RTD 三線與四線量測 導線電阻何時會成為溫度誤差

先確認RTD與接線拓樸

RTD量測誤差常被簡化成「三線一定補償、四線完全沒有誤差」，這兩句都太絕對。先確認感測器是Pt100、Pt1000或其他RTD，等級、標稱曲線和端子配置再選量測方式。IEC 60751的等級和原廠資料決定允許誤差；本文不替任何未指定的探頭宣稱精度。

二線式把激勵與感測都走同兩條導線，導線電阻會直接加到RTD。三線式利用配對導線和特定量測拓樸估算並扣除部分線阻，但必須知道哪一條線被當作補償參考；四線式分開電流與感測端，能大幅降低導線電阻影響，仍會留下電流源、接點、輸入偏置、熱電勢與元件本身誤差。

先把感測器端子圖和模組端子圖放在同一頁比對，確認哪兩端是激勵、哪兩端是sense。不要只依線色或「三線」標籤判斷，因為不同探頭和模組可能把補償線安排在不同端子。

固定電阻不能驗證探頭反應時間、絕緣、現場雜訊或熱接點效應；它只隔離儀表端的電阻讀取與端子配置問題。測試結果不能寫成整個量測鏈已校正。

驗收時把線制、端子、量程、激勵、固定電阻和預期值綁在同一案例ID，日後換模組或韌體才可比較差異。

TI SBAA275A與SNOAA67A可作電阻式感測前端的官方背景資料；實際PLC或溫度模組的端子、激勵電流和三線演算法，仍要以該模組原廠接線手冊為準。以下計算是近似教學，不是精密換算。

二線導線電阻如何變成溫度誤差

假設Pt100在教學溫區採近似斜率0.385 Ω/°C，兩條lead各1 Ω，二線量到的總電阻比理想值多2 Ω。用2÷0.385得到約5.2°C的顯示偏差；這只是近似說明，實際阻值還要看溫度、Pt100曲線、模組激勵和校正演算法。

導線長度、線徑和環境溫度同時影響結果。線徑變細或長度增加，電阻上升；兩條線若走過不同溫區，阻值也不一定同向變化。把補償電阻寫成固定常數，卻忽略導線溫度和接點，會把安裝條件誤當成感測器溫度。

把估計偏差與容許值放在一起判斷。若應用容許線阻貢獻不超過 0.5°C，以同一近似斜率反算，兩條線總阻值只能約 0.1925Ω；假設線阻均分，每條約 0.09625Ω。這是自行設定的誤差分配，尚未包含探頭與模組誤差，不是某一產品的線長上限。

若想知道誤差是否主要來自延長線，可在儀表旁與現場端分別接入同一個已知電阻，依相同線制比較讀值。儀表旁正常而經長線後偏移，才把檢查重點移到線阻、接點與線制。兩次都偏移則先查設定和參考電阻，不要直接判定探頭損壞。

本文沒有指定Q系列或特定RTD輸入模組，移植前需取得原廠接線圖、資料型錄、校正程序和允許測試方法。

二線仍有用途：短距離、誤差預算寬、或模組只提供二線端子時可以使用，但要把lead resistance列入總誤差。若需要長線或較小誤差，應先查模組是否支持三線或四線，不要只靠畫面上多一位小數。

三線補償的前提與失效案例

本例只使用 TI SBAA275A 第 2.4 節的一個電流源、兩次量測模型。第一次 V1=I×(Rrtd+Rlead1)，第二次 V2=I×Rlead3，故 (V1−V2)/I=Rrtd+Rlead1−Rlead3。兩次電流相同且狀態穩定、感測支路電流可忽略時，配對線阻才相消；相減得到的是 RTD 電阻加殘差，不是直接測出兩條線的差。

假設同材質、同線徑且同溫，Lead1 延長線長度五十公尺、電阻 1.00Ω，Lead3 八十公尺、電阻 1.60Ω；這些是自訂線材數據。按本例拓樸，殘差是 1.00−1.60=−0.60Ω，顯示約偏低 1.6°C。交換不配對的方向，誤差符號也會改變，所以不能只寫「三線不配對一定偏高」。

