提高熱電阻在測溫系統(tǒng)中的測量精度

摘要:淺談熱電阻的測溫原理。利用電路介紹非電量轉(zhuǎn)換為電量的交換過程，并敘述了采用熱電阻正確測量及消除或減小信號回路干擾是保證測溫精度的前提。
       在電力系統(tǒng)中，為保證各種類型機(jī)組、設(shè)備的安全運(yùn)行，是我們工作的重心，它不但關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益,更關(guān)系到人的生命安全。而在眾多監(jiān)測電氣設(shè)備安全運(yùn)行的因素中，溫度的監(jiān)測顯得尤為重要，如:電廠“的給水溫;度、汽包溫度主蒸汽溫度、發(fā)電機(jī)定子溫度、軸承、軸瓦、變壓器鐵心溫度等等，我們可以通過溫度的變化趨勢判斷設(shè)備的工作狀況，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，減小經(jīng)濟(jì)損失。鑒于目前電廠測溫多采用熱電阻做為感溫元件，因此如何把熱電阻測溫?zé)o誤的傳遞好，使設(shè)備的在線溫度測量，是電力系統(tǒng)溫度計量工作者的主要職責(zé)。
一.熱電阻的測溫優(yōu)點及原理
       用熱電阻測量溫度的優(yōu)點是精度高，穩(wěn)定性好，且易于實現(xiàn)非電量的電量轉(zhuǎn)換，便于進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，多點切換和信號處理。特別是近年來微型熱電阻的問世，大大提高了熱電阻的反應(yīng)速度，最小的微型鉑熱電阻，可以做成2mm見方、0. 5mm厚的薄片，從而為熱電阻的應(yīng)用打開了廣闊的前途。
       電阻溫度計是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與本身溫度差成一定函數(shù)關(guān)系的原理實現(xiàn)溫度測量的，即金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻一-溫度函數(shù)關(guān)系一且確定后，就可以通過測量置于測溫對象之中并與測溫對象達(dá)到熱平衡的熱電阻的阻值而求得對象的溫度。它一般應(yīng)用在-200 ~ 500℃.范圍內(nèi)的溫度測量。金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻與溫度關(guān)系一般可表示為:
Rt=Rto[1+α(t-t0)]          式(1)
式中Rt一溫度為t時刻的電阻值。
R溫度為 t。時刻的電阻值。
α--電阻溫度系數(shù)，即溫度每升1℃時的電阻相對變化量。
       熱電阻目前可分為: Pt100. Cu50、BA1、BA2等分度號,在使用中常用連接導(dǎo)線及電阻測量儀表(顯示部分)等組成，測溫原理如圖1所示。

       此外，由于它輸出的是電阻變化信號，故它可以遠(yuǎn)距離顯示或傳送信號，便于集中監(jiān)控。.
二.非電量轉(zhuǎn)換為電量電路
       在各種接線方式中，三線制在測溫系統(tǒng)中運(yùn)用較廣泛，它是如何將非電量轉(zhuǎn)換為電量及如何消除引線隨環(huán)境溫度變化所帶來的測量誤差的呢?下面以橋式方式接人舉例說明，橋式方式接線如圖2所示:

