熱電阻的校準及常見故障分析

摘要：介紹了熱電阻元件測溫原理，參照相關(guān)檢定規(guī)程和有關(guān)校準技術(shù)要求及設(shè)備，論述了熱電阻校準用裝置、校準項目、校準步驟、校準常見問題；結(jié)合常見熱電阻類型和現(xiàn)有校準設(shè)備，根據(jù)實際校準過程中的問題，總結(jié)注意事項；針對自動檢定系統(tǒng)無法掃描串口、熱電阻校準時驗證通道時電阻值為負值，三線制熱電阻校準時全部被校示值誤差超出允差范圍三種常見故障進行分析并處理。

熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)即金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加的特性進行溫度測量。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以近似表示為：

Rt=Rt0[1+a(t-t0)]

式中：Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0＝0℃）時對應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。

1熱電阻元件校準

1.1熱電阻校準用裝置

（1）標準鉑電阻溫度計，二等，用于比較法校準時參考標準；

（2）數(shù)字多用表，A級以上用0.005級以上，B級以下用0.03級以上，用于測量熱電阻和標準鉑電阻電阻值；

（3）轉(zhuǎn)換開關(guān)，接觸電勢≤1.0μV，多支熱電阻檢定用轉(zhuǎn)換器；

（4）恒溫水槽，U≤0.04℃，k＝2，產(chǎn)生0℃的恒溫裝置；

（5）標準油槽，溫度范圍-35～+300℃，水平溫場≤0.01℃，垂直溫場≤0.02℃，溫場變

化不大于0.04℃，溫度t的恒溫裝置；

（6）高溫爐，溫度范圍300～850℃，檢定300℃以上上限溫度使用；

（7）絕緣電阻表，直流電壓10～100V，測量絕緣電阻。

1.2熱電阻校準項目

熱電阻校準項目按照JJG229－2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定項目，如表1所示。

   

注：1、“＋”為應(yīng)檢定，“－”為可以不檢定，“*”為當(dāng)用戶要求時應(yīng)進行檢定；2、在R0和R100合格、而電阻溫度系數(shù)α不符合要求時，仍應(yīng)進行允差等級規(guī)定的上限溫度的檢定。

1.3熱電阻校準步驟

1.3.1外觀檢查

（1）熱電阻各部分裝配正確、可靠、無缺件，外表涂層應(yīng)牢固，保護管應(yīng)完整無損，不得有凹痕、劃痕和顯著銹蝕；

（2）感溫元件不得破裂，不得有明顯的彎曲現(xiàn)象；

（3）根據(jù)測量電路需要，熱電阻可以有兩、三或四線制的接線方式，其中A級和AA級的熱電阻必須是三線制或四線制的接線方式；

（4）每支熱電阻在其保護套管上或在其所附的標簽上至少應(yīng)有類型代號、標稱電阻值R0、工作溫度范圍、感溫元件數(shù)、允差等級、制造商名或商標、生產(chǎn)年月。

1.3.2允差校準

日常工作中，采用溫度自動檢定系統(tǒng)對熱電阻進行校準，判定熱電阻型號及為幾線制；開啟制冷恒溫槽和標準油槽，設(shè)定校準點溫度；把標準鉑電阻溫度計（Pt25，標準0～400℃）放入套有玻璃管的制冷恒溫槽（-35～+95℃），接好線；把被校熱電阻放入制冷恒溫槽，接好線；開啟自動檢定系統(tǒng)，設(shè)置好廠家、編號、校準編號等，選定標準器，點檢定；根據(jù)驗證通道顯示的各通道的熱電阻在室溫下的電阻值，判斷接線是否正確，不正確則停止檢定查看接線，然后再驗證通道，接線正確后開始校準，得到0℃時的電阻值R0；把標準鉑電阻溫度計放入套有玻璃管的標準油槽（+35～+300℃），接好線；把被校熱電阻放入標準油槽，接好線；檢定點選擇100℃，選油槽，檢定，驗證通道；根據(jù)驗證通道顯示的各通道的熱電阻在室溫下的電阻值，判斷接線是否正確，不正確則停止檢定查看接線，然后再驗證通道，接線正確后開始檢定，得到100℃時的電阻值R100；判斷a值是否符合，Δα不符合，校準上限值，上限值超過300℃的校準300℃點；校準結(jié)束后，將所有控溫儀歸零并設(shè)置為待機狀態(tài)。

1.3.3絕緣電阻測試

把熱電阻各接線端短路，接到一個直流100V的兆歐表的一個接線端，兆歐表的另一接線端應(yīng)與熱電阻的保護管連接，測量原件與保護管之間的絕緣電阻；有兩個感溫元件的熱電阻，還應(yīng)將兩熱電阻的各接線端分別短路，接到一個直流100V的兆歐表的兩個接線端，測量感溫元件之間的絕緣電阻。

