鉑熱電阻溫度變送器的工作原理與校準(zhǔn)

摘要:溫度變送器需要配接一次測溫元件使用，配用的測溫元件一般有鉑熱電阻和熱電偶等，鉑熱電阻輸入線制又分為二線制、三線制、四線制三種類型，輸入線制的不同帶來的測量結(jié)果不同，整體校準(zhǔn)與分開校準(zhǔn)的比較以及對(duì)超差的溫度變送器如何調(diào)校。
　　在工業(yè)應(yīng)用中，溫度變送器都是與鉑熱電阻和熱電偶配合使用，常見的是配接鉑熱電阻的溫度變送器，它將鉑熱電阻的電阻值，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、放大校正、V/I轉(zhuǎn)換、恒流和反向保護(hù)等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的4~20mA電流信號(hào)輸出。具有抗干擾能力強(qiáng)、測量精度線性好、方便遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。
1配鉑熱電阻溫度變送器工作原理
　　目前在各個(gè)行業(yè)廣泛使用的是配鉑熱電阻的溫度變送器，配鉑熱電阻溫度變送器由兩部分組成:Pt100鉑熱電阻和信號(hào)轉(zhuǎn)換器，信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由測量單元、信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成，有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場總線功能。輸出信號(hào)主要是標(biāo)準(zhǔn)電壓1~5V或電流信號(hào)4~20mA，如圖1所示。
 
2配鉑熱電阻溫度變送器輸入線制的類別.
　　鉑熱電阻與變送器接線方式有二線制、三線制和四線制。二線制接線較為便捷，但由于鉑熱電阻沒有線路電阻的補(bǔ)償，測量結(jié)果包括引線電阻的附加誤差，若是三線制接線，有線路電阻補(bǔ)償，可以部分消除引線電阻的影響，測量精度相應(yīng)提高;若是四線制接線，相當(dāng)于在鉑熱電阻的根部兩端各連接的兩根引線為鉑熱電阻提供恒定電流，再通過另兩根引線測量電勢值，這種引線方式可以完全消除引線的電阻影響，也可以消除雜散熱電勢，測量精度最高。
　　不同接線制獲得不同準(zhǔn)確度的結(jié)果，對(duì)于大部分的測溫工業(yè)場所來說，采用三線制接線能基本滿足要求，想要得到正確測量，則必須采用四.線制接線的一體化溫度變送器，流量測量中的溫度變送器大多采用此種方式。
3帶傳感器的溫度變送器的校準(zhǔn)方法
　　JJF1183--2007溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范6.2中規(guī)定，帶傳感器的變送器進(jìn)行測量誤差校準(zhǔn)時(shí)，每個(gè)試驗(yàn)溫度點(diǎn)需要帶傳感器的溫度變送器在溫度源中溫度穩(wěn)定30min后進(jìn)行測量，由于測量誤差由鉑熱電阻的允差和信號(hào)轉(zhuǎn)換器的允差兩部分組成，采用鉑熱電阻和信號(hào)轉(zhuǎn)換器分開校準(zhǔn)或鉑熱電阻和信號(hào)轉(zhuǎn)換器整體校準(zhǔn)兩種方式。校準(zhǔn)所需的測量標(biāo)準(zhǔn)器和部分配套設(shè)備如表1所示。
 
　　將一支配鉑熱電阻的溫度變送器，測量范圍為0~80℃作為試驗(yàn)樣品分別進(jìn)行分析，通過以上設(shè)備的配合分別測量輸入信號(hào)為二線制接線、三線制接線、四線制接線的輸出電流值。
3.1分開校準(zhǔn)
　　將溫度變送器中的A級(jí)四線制鉑熱電阻和信號(hào)轉(zhuǎn)換器分開進(jìn)行校準(zhǔn)，由于鉑熱電阻與信號(hào)轉(zhuǎn)換器配套使用，參照信號(hào)轉(zhuǎn)換器的測量范圍，將鉑熱電阻分別放入制冷恒溫槽和恒溫油槽內(nèi)，在下列各校準(zhǔn)點(diǎn)上測量數(shù)據(jù)如表2。
 
