Pt100測溫方法在永坪煉油廠的應用

摘 要:本文主要介紹了Pt100熱電阻的特性和測溫原理，并從現場應用方面介紹了提高Pt100測溫精度的方案和在永坪煉油廠的應用情況。

關鍵詞:溫度測量 Pt100 現場應用

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0050-02

1 引言

溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是工業生產和科學實驗中最普通、最重要的熱工參數之一。物體的許多物理現象和化學性質都與溫度有關，許多生產過程均是在一定的溫度范圍內進行的。因此在工業生產過程中，溫度一直都是一個很重要的物理參數，溫度的檢測和控制直接和安全生產、產品質量、生產效率、節約能源等重大技術經濟指標相聯系，因此在國民經濟的各個領域中都受到了人們的普遍重視。溫度檢測類儀表作為溫度測量工具，也因此得到廣泛應用。

溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質隨冷熱程度不同而變化的特性，來進行間接測量。利用熱平衡原理，我們可以選擇某一物體同被測物體相接觸來測量它的溫度，當兩者達到熱平衡狀態，選擇物體與被測物體的溫度相同，通過對選擇物體的物理量的測量，便可得到被測物體的溫度數值。其中，熱電阻溫度計和熱電偶溫度計在化工產業中得到了大眾的認可，在我們永坪煉油廠各生產裝置中熱電阻溫度計是不可缺少的儀表元器件之一。今天，我就先從熱電阻的特性和測溫原理以及測溫方案上談一談我對熱電阻溫度計的認識。

2 Pt100的特性

鉑電阻是用很細的鉑絲(Ф0.03～0.07mm)繞在云母支架上制成，是國際公認的高精度測溫標準傳感器。因為鉑電阻在氧化性介質中，甚至高溫下其物理、化學性質都非常穩定，因此它具有精度高、穩定性好、性能可靠的特點。因此鉑電阻在中溫(-200～650℃)范圍內得到廣泛應用。目前市場上已有用金屬鉑制作成的標準測溫熱電阻，如Pt100、Pt500、Pt100等。它的電阻—溫度關系的線性度非常好，如圖1所示是其電阻—溫度關系曲線，在-200～650℃溫度范圍內線性度已經非常接近直線。

鉑電阻阻值與溫度的關系可以近似用下式表示:

在0～650℃范圍內:

Rt=R0(1+At+Bt2)

在-190～0℃范圍內:

Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3)

式中A、B、C為常數，

A=3.96847×10-3;

B=-5.847×10-7;

C=-4.22×10-12;

Rt為溫度為t時的電阻值;R0為溫度為0℃時的電阻值，以Pt100為例，這種型號的鉑熱電阻，R0就等于100Ω，即環境溫度等于0度的時候，Pt100的阻值就是100Ω。當溫度變化的時候，Pt100的電阻也隨之變化，通過以上電阻-溫度表達式便可以計算出相對應的溫度。假如我們所測得的熱阻值為107Ω左右，溫度顯示為20℃，就表示熱電阻性能良好。

在實際應用中，一般使用單片機來進行溫度的計算，由于該表達式比較復雜，用單片機處理這樣的計算過程，將會占用大量的資源，程序的編寫上也相當復雜，所以一般采用先查表，再插值的方法換算出溫度。

3 Pt100測溫原理

Pt100是電阻式溫度傳感器，測溫的本質其實是測量傳感器的電阻，通常是將電阻的變化轉換成電壓或電流等模擬信號，再將模擬信號轉換成數字信號，再由處理器換算出相應溫度。采用Pt100測量溫度一般有兩種方案:

(1)設計一個恒流源通過Pt100熱電阻，通過檢測Pt100上電壓的變化來換算出溫度;

(2)采用惠斯頓電橋，電橋的四個電阻中三個是恒定的，另一個用Pt100熱電阻，當Pt100電阻值變化時，測試端產生一個電勢差，由此電勢差換算出溫度。

兩種方案的區別只在于信號獲取電路的不同，其原理上都是外界溫度變化引起電阻阻值的變化，從而使處理器接收到轉換器送來的不同信號，轉換成相應的溫度。

如圖2所示，是以華邦的78E51單片機為處理器，采用恒流源為信號獲取電路的測溫方案，恒流源通過Pt100熱電阻，溫度變化引起Pt100電阻值的變化，從引起電壓的變化，放大后經A/D采用后，送由單片機處理，換算出相應溫度。為了達到高精度、寬量程的測溫要求，選用的是A/D轉換芯片是12位串行A/D芯片MAX1270。

4 提高Pt100測溫精度的方案

從理論上講，提高Pt100測溫精度的方案有三種:

(1)通過改善Pt100接線方式對誤差進行補償;

(2)通過對采樣信號進行濾波減小隨機誤差;

(3)通過插值算法校正Pt100的非線性度。

對于工業應用來說，第一種方案比較容易實現，而且現場操作簡單，因此在這里只介紹第一種方案。

鉑熱電阻的使用，一般有三種接法，分別是二線制接法、三線制接法和四線制接法，如圖3所示，不同的接法適應于不同的精度要不求。

(1)二線制接法:如圖3(a)所示，這種接法不考慮Pt100電纜的導線電阻，將A/D采樣端與電流源的正極輸出端接在一起，這種接法由于沒有考慮測溫電纜的電阻，因此只能適用于測溫距離較近的場合。

(2)三線制接法:如圖3(b)所示，這種接法增加了用于A/D采樣的補償線，三線制接法消除了連接導線電阻引起的測量誤差，這種接法適用于中等測溫距離的場合。

(3)四線制接法:如圖3(c)所示，這種接法不僅增加了A/D采樣補償線，還加了一條A/D對地的補償線，這樣可以進一步的減小測量誤差，可以用于測溫距離較遠的場合。鑒于以上接法的比較如果只從精度上考慮，采用四線制接法效果最好。但是在我們現場應用中，考慮各方面的實際情況，通常采用三線制接法。

5 Pt100熱電阻在永坪煉油廠的應用情況

在我廠，現在運行的裝置共使用Pt100熱電阻大約310支，主要應用在對溫度精度要求較高的大型機組和泵的溫度以及成品罐區汽油罐、柴油罐的測溫方面。在Ⅰ催化裝置的大型機組上，Pt100熱電阻用來測主風機、增壓機、氣壓機的軸承溫度、電機軸溫、定子溫度以及潤滑油溫度等方面，共用熱電阻49支;在Ⅱ催化中，除了在機組內部使用Pt100熱電阻，還在每臺風機的出口、入口以及泵軸溫的測量方面使用了Pt100熱電阻，在整個裝置共用熱電阻108支;重整加氫裝置上，在壓縮機的軸承溫度、電機定子溫度、潤滑油箱溫度測量等方面同樣也使用了熱電阻進行溫度測量;在干氣及余熱綜合利用項目上，主要應用在中溫水的測量及機組保護上，汽輪發電機大機測溫應用12支熱電阻，小機應用9支。

經過這幾年的時間檢驗，證明Pt100熱電阻測量精度高并且性能穩定，在煉油廠機組運行及保護中起著重要的作用，在以后的技術改造中，會進一步推廣Pt100熱電阻的使用。

6 結語

上文介紹了Pt100熱電阻的特性和測溫原理，并介紹了在永坪煉油廠的應用情況，根據現場溫度測量的不同場合，Pt100熱電阻基于其精度高、性能穩定、操作方便，應該得到廣泛應用。

參考文獻

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