1.3.4熱電阻校準的常見問題

（1）校準前，需用數(shù)字萬用表測熱電阻的通斷，并判定熱電阻是幾線制的。線的多少并不代表就是幾線制。

（2）校準三線制的熱電阻，因為線電阻有很大的影響，新的檢定系統(tǒng)設(shè)定自動消除線電阻影響，將紅黃兩端分別接同名的兩端，黑白兩端一起接單獨的一端。

（3）校準開始前一定要檢測各串口是否連接正常，串口連接不正常則無法正常工作。

（4）校準100℃點時，必須選擇油槽，因為系統(tǒng)設(shè)定的水槽的報警溫度是40℃，溫度超過40℃時會報警，無法正常工作。

（5）現(xiàn)有的恒溫系統(tǒng)——標準油槽和制冷恒溫槽是自己控溫而不是軟件系統(tǒng)控制，所以在恒溫油槽和制冷恒溫槽溫度設(shè)定時要加修正值，100℃時100.4℃、0℃時0.5℃，否則可能會造成溫度偏差始終超過2℃，溫場無法恒定。

（6）標準鉑電阻溫度計保護管為玻璃管，拿的時候注意輕拿輕放，感溫元件端只能豎拿或者平拿，不能倒置，從0℃恒溫水槽拿出來一定要在常溫條件下靜置一會使標準鉑電阻溫度計恢復(fù)到常溫才能放入100℃的標準油槽，否則可能造成玻璃保護管爆裂。

1.4熱電偶熱電阻校準過程注意事項

（1）熱電阻在保管、運輸、攜帶、安裝、使用及校準時應(yīng)避免劇烈碰撞和顛簸。

（2）熱電阻置入測量溫場時避免驟冷驟熱。

（3）校準時標準鉑電阻溫度計和被校熱電阻放入制冷恒溫槽、標準油槽或者高溫爐應(yīng)達到規(guī)定置入深度，否則不能保證測量的正確性。

（4）應(yīng)在熱電阻檢定規(guī)程規(guī)定的環(huán)境下校準，否則將嚴重影響使用壽命和精度。

2案例分析

2.1故障現(xiàn)象一

對新置熱電阻Pt100進行校準，接好線后，串口始終掃描不出來。

對故障原因進行分析，可能原因有：①串口發(fā)生松動導(dǎo)致接觸不良；②長時間未使用導(dǎo)致電腦內(nèi)部或串口處接觸不良；③設(shè)備硬件損壞或線路斷裂發(fā)生斷路。

首先考慮串口接觸不良導(dǎo)致的，所以先檢查串口，關(guān)閉電源后，將電腦主機打開，檢查內(nèi)部串口是否松動，并取下串口處芯片用乙醇進行清理擦拭，再將其裝回，開啟電源，重新掃描串口，串口順利掃描出來。如圖1所示。

   

2.2故障現(xiàn)象二

對四線制熱電阻Pt100進行校準，接好線后驗證通道時，發(fā)現(xiàn)各通道的熱電阻在室溫下的電阻值始終是負值。

故障原因為熱電阻接線錯誤，該自動檢定系統(tǒng)測試夾紅黃兩端接同名的兩端，黑白兩端接另一同名兩端。同名端的判定方法為：將數(shù)字萬用表檔位打到蜂鳴檔，兩測試端分別接觸熱電阻的任意兩端，若出現(xiàn)蜂鳴聲且阻值顯示為0則為同名的兩端；若未出現(xiàn)蜂鳴聲且阻值為對應(yīng)型號的在室溫下的阻值（如Pt100阻值顯示為110?左右），則為非同名的兩端重新接線，如圖2所示，順利消除故障。

2.3故障現(xiàn)象三

對三線制熱電阻Pt100進行校準，接好線后驗證通道時，發(fā)現(xiàn)各通道的熱電阻在室溫下的電阻值顯示正確，允差校準完成后發(fā)現(xiàn)示值誤差很大，所有一批次校準的熱電阻無一個在允差范圍內(nèi)。

故障原因為熱電阻接線錯誤。因為線電阻有很大的影響，校準過程中需要換線消除線電阻的影響，新的檢定系統(tǒng)設(shè)定自動消除線電阻影響，但是必須將紅黃兩端分別接同名的兩端，黑白兩端一起接單獨的一端才能自動消除。

重新接線，如圖3所示，順利消除故障。

3結(jié)語

在工業(yè)用熱電阻自動檢測系統(tǒng)中，校準者需對軟件應(yīng)用及硬件連接十分熟練，對于校準過程中發(fā)生的各種情況和現(xiàn)象，通過多次反復(fù)的排查對比，進行合理分析，最終得到熱電阻的真實情況。后續(xù)工作中，熱電阻的自動檢定系統(tǒng)的開發(fā)與研制也將進一步升級，最終達到控制自動化、校準簡潔化、結(jié)果的水準。