RTD溫度傳感2、3 和 4 線之間不同之處在于測量精度。使用2 電阻溫度檢測器 (RTD) 傳感可提供良好的精度（可能），3線傳感的精度更好，而4線傳感可提供最佳精度。

此外，還可以選擇使用惠斯通電橋拓撲來提高2線和3線 RDT的性能。本常見問題解答首先回顧了 RDT 設備的基礎知識，考察了2線、3線和4線傳感之間的權衡，最后簡要介紹了惠斯通電橋和溫度傳感。

除了 RTD 之外，設計人員還可以選擇熱敏電阻和熱電偶。在許多應用中，RTD 是特別好的選擇，因為它們具有快速響應時間、可重復性和高達幾百 μV/°C 的卓越靈敏度。RTD 可在 –200°C 至 +800°C 的寬范圍內使用，具有近乎線性的行為。

RTD 可使用多種材料，例如鎳、銅和鉑。雖然鉑 RTD (PRTD) 的成本更高，但其他金屬的使用并不廣泛，因為它們不如 PRTD 穩定或可重復（圖 1）。此外，PRTD 不受腐蝕或氧化的影響。在工業、醫療和航空航天應用中，當精度和可重復性在 -200 至 +800 °C 的溫度范圍內很重要時，PRTD 是最佳選擇。

圖 1：與替代金屬相比，鉑金可產生更可重復和更穩定的 RTD。

現代 PRTD 標準（如 IEC 60751 和 ASTM 1137）的發展允許基于指定公差和溫度系數的系統之間傳感器的大量互換。這些標準使得用來自相同或不同制造商的傳感器替換傳感器變得容易，同時確保額定性能，同時對系統進行最少的重新設計或重新校準。但是，設計人員需要注意，IEC 60751 在 2008 年和 2022 年分別進行了修訂。IEC 60751:2022 引入了幾項重大的技術變更。對這些更改的審查超出了本常見問題解答的范圍。

三種最常見的 PRTD 是 PT100、PT500 和 PT1000，它們在 0 °C 時的電阻分別為 100Ω、500Ω 和 1000Ω。PT1000是目前最常用的PRTD類型。RTD 可用于 2 線、3 線和 4 線配置（圖 2）。

最簡單實現中的2線RTD配置和為 RTD 提供激勵電流 (I) 以測量傳感器電壓（以及溫度）的兩條線。由于為電路計算的電阻包括引線和連接器中的電阻以及 RTD 元件中的電阻，因此結果總會包含一定程度的誤差。由于傳感器電阻較低，即使是相對較低的導線電阻 (RL ) 也會導致明顯的測量誤差。

使用盡可能短的引線長度和接觸電阻低的連接器可以減少這種錯誤，但不可能消除這種錯誤。電阻較小的較大規格電線也有助于最大程度地減少錯誤。在不需要高精度的成本敏感型應用中，2 線 RTD 配置可能是一個可行的選擇。

3根線更好

3 wires are better

工業系統中最常見的 RTD 配置使用三根線，以在成本和精度之間實現良好的平衡。兩根電線將傳感元件連接到 RTD 一側的監控設備，一根連接到 RTD 的另一側。如果使用三根相同類型的電線，并且它們的長度相等，則 RL1=RL2=RL3。參考上面的圖 1，總系統電阻是通過測量引線 2、3 和電阻元件 (RL2+RL3+ RTD) 的電阻來測量的。僅引線的電阻可通過引線 2 和 3 (RL1+RL2). 由于所有引線電阻都相等，因此從總系統電阻 (RL2+RL3+ RTD) 中減去該值（RL1+RL2) 得到RTD，并且可以進行準確的溫度測量。

這種方法有幾個問題：

· 只有當所有三根連接線的電阻都相同時，測量才會準確。

· 在實際設計中，測量各種引線電阻可能具有挑戰性。

如果不解決這些問題，基本的3線配置不一定是使用 RTD 測量溫度的準確方法，而4線方法克服了這些挑戰。

4根線最好

4 wires are best

在4線RTD 配置中，兩條線將RTD連接到監控設備（圖1中的RL2和RL3），另外兩條線（RL1和RL4）傳輸用于測量的電流。將激勵電流線與測量線分開可消除2線和3線配置中的誤差源。此配置可產生最準確的測量結果，但實施起來最復雜、最耗時且成本最高。

改善2線和3線測量的橋梁

Bridges to improved 2- and 3-wire measurements

在使用 2 線和 3 線 RTD 設備時，惠斯通電橋配置可用于提高精度。要檢測 2 線配置 RTD 中電阻的微小變化，可以使用惠斯登電橋形式的溫度變送器（圖 3A）。該電路將 RTD 值與三個已知的高精度電阻進行比較。在該電路中，當流經測量設備的電流 (Vout ) 為零時，電橋處于零平衡狀態。這稱為 RTD 溫度輸出的零點或設定點。隨著 RTD 溫度升高，V out增加，并且可以測量溫度。如果 RTD 安裝在距惠斯通電橋變送器一定距離的位置，則電線的電阻會隨著環境溫度的波動而變化，從而在測量中引入誤差。為消除此問題，可以使用三線 RTD 惠斯通電橋配置（圖 3B）。

圖 3：基于惠斯通電橋的架構可用于提高 2 線和 3 線 RTD 實施的性能。

在 3 線 RTD 惠斯登電橋配置中，連接線（L1、L2 和 L3）長度相同，因此電阻相同。激勵電流源連接到 RTD 和惠斯通電橋的一端。由于 L1 = L2，導線的電阻抵消，連接導線的影響被消除。

概括

Summary

當需要精確和穩定的溫度測量時，PT1000 RTD 是最常用的測量設備。2 線、3線和4線熱傳感之間的選擇涉及在增加成本和復雜性與提高測量精度之間進行權衡。在某些應用中，惠斯通電橋配置可以提高2線和3線傳感的精度，但會增加復雜性。

參考

RTD 測量基本指南，Texas Instruments

高精度溫度測量需要鉑電阻溫度檢測器 (PRTD) 和精密 Delta-Sigma ADC

Maxim Integrated Products

如何在 RTD PT100 和 Pt1000 之間進行選擇？, Omega Engineering

Resistance Thermometry：電阻溫度計和熱敏電阻的原理和應用, Minco

RTD 橋接電路, 過程技術和操作員學院

用于高精度測量應用的全集成 4 線 RTD 溫度測量系統的簡單實現, Analog Devices