影響熱電阻回路測溫質量的分析

單作蓉

（中鋁西北鋁責任有限公司，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中經常用來測量-200～600℃的溫度。能實現多點、集中測量和自動控制，在我分公司各種低溫控制環節中常常被使用。

熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。

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、穩定性好、便于遠傳、能遠距離測量等優點。

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

3 影響測溫質量的實例原因分析

在熱電阻測溫環節中影響測溫質量的因素很多，除了環境因素及干擾外，熱電阻及其回路的安裝不當是影響測溫質量的最主要因素。

3.1 熱電阻與其配套的二次儀表連接不當引起的誤差

3.1.1 故障現象

我公司主變電站現場曾經出現過熱電阻測溫回路中顯示儀表指示溫度值偏高故障，在工作現場,我們對顯示儀表、熱電阻分別進行測試，結果顯示儀表與熱電阻沒有故障，在檢查線路時發現熱電阻與測量橋路連接不當。

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

為了更能準確直觀的顯示被測溫度，控制室的數字顯示儀表一般都采用不平衡電橋測量線路。導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。這種接法就是傳統的二線制法。由于安裝熱電阻現場與控制室儀表之間一般都會有距離，因此兩根連接導線的電阻隨溫度而發生變化。且用兩根導線連接熱電阻兩端，導線本身的電阻與熱電阻串聯在一起，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引出第三根導線，把兩根連接導線分別接入橋路的兩個相鄰的橋臂上，而把第三根導線與穩壓電源的負極相接。這樣，由于環境溫度變化而引起的連接導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，從而避免了因環境溫度變化而引起的附加誤差。生產中使用的數字儀表連接端子處也可以有調整電阻，通過調整它們的電阻值，使每個相連接導線獲得相等的電阻值，一般選用小于5Ω的電阻。此處的調整電阻標準為5Ω，我公司計量中心在實驗室校準二次儀表時是按照國家檢定規程，把三根線均加上5Ω校驗的，而工作現場一次元件和二次儀表的連接導線有近有遠，導線電阻有大有小，并非都是5Ω，我們所說的5Ω是不允許超過5Ω。在工作現場發生實際溫度低而儀表顯示高的現象，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，應實際測量此處線路的實際電阻，若小于5Ω，用調整電阻加到5Ω，大于5Ω的，用調整電阻降到5Ω，這樣，即可精確的測量被測點的實際溫度。

3.2 電阻與保護管安裝不當引起的溫度滯后

3.2.1 故障現象

在我公司變壓器運行時發現，現場設備被測介質溫度與顯示不同步，（測溫點同時安裝了壓力式溫度計），控制室內顯示儀表不能快速、及時準確地反映出來，生產工作人員因無法迅速取得真實溫度測量數據，也無法及時準確進行技術工作操作，對生產造成不良后果。

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到一致，但會發生溫度滯后，并且滯后時間很明顯。非接觸安裝時，隨著調節對象慣性的增大，溫度的時間滯后也隨著增大。如果時間滯后過大時，對于設備而言可導致操作工誤判，造成安全事故，直接影響設備的正常運行。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，當時我們填充了變壓器油，取得很好的效果。經查找資料得知：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，在工程設計時，熱電阻安裝均應采用接觸式安裝。

3.3 測溫點選擇不當造成的誤差

3.3.1 故障現象

現場用熱電阻進行溫度測量時，有時會發生溫度指示不穩定的情況。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進行熱交換而達到測溫目的的，因此需要熱電阻與被測介質進行充分的熱交換。當熱電阻順著介質流向插入或把熱電阻插至被測介質的死角區域時，就不能實現準確測量。如果要消除上述現象造成的誤差，就應在現場安裝熱電阻時使它與被測介質形成逆流，即迎著介質流向插入，至少需與被測介質流向成90°角，不得形成順流，見圖3。在測量管道中流體的溫度時，熱電阻的工作端應處于管道中流速最大處，熱電阻保護管的末端應超過流束中心線。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管道中心部位。當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

本文主要針對我公司工作現場中使用熱電阻時出現的問題進行分析。熱電阻使用中經常會出現由于安裝不當引起的測溫質量問題，其使用的正確與否，直接關系到工作現場檢測溫度的準確性，進而影響到設備的安全運行、生產的順利進行。本文主要根據熱電阻工作原理及其特征，結合近幾年工作遇到的實際問題，對工作現場出現的問題從安裝使用到使用環境作了全面闡述，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量。