影響熱電阻回路測溫質(zhì)量的分析

單作蓉

（中鋁西北鋁責(zé)任有限公司，甘肅 隴西 748100）

1 引言

測溫儀表用于低溫測量中，使用較多的是熱電阻溫度計。熱電阻溫度計在科研和生產(chǎn)中經(jīng)常用來測量-200～600℃的溫度。能實現(xiàn)多點、集中測量和自動控制，在我分公司各種低溫控制環(huán)節(jié)中常常被使用。

熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出溫度。

2 熱電阻溫度計的基本特征及測溫原理

熱電阻是由電阻體、絕緣套管、接線盒等部件構(gòu)成，其中電阻體是最主要的部件，對熱電阻絲的材料和繞組絲的支架均有一定要求。具有測溫范圍寬、測溫精度高、穩(wěn)定性好、便于遠(yuǎn)傳、能遠(yuǎn)距離測量等優(yōu)點。

熱電阻溫度計的測溫原理是采用熱電阻作為測溫元件,利用金屬導(dǎo)體的電阻值會隨溫度變化而改變的特性來進(jìn)行溫度測量.純金屬及多數(shù)合金的電阻率隨溫度升高而增加，既具有正的溫度系數(shù),在一定范圍內(nèi)電阻溫度關(guān)系是線性的,溫度的變化導(dǎo)致金屬導(dǎo)體電阻的變化，這樣只要測出電阻阻值的變化就可以達(dá)到測溫的目的。 經(jīng)嚴(yán)格檢定過的熱電阻溫度計，如果現(xiàn)場安裝的不符合要求，往往會使測量不準(zhǔn)，甚至影響生產(chǎn)，情節(jié)嚴(yán)重的可導(dǎo)致爆炸的危險。

3 影響測溫質(zhì)量的實例原因分析

在熱電阻測溫環(huán)節(jié)中影響測溫質(zhì)量的因素很多，除了環(huán)境因素及干擾外，熱電阻及其回路的安裝不當(dāng)是影響測溫質(zhì)量的最主要因素。

3.1 熱電阻與其配套的二次儀表連接不當(dāng)引起的誤差

3.1.1 故障現(xiàn)象

我公司主變電站現(xiàn)場曾經(jīng)出現(xiàn)過熱電阻測溫回路中顯示儀表指示溫度值偏高故障，在工作現(xiàn)場,我們對顯示儀表、熱電阻分別進(jìn)行測試，結(jié)果顯示儀表與熱電阻沒有故障，在檢查線路時發(fā)現(xiàn)熱電阻與測量橋路連接不當(dāng)。

3.1.2 原因分析及解決辦法

圖1 二線制接法

圖2 三線制接法

為了更能準(zhǔn)確直觀的顯示被測溫度，控制室的數(shù)字顯示儀表一般都采用不平衡電橋測量線路。導(dǎo)線的連接方式有二線制接法和三線制接法。如圖1所示連接，圖中：M為動圈表；Rt為熱電阻；R 2、R 3、R 4為橋臂電阻；R r為線電阻，即Rt熱電阻是在電橋的橋臂上。這種接法就是傳統(tǒng)的二線制法。由于安裝熱電阻現(xiàn)場與控制室儀表之間一般都會有距離，因此兩根連接導(dǎo)線的電阻隨溫度而發(fā)生變化。且用兩根導(dǎo)線連接熱電阻兩端，導(dǎo)線本身的電阻與熱電阻串聯(lián)在一起，造成測量誤差，將同熱電阻阻值的變化一起加在不平衡電橋的一個橋臂上，使測量產(chǎn)生較大的誤差。為了消除線電阻帶來的測量誤差，我們通常都采用三線制接法，這種接法從理論上是可以抵消線電阻帶來的誤差。見圖2，從熱電阻Rt引出第三根導(dǎo)線，把兩根連接導(dǎo)線分別接入橋路的兩個相鄰的橋臂上，而把第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相接。這樣，由于環(huán)境溫度變化而引起的連接導(dǎo)線電阻的變化對溫度測量的影響即可相互抵消。采用三線制接法，電橋兩臂均與熱電阻等距離相接，溫度變化時，兩臂電阻值都同樣變化，從而避免了因環(huán)境溫度變化而引起的附加誤差。生產(chǎn)中使用的數(shù)字儀表連接端子處也可以有調(diào)整電阻，通過調(diào)整它們的電阻值，使每個相連接導(dǎo)線獲得相等的電阻值，一般選用小于5Ω的電阻。此處的調(diào)整電阻標(biāo)準(zhǔn)為5Ω，我公司計量中心在實驗室校準(zhǔn)二次儀表時是按照國家檢定規(guī)程，把三根線均加上5Ω校驗的，而工作現(xiàn)場一次元件和二次儀表的連接導(dǎo)線有近有遠(yuǎn)，導(dǎo)線電阻有大有小，并非都是5Ω，我們所說的5Ω是不允許超過5Ω。在工作現(xiàn)場發(fā)生實際溫度低而儀表顯示高的現(xiàn)象，就是線路電阻增加了XΩ，阻值為（X +5）Ω，阻值增大，造成了溫度顯示值高于實際值。所以我們在安裝儀表時，應(yīng)實際測量此處線路的實際電阻，若小于5Ω，用調(diào)整電阻加到5Ω，大于5Ω的，用調(diào)整電阻降到5Ω，這樣，即可精確的測量被測點的實際溫度。