       給a,b兩點輸入--穩(wěn)定直流電壓，不平衡電橋由錳銅電阻R1、R2、R3、R4和線路電阻rl.r2、r3及測溫電阻Rto組成，其中: R1=R2; R3=R4; r1=r2=r3,Rto為零攝氏度的電阻值，根據(jù)惠斯頓電橋原理，即有:R1(R4+r2+Rto)=R2(R3+r1);當(dāng)Rto變化時，△U變化,即非電量→電量，當(dāng)環(huán)境溫度變化引起rl. r2. r3變化時，將使c,d兩點電位同時變化(上升或下降)，即△U不變，故線路電阻rl、r2、r3隨環(huán)境溫度的變化將不影響測量的正確性，從而消除引線誤差。
三、測溫誤差的引入及解決方法
       測溫儀表是通過測溫元件的電阻值的測量來檢測溫度的，所以引線電阻值的大小、中間連接端子的接觸電阻、引線電阻的變化(受環(huán)境溫度的影響)及信號回路的干擾等將直接影響其測量被檢測點的真實溫度，因此必須采取措施來消除引線電阻及干擾等所引起的測量誤差，從而提高測量精度，分析如下。
1.引線電阻的補(bǔ)償方式
       熱電阻的接線方法有兩線制、三線制、四線制方式, 在測溫電路中兩線制因不能消除因引線電阻的變化所引起的測量誤差，通常在使用中采用三線制接法，因三線制接法在配合電橋電路側(cè)溫時，可以減小或消除因引線電阻變化所引起的測溫誤差(. 上面分析過)，四線制接法通常用于標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻;用于配合電位差計測量電阻時，消除引線電阻的影響，除上面提出的線路電阻補(bǔ)償橋式外，還有雙電源電路、單電源電路補(bǔ)償方式，(31 故目前工作現(xiàn)場運(yùn)用較廣泛的采用三線制測溫。
2.信號回路的干擾和抑制
       由于熱電阻測量回路有可能穿越強(qiáng)磁場、電纜層及其附近的電力電纜和控制電纜將對信號線感應(yīng)而產(chǎn)生干擾,主要表現(xiàn)為干擾電壓有時高達(dá)幾十伏，從而影響測量。為了阻止干擾侵入信號回路應(yīng)從柜內(nèi)外的配線、接地系統(tǒng)等各方面采取措施，主要方法有:
(1)對直接連接外部電纜的輸人端(信號線路上)附加一定量的濾波電容C(如圖2),不僅能夠抑制高頻干擾信號，而且能夠阻止過大的脈沖噪聲損壞電路元件。
(2)更換屏蔽電纜，使屏蔽電纜接地(采用一點接地原則) ;另外敷設(shè)電纜應(yīng)分層、分類、相互間必須用隔板隔開等方式。
(3)可以采用熱電阻溫度變送器就地顯示測量，減少中間干擾環(huán)節(jié),通過遠(yuǎn)傳4 ~ 20mA電流信號集中測量顯示。
四，現(xiàn)場運(yùn)用
       在我廠投運(yùn)的SJ-40南瑞溫度巡檢裝置，運(yùn)行一段時間后發(fā)現(xiàn)裝置整體死機(jī),重新上電后部分通道溫度異常(溫度波動較大)，通過校驗該通道數(shù)據(jù)不真實，更換板件后工作正常，但運(yùn)行一段時間后故障重現(xiàn)。經(jīng)過前后對比分析,發(fā)現(xiàn)兩次都是封閉母線測溫通道損壞，通過萬用表檢測該熱電阻信號線上有十幾伏的干擾電壓，后檢查電纜屏蔽線，發(fā)現(xiàn)該電纜屏蔽兩端接地，后來改用電纜屏蔽端在盤柜一點接地。再次測量電壓以減小到六伏左右，最后在熱電阻信號線一端與接地端之間并接0.1微法500伏的瓷片電容。再通過萬用表測試，已測量不到干擾電了。采用以上方法處理后，通過長期運(yùn)行實踐觀察該裝置未出現(xiàn)上述現(xiàn)象。
五、結(jié)論
       總之在測溫系統(tǒng)中，為保證溫度儀表的可靠運(yùn)行，除對上述提出的外，還應(yīng)對儀表本身進(jìn)行認(rèn)真檢修、檢定;回路的連接應(yīng)緊固，無松動，防止回路接觸電阻過大;對測溫元件、連接線路以及切換開關(guān)的安裝和檢修質(zhì)量也是非常重要的，不論那一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都會產(chǎn)生很大的測量誤差，影響工作人員的判斷，甚至不能工作。