減小濕熱滅菌器溫度偏差的方法

[摘要]熱電阻產(chǎn)生誤差的情況大致分為引線電阻誤差、接線接頭連接處電阻誤差、溫度傳感器密封層破損漏水、自熱效應(yīng)、原件漂移、噪聲和分辨率，文章基于這6類影響溫度的情況，分別對(duì)這6類影響進(jìn)行分析與處理，盡可能地減小或消除誤差，確保接收到最正確的溫度數(shù)據(jù)。
　　針對(duì)濕熱滅菌器的滅菌溫度來(lái)說(shuō)，通常采用121℃的工藝進(jìn)行滅菌。這樣的溫度，相對(duì)于檢測(cè)溫度的溫度檢測(cè)儀來(lái)講并不算高，但滅菌工藝對(duì)溫度精度要求很高，需要非常正確的檢測(cè)裝置，一般也要A級(jí)精度以上才可以。市場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種溫度檢測(cè)裝置有熱敏電阻、熱電偶、熱電阻RTD、IC傳感器，見(jiàn)表1。
 
　　根據(jù)表1中的內(nèi)容可以了解，適用于濕熱滅菌工藝的溫度范圍應(yīng)該選用熱電阻RTD溫度檢測(cè)裝置進(jìn)行控制和測(cè)量，其精度高，測(cè)量范圍適合，也最穩(wěn)定。
　　熱電阻的工作原理是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。如果熱電阻隨溫度的.上升而電阻值也跟著上升,稱為正電阻系數(shù);如果熱電阻隨溫度的.上升而電阻值反而下降，稱為負(fù)電阻系數(shù)。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y(cè)量出溫度。熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系見(jiàn)表2。
 
　　設(shè)備通過(guò)向熱電阻通電，從而采集熱電阻通過(guò)的電流來(lái)判斷當(dāng)前溫度。因?yàn)闊犭娮璧淖柚底兓c溫度變化之間規(guī)律是固定的，因此市場(chǎng)上有專門采集RTD的溫度模塊，通過(guò)這種專用模塊中采集的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算出的溫度值會(huì)更加正確。雖然在實(shí)驗(yàn)室條件下模塊檢測(cè)到的電阻值和計(jì)算值是正確的，然而在工業(yè)環(huán)境下周邊的溫度濕度以及導(dǎo)線等都不能與實(shí)驗(yàn)室相比，這使得最終結(jié)果會(huì)出現(xiàn)誤差和一定的偏差;以及其他不正確的情況發(fā)生，導(dǎo)致最終的溫度不正確。
1引線電阻誤差
　　在實(shí)際使用的電器元件中沒(méi)有絕對(duì)的理想原件(原件沒(méi)有電阻，沒(méi)有干擾因素等)，導(dǎo)線也不例外，導(dǎo)線也有電阻值。許多大型設(shè)備由于體積大、溫度檢測(cè)信號(hào)距離遠(yuǎn)等情況，導(dǎo)致連接溫度傳感器的導(dǎo)線距離必須要做的很長(zhǎng)。這時(shí)就需要解決方案，提到減小導(dǎo)線電阻的方法時(shí)，最重要的一點(diǎn)是熱電阻的接線方式，接線方式的不同會(huì)帶來(lái)不同的偏差值，常規(guī)的熱電阻有4根接線端，按照接線方式分為二線制、三線制、四線制接法。
(1) 二線制:二線制是在熱電阻的兩端各連接--根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)的方式。這種引線方法簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻，整個(gè)電路的電阻是熱電阻的電阻值加.上兩段導(dǎo)線電阻的電阻值，這樣接線測(cè)量誤差大,誤差的大小與導(dǎo)線的材料和長(zhǎng)度的因素有關(guān)，如圖1所示。
 
(2)三線制:三線制是在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根弓|線的方式。這種方式通常與電橋配套使用，兩個(gè)導(dǎo)線分別接在電橋的兩個(gè)橋背，上，另一根線接在電橋的電源上，消除了引線電阻的誤差，可以較好消除引線電阻的影響，如圖2所示。
 
(3)四線制:四線制是在熱電阻根部?jī)啥烁鬟B接兩根導(dǎo)線的方式，其中兩根引|線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U,再通過(guò)另兩根引|線把U弓|至二次儀表。這種弓|線方式可完全消除引|線的電阻影響，如圖3所示。
 
