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关键词：RTD、二线制、三线制、四线制

导读：

通过向RTD施加一个恒定的激励电流，并测量RTD两端的电压，就可以推算出RTD的电阻值，进而通过已知的电阻-温度换算关系来确定温度值。为了进行该操作，需要将RTD接入到某种测量电路，由此产生了RTD的二线制、三线制和四线制接线配置。

RTD探头的结构

RTD探头主要由元件、护套和连接线组成。元件即用来测量温度的电阻，护套用来保护其内部的测温电阻，连接线用来将测温电阻连接到测量电路。图 1展示了一个二线制RTD探头的结构。

图 1 二线制RTD探头结构【2】

二线制

二线制是最简单的接线配置。在这种接线配置下，RTD元件的两端都有一根导线，并直接连接到了测量电路，如图 2：

图 2 二线制【3】

由于激励电流流经了两段导线和元件电阻，所以实际测到的阻值为：

RT= RE+ R1+ R2

其中RT为实际测到的电阻，RE为元件的电阻，R1和R2分别为两端导线的电阻。

因此，二线制配置下的测量结果会比预期值更高。为了避免引入的相对误差过大，二线制RTD的导线不宜过长，元件电阻不宜过小，并且不适合用于需要高精度温度测量的应用场景。

三线制

三线制是最常见的接线配置。在这种接线配置下，RTD的元件两侧分别有一根导线和两个导线，如图 3所示：

图 3 三线制【3】

三线制RTD的三个导线的长度和材料、截面积相等，所以它们的阻值相等。

三线制的原理为：分别测量到导线1和导线2间的电阻值为(R1+R2+RE)，导线2和导线3间的电阻为(R2+R3)。由于将两次测量结果相减后，由于R1=R2=R3，最后就仅剩下RE。

可以由两个匹配的电流源分别从导线1和导线2输出相同大小的激励电流I1和I2，并都从导线3流回电流源负端。测量导线1和导线2间的电势差VT为：

VT=(R1+RE+R3 )∙I1-(R2+R3)∙I2

由于R1=R2=R3和I1=I2，所以：

VT=RE∙I1

由此消除了导线上的寄生电阻带来的影响。

实际应用中，三根导线的电阻值并不可能完全相同，也不存在两个完全匹配的电流源，所以导线电阻带来的误差并不能完全被消除。

四线制

四线制是最复杂和昂贵的接线配置，测量结果最为准确【4】。在这种接线配置下，RTD的两端各有两根导线，如图 4所示：

图 4 四线制【3】

使用四线制时，一对导线用于输出和收回激励电流（如导线1和导线4），另一对导线用于测量电势差（如导线2和导线3）。由于用于测量电势差的导线上没有电流经过，所以不会引入导线上的寄生电阻所带来的误差。

参考

1. 图片来自于：https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer

2. 图片来自于：

   https://www.omega.com/en-us/resources/rtd-2-3-4-wire-connections

3. Omega Document: 

   https://cn.omega.com/prodinfo/rtd.html

4. 简仪6301使用手册：http://www.jytek.com/product/278163654