高精度的应用中时，2 线 RTD 配置最为有用。

3 线配置

 3 线 RTD 配置是最常用的 RTD 电路设计，常见于工业过程和监控应用中。在此配置中，两根电线在传感元件的一侧将传感元件连接到监测设备，一根电线在其另一侧将其连接。

如果使用三根相同类型的电线并且它们的长度相等，则R1 = R2 = R3。通过测量引线 1 和 2 以及电阻元件的电阻，可测量总系统电阻 (R1 + R2 + RE)。

如果还通过引线 2 和 3 (R2 + R3) 测量电阻，则我们仅获得引线的电阻，并且由于所有引线电阻相等，因此从总系统电阻中减去该值 (R2 + R3) ( R1 + R2 + RE）只剩下 RE，并且已经进行了精确的温度测量。

由于这是一个平均结果，因此只有当所有三根连接线具有相同的电阻时，测量才会准确。

4 线配置

此配置最复杂，因此安装最耗时且成本最高，但它会产生最准确的结果。

电桥输出电压间接指示 RTD 电阻。该电桥需要四根连接线、一个外部电源和三个零温度系数的电阻器。为了避免三个桥接电阻器承受与 RTD 传感器相同的温度，RTD 通过一对延长线与桥隔离。

这些延长线重现了我们最初遇到的问题：延长线的阻抗影响温度读数。通过使用三线桥配置可以最大限度地减少这种影响。

在 4 线 RTD 配置中，有两条电线将传感元件连接到传感元件两侧的监控设备。一组电线提供用于测量的电流，另一组电线测量电阻器上的压降。

采用 4 线配置时，仪器将通过外部引线 1 和 4 传递恒定电流 (I)

。RTD 惠斯通电桥在电阻变化和电桥输出电压变化之间建立非线性关系。由于需要额外的方程将电桥输出电压转换为等效 RTD 阻抗，这使得 RTD 已经非线性的温度电阻特性变得更加复杂。

电压降是通过内部引线 2 和 3 测量的。因此，根据 V = IR，我们可以单独了解元件的电阻，不受引线电阻的影响。仅当使用不同的引线时，这才比 3 线配置更具优势，但这种情况很少见。

这种 4 线桥设计完全补偿了引线及其之间的连接器中的所有电阻。4 线 RTD 配置主要用于实验室和其他需要高精度的环境。

具有闭环的 2 线配置

另一种配置选项（尽管现在很少见）是标准 2 线配置，旁边有一条闭环电线。此配置的功能与 3 线配置相同，但使用额外的电线来实现此目的。提供一对单独的电线作为环路，以对引线电阻和引线电阻的环境变化提供补偿。

结论

RTD 配置是工业界的宝贵工具 - 能够满足大多数精度要求。通过正确的配置选择，RTD 探头可以提供准确的测量，并且在各种恶劣环境中可靠且可重复。为了获得最佳结果，重要的是要充分了解可用的不同类型的电线配置，并选择最适合应用需求的一种。通过正确的配置，RTD 传感器能够提供准确可靠的温度测量。