3.2 電阻與保護(hù)管安裝不當(dāng)引起的溫度滯后

3.2.1 故障現(xiàn)象

在我公司變壓器運行時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場設(shè)備被測介質(zhì)溫度與顯示不同步，（測溫點同時安裝了壓力式溫度計），控制室內(nèi)顯示儀表不能快速、及時準(zhǔn)確地反映出來，生產(chǎn)工作人員因無法迅速取得真實溫度測量數(shù)據(jù)，也無法及時準(zhǔn)確進(jìn)行技術(shù)工作操作，對生產(chǎn)造成不良后果。

3.2.2 原因分析及解決辦法

查其原因，熱電阻在現(xiàn)場安裝時分為接觸式安裝和非接觸式安裝兩種情況。熱電阻與保護(hù)管壁底部可以直接接觸，也可以不直接接觸，直接接觸的稱為接觸式安裝，不直接接觸，有一定空隙的稱為非接觸式安裝。使用中兩種裝配方式雖然最終溫度指示能達(dá)到一致，但會發(fā)生溫度滯后，并且滯后時間很明顯。非接觸安裝時，隨著調(diào)節(jié)對象慣性的增大，溫度的時間滯后也隨著增大。如果時間滯后過大時，對于設(shè)備而言可導(dǎo)致操作工誤判，造成安全事故，直接影響設(shè)備的正常運行。為了解決這種問題，查閱資料，顯示可以在套管之間加變壓器油，當(dāng)時我們填充了變壓器油，取得很好的效果。經(jīng)查找資料得知：變壓器油有很好的絕緣作用，它具有比空氣高的多的絕緣強度，絕緣材料浸在油中，不僅可以提高絕緣強度，還可以免收潮氣的侵蝕。對此建議，在工程設(shè)計時，熱電阻安裝均應(yīng)采用接觸式安裝。

3.3 測溫點選擇不當(dāng)造成的誤差

3.3.1 故障現(xiàn)象

現(xiàn)場用熱電阻進(jìn)行溫度測量時，有時會發(fā)生溫度指示不穩(wěn)定的情況。在排除測量橋路和指示儀表的故障后，只有排查熱電阻選取測量點是不是合適。選取點不合適也能造成誤差。

3.3.2 原因分析及解決辦法

由于熱電阻是通過與被測介質(zhì)進(jìn)行熱交換而達(dá)到測溫目的的，因此需要熱電阻與被測介質(zhì)進(jìn)行充分的熱交換。當(dāng)熱電阻順著介質(zhì)流向插入或把熱電阻插至被測介質(zhì)的死角區(qū)域時，就不能實現(xiàn)準(zhǔn)確測量。如果要消除上述現(xiàn)象造成的誤差，就應(yīng)在現(xiàn)場安裝熱電阻時使它與被測介質(zhì)形成逆流，即迎著介質(zhì)流向插入，至少需與被測介質(zhì)流向成90°角，不得形成順流，見圖3。在測量管道中流體的溫度時，熱電阻的工作端應(yīng)處于管道中流速最大處，熱電阻保護(hù)管的末端應(yīng)超過流束中心線。例如圖4中，鉑電阻時H1約為50～70㎜，銅電阻時H1約為25～30㎜。

圖3 熱電阻安裝示意圖

圖4 垂直安裝示意圖

另一原因是熱電阻插入深度不足，多數(shù)部位暴露在空氣中，空氣溫度對其影響過大。這樣所測出的溫度比實際溫度低3-4℃，如果要消除此誤差，首先必須保證熱電阻有足夠的插入深度。無論多大的管道，溫度計的插入深度一般要到達(dá)管道中心部位。當(dāng)管道相對較小時可使熱電阻逆流傾斜插入管道中，以保證溫度計插入深度。其次，對熱電阻外露部分加裝保溫層以減少熱量損失帶來的誤差和影響。

4 總結(jié)

本文主要針對我公司工作現(xiàn)場中使用熱電阻時出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。熱電阻使用中經(jīng)常會出現(xiàn)由于安裝不當(dāng)引起的測溫質(zhì)量問題，其使用的正確與否，直接關(guān)系到工作現(xiàn)場檢測溫度的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響到設(shè)備的安全運行、生產(chǎn)的順利進(jìn)行。本文主要根據(jù)熱電阻工作原理及其特征，結(jié)合近幾年工作遇到的實際問題，對工作現(xiàn)場出現(xiàn)的問題從安裝使用到使用環(huán)境作了全面闡述，在消除了由于測溫回路引入的誤差后，能很好的提高熱電阻的測溫質(zhì)量。