導線長度增加會讓總阻值上升，線徑變化會改變每米電阻，環境溫度則可能讓兩條線不同步變化。誤差預算應保存線長、材質、溫度與接點，不要只寫一個固定補償值。

若讀值偏高，先判斷是二線串阻、三線不匹配、四線端子錯接或工程單位設定錯誤。用固定電阻重現後，再決定是探頭、配線或模組問題。

配對失效也可能來自接點、端子氧化、線材材質不同、接法把回路插錯，或第三條線沒有接到模組指定的sense端。先畫電流路徑與感測路徑，再依原廠圖逐端子核對；顏色相同不代表電氣功能相同。

四線與固定電阻模擬

四線式用一對線送電流、另一對線量電壓，理想上感測端電流很小，因此sense lead壓降較小；但電流源精度、輸入偏置、接點熱電勢、線間漏電和RTD本體仍會造成殘差。四線不是把所有誤差變成零，仍需看輸入模組規格與校正方法。

固定電阻模擬應隔離「儀表端」測試：先讓設備停在可安全維護狀態，依原廠端子圖斷開RTD，再用已知電阻接到正確的二、三或四線端子，確認顯示值與品質狀態。用不同固定值測端點和中間點，記錄線制、電阻標稱、公差、模組設定與韌體版本。

固定電阻練習可先用 100.00Ω 核對標準 Pt100 的零度點，再依模組採用的曲線查表選擇中高點，不能把 138.5Ω 當作所有 RTD 的一百度。電阻須有足夠精度、低溫漂與適合的功率額定；把其公差與接線誤差一併列入比較界限。

如果參考電阻在零度點的允差為 ±0.01Ω，以近似斜率折算約 ±0.026°C。模組顯示偏差若同樣只有數百分之一度，不能忽略參考件本身的不確定度。再增加模擬導線電阻時，先保留原始基準，逐項改變，才能重現二線偏高或本例三線偏低的方向。

禁止在通電狀態用電阻檔量RTD端子，也不能把電壓源注入只允許RTD激勵的輸入。固定電阻只能模擬電阻，不等於模擬探頭熱慣性、絕緣、接線盒和現場雜訊；測試前依設備手冊與合格電氣程序隔離能量。

完成預期 排查與FAQ

完成後應能列出二線lead總阻、三線配對前提、四線殘差來源，並用固定電阻案例核對儀表端讀值。驗收紀錄要包含Pt100等級、線長、線徑、導線溫度、接線拓樸、固定電阻公差、原廠量程和實際品質旗標。

失敗先查RTD類型與模組設定，再查端子圖、線制選項、導線是否配對和接點。二線偏高先估lead總阻；三線偏差先查哪兩條線被模組用作補償與兩線是否同阻；四線仍偏差則查激勵、輸入偏置、接點和元件等級，不要先宣稱線制失效。

FAQ：一、三線一定比二線準嗎？在拓樸與配線符合前提時通常可降低線阻誤差，但不是無條件保證。二、四線是否零誤差？不是，還有前端、接點、熱電勢與RTD誤差。三、兩條1Ω在Pt100造成多少？以0.385Ω/°C近似約5.2°C，僅作教學估算。四、能否用電壓注入測RTD輸入？不能，依原廠允許的固定電阻或校驗程序。

適用限制：TI SBAA275A、SNOAA67A用於電阻式感測前端背景；Pt100等級、端子和補償演算法必須查探頭與模組原廠文件。

參考：TI SBAA275A：RTD與電阻式感測前端應用說明

參考：TI SNOAA67A：RTD量測與導線補償背景

固定電阻測試要先隔離感測器和能量來源，設定模組為正確線制，再從低、中、高三個阻值逐一觀察。每次更換電阻都記錄標稱值、公差、顯示值和品質旗標。

Pt100探頭的IEC等級、封裝、引線電阻和連接器也會進入總誤差。模組規格寫支持Pt100，不代表任意等級或任意接法都符合精度。

參考：IEC 60751:2022 出版範圍與版本資訊

延伸閱讀

• 熱電偶冷端補償怎麼選 端子溫度補償線與轉換器誤差
• 電感式接近開關選型 感應距離 金屬修正與安裝埋入方式