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1、电子工程师测控技术与设备Vol.29No.112003消除引线电阻影响的三线制测量方法XThree2WireMeasurementtoSuppressLeadWireResistanceEffects夏敖敖(常州信息职业技术学院 江苏常州213015)【摘 要】 推荐一种消除引线电阻影响的三线制测量新方法。新的三线制区别于惠斯通电桥中的三线制的基本依据是:两根相同规格并在相同环境中的引线,它们的引线电阻是相同的,可以利用减法电路将它们上面的电压消去,同时省去了一根采样线。在对远端负载稳压时只是省了一根采样线,而
2、运用在电阻式传感器的恒流测量电路中时,其性能比四线制更好。关键词:三线制测量,引线电阻,电阻式传感器【Abstract】Inthispaper,anewmethodofthree2wiremeasurementisproposed,whichcansup2pressleadwireresistanceeffects.Inmeasurementcircuitofresistancetransducer,itsperformanceisbet2terthanfour2wiremeasurement.Keywords
3、:three2wiremeasurement,leadwireresistance,resistancetransducer1 引线电阻的影响在被测电阻、电压距离仪器较远的情况下,必须用较长的引线将被测量传送到仪器,如果用2根引线,存在的引线电阻将影响测量精度。主要表现在:(1)采用电阻式传感器例如电阻应变片和热电阻图1 惠斯通电桥中的三线制测量时,由于它们本身的电阻小而电阻变化值ΔR更微小, 在有源线性化测量桥路方案中(见图2),采用四引线电阻及其不稳定性会对测量结果产生严重影响。线制测量方法,以期消除引线
4、电阻影响以及得到与(2)对远端负载上的电压进行稳压及控制时,有2ΔR的线性化输出电压。在图2中,因为运算放大器种情况不能忽略引线电阻的影响:一是供给负载大电A1、A2输入阻抗很高,引线电阻r2、r4中电流趋于0,对流时的稳压;二是负载较远。如果只用2根引线,采样电桥无影响。而r3上的压降可视作运算放大器A1内的电压只能是负载上的电压与2根引线电阻上的电压部一部分(因输出在点P处),在电压放大表达式中不之和,这样,稳定的电压或受控制的电压只能是这个电包含r3,所以也不产生影响。但r1仍在表达式中出压之和。当负载阻
5、抗变化时,它们三者的分压比就产现,r1及Δr1会影响测量精度。生了变化,电压之和是稳定的,但负载上的电压变化了,起不到稳压的作用。2 目前克服引线电阻的一般方法2.1 电阻测量电路中采用的一般方法2.1.1 惠斯通电桥测量方案在惠斯通电桥测量方案中采用三线制测量,如图1所示。它并不能完全消除引线电阻的影响,体现在桥端电压E′=E-Ir以及两桥臂电流不完全相等时,引线电阻及其变化都会产生附加误差。图2 有源线性化测量电桥中的四线制测量X收稿日期:2003207221·24·©1994-2007ChinaAcade
6、micJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net夏敖敖:消除引线电阻影响的三线制测量方法2.1.2 恒流测量方案电流很小,其上的电压降可忽略。由于采样电压直接在采用恒流测量方案中,为了消除引线电阻影响,来自负载上的电压,就能直接调整负载上的电压,精确可采用四线制测量方法,如图3所示。地保持负载上电压的稳定。图3 小电阻恒流四线制测量在图3中,DVM为高输入阻抗与浮置输入的数图5 远端负载稳压的四线制方法字电压表。电
7、流馈送与电压测量分开,共4根引线,因3 新的三线制测量方法为rw1,rw2中电流趋于0,所以测得的电压UX即为RX上的电压。但作为电阻式传感器的测量电路,要测量新的三线制区别于惠斯通电桥中的三线制的基本的是其电阻的变化量,为了消除它的初始值R0,一般依据是:两根相同规格并在相同环境中的引线,它们的采用惠斯通电桥或有源线性化电桥,如前所述。为了引线电阻是相同的,可以利用减法电路将它们上面的消除引线电阻的影响,分别采用三线制和四线制测量电压消去,同时省去了一根采样线。在对远端负载稳方案,但都不能完全消除引线电阻的影
8、响。压时只是省了一根采样线,而运用在电阻式传感器的有文献提出用四线制恒流测量方案[2]。为了消恒流测量电路中时,其性能比四线制更好。除传感器的初始值R0,在回路中串接一个与初始值3.1 远端负载稳压(控制)三线制传感R0相同的参考电阻Rref,见图4。它采用了一个四端图6是控制负载ZL上的电压,使VL=VLSET。钮电压差动测量系统。最后的输出电压Uo=Ug-图中L1、L2是相同规格的