　　通過(guò)以上介紹，四線制接法可以很好的解決以上問(wèn)題。由于導(dǎo)線越長(zhǎng)，導(dǎo)線電阻阻值越大，通過(guò)四線制的方法即使接線長(zhǎng)度較長(zhǎng)也可以消除導(dǎo)線電阻誤差產(chǎn)生的影響。
2接線接頭連接處電阻
　　與導(dǎo)線電阻誤差不同的是，接線端子之間也會(huì)產(chǎn)生電阻。導(dǎo)線電阻只要材料相同，單根接線距離相同的情況下通過(guò)四線制接法的溫度傳感器可抵消電阻誤差，可是接線端子不同，不同的金屬材料，不同的端子長(zhǎng)度寬度都會(huì)影響其中的電阻值的變化。雖然這種變化很細(xì)微,但是如果端子數(shù)量增多后其影響不能忽略，需要考慮其對(duì)溫度的影響。解決方案是盡可能減少接線連接端子的使用，具體方案如下。
首先，定制足夠長(zhǎng)引|線的溫度傳感器，避免接線不夠長(zhǎng)需要額外增加延長(zhǎng)線的情況。
　　其次，接線引入電氣箱后建議不要中間轉(zhuǎn)接線，而是直接接人到溫度采集模塊中。整條線路僅在傳感器模塊部分使用一次接線端子，這種方式最大程度上減小了端子中的電阻誤差影響。
3溫度傳感器密封層破損漏水
　　傳統(tǒng)使用的溫度傳感器都是金屬尖端用于傳感器測(cè)溫，后端使用硅膠或FEP材料。這種材料耐高溫，但是易被拉斷,被劃傷;經(jīng)過(guò)滅菌器狹窄空間時(shí)，滅菌車非常重，在滅菌器內(nèi)通過(guò)時(shí)很容易將傳感器的延長(zhǎng)線壓斷，或被滅菌物品為玻璃容器，難免會(huì)有破碎的情況在設(shè)備運(yùn)行時(shí)這部分碎屑會(huì)劃破傳感器的延長(zhǎng)線，導(dǎo)致露出導(dǎo)線。由于濕熱滅菌器是高溫高濕的環(huán)境，如果密封材料被損壞潮濕環(huán)境會(huì)伴隨導(dǎo)線進(jìn)人溫度檢測(cè)模塊，導(dǎo)致測(cè)量不正確，甚至?xí)龎碾娮釉?。?jīng)過(guò)以上因素分析，給出以下建議。
(1)可以選用金屬包裝的熱電阻來(lái)代替硅膠或FEP材料的密封保護(hù)。
(2)可以選用無(wú)線溫度傳感器傳輸信號(hào)到溫度檢測(cè)模塊中。這種方式熱電阻相對(duì)放置靈活，不用擔(dān)心受到位置影響或產(chǎn)品進(jìn)出的干擾，也不會(huì)被擠壓或劃傷。
4自熱效應(yīng)
　　溫度電阻會(huì)對(duì)流入的電流會(huì)做功，電阻做功的方式只有產(chǎn)生熱量。而這部分熱量又不容易散發(fā)出去就會(huì)產(chǎn)生溫度波動(dòng)從而影響電阻阻值產(chǎn)生變化，這種現(xiàn)象稱之為自熱效應(yīng)。自熱效應(yīng)的產(chǎn)生是必不可少的，沒(méi)辦法去消除或避免。只能盡可能的減少自熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱量來(lái)盡可能的正確測(cè)量。減小自熱效應(yīng)的方法有以下幾種。
(1)鑒于自熱效應(yīng)的原理是電流做無(wú)用功產(chǎn)生，這樣就需要良好、穩(wěn)定的電源，以避免過(guò)多的電流波動(dòng)導(dǎo)致自熱效應(yīng)的大量積累，并且盡可能的將電源放置在通風(fēng)常溫環(huán)境中，這樣可以延長(zhǎng)電源的壽命。
(2)設(shè)備電源盡可能獨(dú)立接電，以防止其他設(shè)備啟動(dòng)導(dǎo)致電壓的突降，這種波動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p耗電源壽命。
5原件漂移
　　元器件的老化會(huì)導(dǎo)致電阻值的變化，線路中電壓電流大幅度波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象影響電流值，從而影響信號(hào)數(shù)值。針對(duì)這樣的情況，需要考慮元器件老化是:無(wú)法避免的，只能定期進(jìn)行電子元件的更換以及傳感器的校準(zhǔn)，電子元器件盡可能選用質(zhì)量過(guò)關(guān)耐受程度良好的元件，這其中包括傳感器，傳感器供電電源以及處理傳感器信號(hào)的模擬量模塊，這樣可以確保在很長(zhǎng)的周期范圍內(nèi)信號(hào)的良好傳輸，以及數(shù)值的正確性;面對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，儒要將信號(hào)線等微弱電流的導(dǎo)線與動(dòng)力線以及電源線等保持足夠遠(yuǎn)的距離，要保證交流電與直流電盡可能分開(kāi)走線，三相動(dòng)力線更要遠(yuǎn)離控制箱;如果條件準(zhǔn)許，可以將控制系統(tǒng)電源與動(dòng)力系統(tǒng)電源分為兩個(gè)電源單獨(dú)連線。
6噪聲和分辨率
　　電路噪聲隨處可見(jiàn)，又無(wú)可避免，這種微小的浮動(dòng)干擾很難被檢測(cè)出來(lái)。電路噪聲的出現(xiàn)是伴隨時(shí)間隨機(jī)出現(xiàn)的，為了減小這種噪聲干擾或者減少出現(xiàn)的頻次，可以選擇使用電路濾波器將噪聲干擾等微小擾動(dòng)過(guò)濾掉，并且在濾波的情況下再選擇使用性能良好的電源。穩(wěn)定良好的電源可以在電路中產(chǎn)生很少的電路雜波。再選擇使用分辨率高的模擬量模塊配合數(shù)字濾波方式進(jìn)行雜波的剔除，這樣在模擬量信號(hào)與數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)可以分析出更正確的傳感器數(shù)值。但數(shù)字濾波處理過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)是其一大缺陷。
7結(jié)束語(yǔ)
　　通過(guò)以上六點(diǎn)的分析并進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，可以減小或消除這一類溫度傳感器(熱電阻)的溫度偏差和干擾，后續(xù)對(duì)設(shè)備定期進(jìn)行維護(hù)，并隨時(shí)觀察溫度的差異情況，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。