热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外，还有铜、镍、铁、铁—镍等。

 

热电阻工作原理

 

热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。

 

热电阻（图2）

 

传感器的结构： 两线制：

 

传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。 三线制：

 

要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响。采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。 四线制：

 

当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，计算得出电阻值 几线制是指的信号采用几根线来定义的。

 

电流输出型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。最典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。

 

当然，电流输出可以与电源公用一根线（公用VCC或者GND），可节省一根线，称之为三线制变送器。

 

其实大家可能注意到， 4-20mA电流本身就可以为变送器供电，如图1所示。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化。显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。

 

在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算，省去2根信号传输导线意味着成本降低近百元！另外四线制变送器和三线制变送器因导线内电流不对称必须使用昂贵的屏蔽线，而两线制变送器可使用非常便宜的的双绞线导线，因此在应用中两线制变送器必然是首选。

 

 

两线制没有线路电阻补偿，配线简单，但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造A级精度的热电阻，且在使用时引线及导线都不宜过长。

 

三线制：

 

有线路电阻补偿，可以消除引线电阻的影响，测量精度高于2线制。作为过程检测元件，其应用最广。

 

四线制：

 

在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至PLC。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，但成本较高，主要用于高精度的温度检测。 变送器、传感器、流量计等中也有两线制和四线制

 

两线制是信号和电源在一起，现在的仪表都采用这种方式。电技术联盟5r/r 6l-T6c7`$L8}）s 四线制是电源和信号分开的，如大功率变送器，220VAC给变送器放大板供电，差动变压器将微位移信号转换成电信号，放大板将其转换成0-10mA的恒流源送到二次仪表或DCS系统，现在已经淘汰了。

 

问题：在压差/力传感器和流量计性能参数中，经常会出现输出信号：二线制（4～20）mA、三线制（0～10）mA。问题是，什么是二线制和三线制，它们的区别是什么？如何接线？

 

2线制的优点是接线简单，只适用一般功率小的一次传感器，如：压变、差压变、温变、电容式液位计、射频导纳、电磁流量计、涡街流量计等。传感器本身用电由二线制中得到，是必影响其带载能力。

 

4线制由于是将电源和功率分开，所以本机的功率与信号是没有功率上的关联的，适用于大功率的的传感器，如超声波（由于其为了加大抗干扰能力，所以发射的功率会很大，所以此款产品选型时要尽量四线的，二线的一般抗干扰能力较弱），就不能作成2线的，只能是4线，分别是工作电源2个，输出2个。

 

问题：为什么两线制仪表的信号起始零点都是4mA而不是0mA？

 

由于是两线传输，即采用变送单元的供电电流作为信号，变送单元需要一定的静态工作电流，所以信号的下限不能选在0mA，根据国际电工委员会标准，电流信号的下限为4mA，即所谓的“活”零点。仪表零点为4mA比0mA安全，便于区分仪表是断电还是指示最小。用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。

 

问题：两线制仪表大多是电流输出信号，有电压输出信号的吗？如何取电压？

 

电流转换电压的方法很简单，只要在电流传送回路中串接一个250欧标准电阻（精度正负0．05%），在其两端取出1--5V DC信号。

 

热电阻的信号连接方式

 

热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，目前热电阻的引线主要有三种方式：

 

热电阻四线制、三线制、两线制的区别对比分析

 

1、二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。

 

2、三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根 引线的方式称为三线制，这种方式通常与 电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻 的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。

 

3、四线制：在热电阻的根部两端

 

各连接两根导线的方式称为四线制，其 中两根引线为热电阻提供恒定电流I， 把R转换成电压信号U，再通过另两根引 线把U引至二次仪表。可见这种引线方 式可完全消除引线的电阻影响，主要用 于高精度的温度检测。 这三种接线方法的区别：

 

因为热电阻的阻值小，因此连接导线的电阻以及接触电阻会对其测温精度产生较大影响，所以引入三线制或者四线制就是要消除这些影响与热电阻连接的检测设备（温控表、PLC输入等）都有四个接线端子。I+、I-、V+、V-。

 

其中，I+、I-端是为了给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测温度变化。 4线就是从热电阻两端引出4线，和4个端子连接。 3线就是引出3线，这需要检测设备方的I-V-短接。 2线就使引出2线，这需要检测设备方的I-V-、I+/V+短接 2、不同的接线方式对精度的影响：

 

2线，电流回路和电压测量回路合二为一，精度差。

 

（二线制的误差主要在电流回路在电缆中产生一定压降造成的测量误差） 3线，电流回路的参考位和电压测量回路的参考位为一条线，精度稍好 4线，电路回路和电压测量回路独立分开，精度高，但费线。 两线制输出接线是当前模拟量串口中最先进的输出方式，具有6大优点：

 

（1）不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可用非常便宜的更细的双绞线导线；

 

（2）在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压，不会产生显著影响，因为干扰源引起的电流极小，一般情况利用双绞线就能降低干扰；

 

（3）电容性干扰会导致接收器电阻有关误差，对于4～20mA两线制环路，接收器电阻通常为250Ω（取样Uout＝1～5V）这个电阻小到不足以产生显著误差，因此，可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远；

 

（4）各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接，不因电线长度的不等造成精度的差异；

 

（5）将4mA用于零电平，使判断输送线开路或传感器损坏（0mA状态）十分方便；

 

（6）在两线输出口容易增设防浪涌和防雷器件，有利于安全防雷防爆。

 

 

推荐阅读：