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电阻型温度传感器,为什么测温精度总不高?应该怎么办?
2020.07.28

设计关键:避免导线电阻


一般来说,电阻类型的温度传感器需要一个激发电流,转化成对应电压以便检测。由于温度传感器本身电阻比较低,对于高精度温度测量,导线上的电阻可以忽略。如何避免导线电阻对于测试结果的影响,往往成为整个温度测量设计的关键。

 

曾经有客户问,为什么使用万用表测试低阻值电阻,数值总是偏大?因为万用表导线电阻不能忽略。实际测试的结果 = 测试电阻的阻值 + 导线电阻。

 

下图是四线法测试电路图。使用四线法测试,把测试回路和电流回路分开。测试回路电流很小,所以测试导线上的压降可以忽略不计。因此,四线法测试可以有效减少导线电阻对于测试结果的影响。

 

 参考资料:阻值太低,无法测量?来试试开尔文测试吧



设计实例

 

通常实际的温度测量电路,往往需要连接ADC(数模转换器)完成数据采集。有些ADC专门为三线法或者四线法量身定制,比如ADIAD7124-4/ AD7124-8

 

  •  四线设计实例:


使用AD7124-4/AD7124-8作为数据采集器。
 
四线法设计需要两个回路,如下图,橙线为电流回路,蓝线为测试回路。需要用到3路通道:AIN0、AIN2、AIN3。AIN2、AIN3为差分输入,用于检测RTD两端的电压。AIN0连接到AVDD,用于提供激发电流。参考电阻(Reference Resistor)与RTD串联。两端电压由REFIN(+)与REFIN(-)检测。

参考资料:ADI电路笔记(英文版) - CN0381

 

  • 三线设计实例:

 

三线法使用的前提是:假定适用于连接RTD两根导线的导线电阻相等,通过额外增加一个镜像电流,使得流经RL1与RL2的电压相互抵消。

 

三线法设计也需要两个回路,如下图,橙线为电流回路,蓝线为测试回路。三线法需要用到4路通道AIN0、AIN1、AIN2、AIN3。AIN2、AIN3为差分输入,用于检测RTD两端的电压。AIN0连接到AVDD,用于提供激发电流。AIN1提供一个镜像电流,流经RL2,用来抵消AIN0流经RL1的电压。

(参考资料:ADI 电路笔记(英文版) - CN0383)



二线法、三线法、四线法比较


由于RTD上面压降较低,容易产生信号噪声。对于传统的二线法,为了减少噪音,测试线应尽可能短,信号源应该尽可能靠近放大器。
 
如果没法避免长导线,可以使用三线法或者四线法,减少导线电阻对于测试结果的影响。
 
二线法、三线法、四线法连接方式比较:
(图片来源:ADI)


总结


二线法、三线法、四线法各有优劣, 具体比较见下表,需要选择哪种方法要看看我们测试性质及类型。



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