影響熱電阻回路測溫質(zhì)量的分析

摘要:熱電阻溫度計(jì)廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行溫度的測量與控制。正確測溫是保證生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵。針對生產(chǎn)設(shè)備中測量溫度的熱電阻在實(shí)際測溫時(shí)出現(xiàn)的測溫質(zhì)量問題,進(jìn)行分析并提出解決方法。
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(jì)。熱電阻溫度計(jì)在科研和生產(chǎn)中經(jīng)常用來測量-200~600℃的溫度。能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、集中測量和自動控制,在各種低溫控制環(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(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是高的,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?，就可以測量出溫度。
2熱電阻溫度計(jì)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(diǎn)。
　　熱電阻溫度計(jì)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(jì),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(xiǎn)。
3影響測溫質(zhì)量的實(shí)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)境因素反干擾外，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
　　現(xiàn)場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,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(shí)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
 
　　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;R2、R3、R4為橋臂電阻;Rr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(gè)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,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(gè)相鄰的橋臂上，而把第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源.的負(fù)板相接。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(shí),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)字儀表連接端于處也可以有調(diào)整電阻，通過調(diào)整它們的電阻值，使每個(gè)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,計(jì)量中心在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)二次儀表時(shí)是按照國家檢定規(guī)程，把三根線均加.上5Ω校驗(yàn)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,所說的5Ω是不允許超過5Ω。在工作現(xiàn)場發(fā)生實(shí)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(shí)際值。所以在安裝儀表時(shí)，應(yīng)實(shí)際測量此處線路的實(shí)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，即可正確的測量被測點(diǎn)的實(shí)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
　　在變壓器運(yùn)行時(shí)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(diǎn)同時(shí)安裝了壓力式溫度計(jì)),控制室內(nèi)顯示儀表不能快速、及時(shí)準(zhǔn)確地反映出來,生產(chǎn)工作人員因無法迅速取得真實(shí)溫度測量數(shù)據(jù)，也無法及時(shí)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(shí)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)管壁底部可以直接按觸，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(shí)間很明顯。非接觸安裝時(shí)，隨著調(diào)節(jié)對象憤性的增大，溫度的時(shí)間滯后也隨.著增大。如果時(shí)間滯后過大時(shí)，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(yùn)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(shí)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(qiáng)度,絕緣材料浸在油中,不僅可以提高絕緣強(qiáng)度，還可以免收潮氣的侵蝕。對此建議，在工程設(shè)計(jì)時(shí),熱電阻安裝均應(yīng)采用接觸式安裝。
3.3測溫點(diǎn)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(shí),有時(shí)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(diǎn)是不是合適。選取點(diǎn)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(shí),就不能實(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)H1約為50~70m0),銅電阻時(shí)H1約為25~30。
 
　　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(shí)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(jì)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(shí)可使熱電阻逆流傾斜插入管道中，以保證溫度計(jì)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)
　　主要針對工作現(xiàn)場中使用熱電阻時(shí)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(yùn)行、生產(chǎn)的順利進(jìn)行。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(shí)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。