电阻测量;2、3 或 4 线制连接 – 工作方式和使用方式
作者：Heikki Laurila 发布日期：2017年8月28号 下午2:52:41
在这篇博文中，我解释了电阻或电阻表是如何工作的，以及2、3和4线制连接之间的区别。
也许你知道在电阻和电阻（RTD）测量中，你可以使用2、3或4线制连接，但也许你不能真正的理解它们之间的区别，或者这些连接方式是如何工作的。我知道，承认这一点很尴尬。但别担心，我将会解释这些东西是如何工作的。读完这篇，你就会知道。
不必告诉任何人你是从我那里学来的，这是我们之间的秘密… 😉
在这篇博文中，我简短地解释了电阻或电阻表是如何工作的，以及2、3和4线制连接之间的区别。我希望这些信息对你在工作中的实践有所帮助。
让我们开始探讨——电阻/RTD测量仪是如何工作的？
让我们从基础开始。在讨论导线的数量之前，我们先看看电阻表是如何工作的。
首先：电阻表不能直接测量电阻。什么？
电阻表正常工作的方式是通过在被测电阻上施加送一个微小的而精确的电流，然后测量电阻上形成的电压降。在知道了电流和电压之后，我们的好朋友-欧姆定律解决了剩下的问题。欧姆定律表明电阻是电压除以电流，或R=U/I。
例如，如果有一个1 mA（0.001 A）的电流通过一个电阻，并且电阻上的电压降为0.100 V，则电阻为R=U/I=0.100 V/0.001 A=100Ω。
因此，电阻表实际上是通过测量电流和电压测量来计算电阻的。
通常，测量电流约为1 mA，因此如果您测量的是100Ω的电阻，则电阻上会有0.1 V的电压降。 较高的电阻范围将使用较小的测量电流。 通常，温度变送器使用约0.2mA的电流。 我见过变送器的电流从0.1 mA到几mA。 并且电流并不总是直流电流，也可以是脉冲电流。
由于功率损耗，测量电流会在RTD探头中引起自热，特别是在与其周围环境热连接不良的小型RTD元件中。因此，测量电流应保持在较低的水平。 更多内容在研究RTD传感器的另一篇文章中……
当然，电阻测量装置本身必须准确地知道它所使用的电流，以便进行正确的计算。
也许是时候用图表来解释这个问题了：
在上图中，“电阻表”框对应电阻（或RTD）表。两个黑点和连接，“R”是你想要测量的电阻。
上面的图片使用2线连接，因为只有两条线（测试引线）用于连接电阻。在上图中，是理想导线，没有电阻。但在实践中，所有的导线和测试引线都有一些电阻，触点也总是有电阻的。
因此，如果我们考虑到导线和连接的电阻（Rw）来说明实践中的两线制连接，我们将得到以下实用示意图：
在实践中，一个大问题是电阻表现在将测量的是总电阻，即“待测电阻”以及导线和连接中的所有电阻的总和（串联连接）。
仪表看到的是Uw + Ur + Uw的总和，虽然它只想看到Ur。 结果，电阻表表示的电阻是R和所有连接电阻的组合。
因此，结果中存在错误。
测量结果总是过高。 由于电线和连接方式，这可能会导致测量中出现巨大错误。 在长导线和连接不良的情况下，误差可能是几欧姆（甚至无穷大）。 但即使使用高质量的测试导线和夹子，也总会出现一些错误。
如果要进行可靠和准确的电阻（或RTD）测量，切勿使用2线连接。
最好的答案是使用4线连接。接下来让我们来看看。
4线电阻测量
通过4线连接，我们的想法是使用单独的导线来传送测量电流，并测量电阻上的电压降。
对于这种连接，需要4根导线，和名称一样。很符合逻辑…
让我们看一张图来说明4线连接：
你可能会想，“与2线连接相比，这有什么区别？“好吧，这与理想的导线和连接没有任何区别，但在现实生活中很难（不可能）得到理想的导线。因此，在实践中，由于导线和连接中产生的未知电阻，这将产生巨大的差异。
为什么？好吧，这就是我写这篇文章的目的：
现在有单独的专用导线，可以通过电阻传递准确的电流。如果这些导线和连接中存在电阻，则无需考虑，因为固定电流发生器仍然会产生相同的准确电流，并且电流在通过这些连接电阻时不会发生变化。
另外，有单独的导线用于电压测量，这些导线直接连接到被测电阻的支路上。这些电压测量线中的任何电阻对电压测量没有任何影响，因为它是一个非常高的阻抗测量。这些导线实际上没有电流，即使有电阻，也不会引起任何电压降，因此没有误差。
因此，4线连接可以准确测量连接电阻（R），即使在所有连接线和连接中都会有电阻。
因此，四线连接是测量电阻或RTD传感器的最佳和最准确的方法。
前面的四线测量图的实际示意图与下图类似，添加了导线和连接电阻（Rw）：
三线电阻测量
实践中，使用/安装4根电线可能有点费时/昂贵。对4线连接进行了简化修改，即3线连接。是的，你猜对了，它用3根导线。
虽然3线连接不如4线连接准确，但如果3线都相似将非常接近精确结果，而且远比2线连接测量结果精确。因此，三线连接已成为许多工业应用的标准。
在三线连接中，我们的想法是去掉其中一根导线，并假设所有导线的电阻都相似。
现在，让我们看看三线连接的示意图，其中包括线电阻：
在上述示意图中，下部只有一根导线。所以，下面的连接方式让我们想起2线连接，而上面的连接方式就像4线连接。在较高的部分，仪表可以补偿导线电阻，如4线连接。但在下部，它没有办法补偿导线（Rw3）的电阻。
那么，这种连接是如何工作的呢？
电阻表具有内部切换功能，因此可以先测量上回路的电阻（Rw1+Rw2汇总），然后将测量结果除以2，得到这两条导线的平均电阻。然后，仪表假设第三根导线（Rw3）的电阻与Rw1和Rw2的平均值相同。然后切换到正常连接（如图所示），测量连接阻抗R，并在测量结果中使用先前测量的导线电阻结果。
最好记住，只有当所有3根导线和连接的电阻相同时，3线连接才是准确的。如果导线和连接电阻存在差异，则三线连接将会导致错误的测量结果。根据导线和连接之间的电阻差，3线测量中的误差可以是过高或过低。
在工业应用中，三线连接通常是一个很好的折中方案；它足够精确，比完美的四线测量，您需要使用的线要少一条。
结论
需要记住的几点：
- 校准RTD电阻时，如有可能，请使用4线连接
- 当然，当你校准一个RTD温度传感器，它被配置为3线测量，你需要使用3线。确保使用3根相似的导线，并且保持良好的接触。
- 当在过程中使用3线RTD探头时，连接到RTD变送器，确保所有3线与变送器螺钉接触良好。
- 在校准中使用RTD参考传感器时，请确保始终使用4线连接。
- 不要对任何需要精确的东西使用2线电阻测量。当然，它可以用于故障排除和粗略测量。
希望你能在本文中找到对你有用的内容。
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