　　單獨(dú)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，使用的標(biāo)準(zhǔn)器為數(shù)字多用表，該儀表既可以作為測量儀器，也可以作為信號(hào)輸出源，按照校準(zhǔn)規(guī)范的要求線路連接，進(jìn)行6次校準(zhǔn)取平均值，數(shù)據(jù)如表3。
 
3.2整體校準(zhǔn)
　　根據(jù)JJF1183--2007溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范的要求，將鉑熱電阻與信號(hào)轉(zhuǎn)換器配套整體校準(zhǔn)時(shí)，將鉑熱電阻分別放入制冷恒溫槽和恒溫油槽內(nèi)，通過數(shù)字多用表讀取信號(hào)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)如表4。
 
　　通過比較可以得出分開校準(zhǔn)與整體校準(zhǔn)結(jié)果都滿足校準(zhǔn)規(guī)范的要求，如表5，兩種方法的校準(zhǔn).結(jié)果基本一致，不一致的原因在于數(shù)字多用表中.電阻信號(hào)與電流信號(hào)引入了部分誤差。在校準(zhǔn)測量時(shí)，獨(dú)立校準(zhǔn)或整體校準(zhǔn)要根據(jù)各個(gè)單位的實(shí)際情況來決定，當(dāng)溫度變送器的測量范圍在溫度校準(zhǔn)裝置測量范圍內(nèi)，整體校準(zhǔn)可以減少測量中.的影響量，既不需要拆裝，又節(jié)約時(shí)間和人力。而對(duì)于測量范圍在溫度校準(zhǔn)裝置范圍外，無法整體校準(zhǔn)時(shí)，則可以選擇分開進(jìn)行校準(zhǔn)。
 
4現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)
　　工業(yè)現(xiàn)場測溫大都用配鉑熱電阻使用的一體化用溫度變送器，由于鉑熱電阻與溫度間的關(guān)系為非線性，加之傳感器引線電阻及運(yùn)算放大器非線性等因素影響，在整體校準(zhǔn)時(shí)如不滿足用戶精度等級(jí)要求，則需要進(jìn)行標(biāo)定，常見的是在硬件上對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)和滿度進(jìn)行調(diào)整或用HART技術(shù)協(xié)議進(jìn)行標(biāo)定。通過硬件調(diào)整零點(diǎn)和滿度，對(duì)變送器的穩(wěn)定性和可靠性有一定影響，建議有HART協(xié)議的溫度變送器進(jìn)行通訊協(xié)議標(biāo)定，設(shè)備通訊器給溫度變送器供電.后，自動(dòng)識(shí)別溫度變送器的基本信息。在CALI-BRATION菜單里選擇進(jìn)行上下限同時(shí)標(biāo)定。先在下限標(biāo)定，待變送器在制冷恒溫槽溫度穩(wěn)定后將下限標(biāo)準(zhǔn)溫度值輸入到設(shè)備通訊器中，將變送器移動(dòng)到穩(wěn)定在.上限溫度的油槽中，熱平衡后，將上限標(biāo)準(zhǔn)溫度值再次輸入到設(shè)備通訊器中，標(biāo)定完成。再按照規(guī)程要求重新校準(zhǔn)一遍，得到電流輸出值。
　　掌握了溫度變送器誤差的標(biāo)定方法，可以對(duì)現(xiàn)場中損壞的或者不合格的一體化溫度變送器中的鉑熱電阻傳感器隨時(shí)進(jìn)行更換，更換后再通過TREX設(shè)備通訊器標(biāo)定，直至允許誤差滿足要求，保證了產(chǎn)品持續(xù)可靠性。
5結(jié)束語
　　通過對(duì)溫度變送器工作原理的介紹，了解鉑熱電阻二線、三線、四線制接線分別與變送器不同連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)委托送樣的實(shí)際情況去選擇兩種校準(zhǔn)方式，以及在溫度變送器的示值超差或更換鉑熱電阻后如何調(diào)校的問題作了詳細(xì)的介紹，讓客戶在測溫精度的選擇，生產(chǎn)成本的節(jié)約，產(chǎn)品的質(zhì)量控制等方面，有了更多的對(duì)比性，從而選出最適合的測溫設(shè)備，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。