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热电阻测温系统的维护与故障处理
点击次数:624 发布时间:2015-05-14

O 引言
温度是度量物体冷热程度的物理量,在生产和科学试验中占有极其重要的地位,常见的测温方法有辐射式测温法、热电偶、热电阻测温法等。热电阻是一种非常简单测量元件,在各种工业环境中都可以看到它。然而很多从事热工仪表的工作人员,都不太清楚热电阻的工作原理,下面从热电阻的工作原理引申出相关的一些问题,以提高从业人员的重视程度。
1 热电阻工作原理
热电阻工作原理非常简单,是基于电阻的热效应进行温度测量的,电阻体的阻值具随温度的变化而变化的特性。因此,只要测量出感温热电阻的阻值变化,就可以测量出温度。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用R=R 。[1+a(t—t。)]的近似关系式表示,式中:Rt为温度t时的阻值;R 。为温度t。(通常t。一0"C)时对应电阻值;a为温度系数。半导体热敏电阻的阻值和温度关系为Rt=AeB/t,式中Rt为温度为t时的阻值;A、B取决于半导体材料的结构的常数。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻是中低温区zui常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定,其中铂热电阻的测量度是zui高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成基准仪。目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。相比较而言,热敏电阻的温度系数更大,常温下的电阻值更高(通常在数千欧以上),沮互换性较差,非线性严重,测温范围只有一50"C~30o~C,在我厂只用在无纸记录仪室内温度检测。金属热电阻一般适用于-20O~C~ 500~C范围内的温度测量,其特点是测量准确、稳定性好、性能可靠,在我厂
的应用极其广泛。目前应用zui广泛的热电阻材料是铂和铜:铂电阻精度高,适用于中性和氧化性介质,稳定性好,具有一定的非线性,温度越高电阻变化率越小;铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系,温度线数大,适用于无腐蚀介质,超过150℃ 易被氧化。中国zui常用的铂电阻有R。-1OQ、R。-lOOfl和R。=1000~等几种,它们的分度号分别为Ptl0、Ptl00、Ptl000;铜电阻有R。=50D,和R。=1OOQ 两种,它们的分度号为Cu50和Cul00。其中Ptl00和Cu50的应用zui为广泛。
2 热电阻种类
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响,一般采用三线制或四线制。根据使用要求,常见热电阻有以下几种:
(1)精密型热电阻:为了保证测量,制作工艺非常细,且容易损坏,~ 般用于实验室。
(2)铠装热电阻:铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体,它的外径一般为2 mm~8 mm。与普通型热电阻相比,它具有体积小,内部无空气隙,热惯性小,测量滞后小;机械性能好、耐振,抗冲击;能弯曲,便于安装;使用寿命长等优点。
(3)端面热电阻:端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制,紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比,能更正确和快速地反映被测端面的实际温度,适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。(4)隔爆型热电阻:隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒,把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内,生产现场不会引超爆炸。
3 金属热电阻的信号连接方式
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件,通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。从事热工仪表的人都知道热电阻的引线主要有三种方式:
(1)二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制。这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻r,r大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。
(2)三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的zui常用的接线方式。热电阻采用三线制接法,是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻,其连接导线(从热电阻到控制室)也成为桥臂电阻的一部分,这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。采用三线制,将导线一根接到电桥的电源端,其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上,这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。因此工业上一般都采用三线制接法。
(3)四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U 引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,用于高精度的温度检测,主要应用于精密计量检测。
4 热电阻仪表常见故障与处理
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。使用中必须注意以下两点:(1)热电阻和显示仪表的分度号必须一致。在DCS系统I/0组态中也要注意分度号的设置。(2)尽量消除连接导线电阻变化的影响。在热电阻本身没有问题时,只要细心观查工作现场及示值变化,就能找到故障原因。说起来简单,真正处理问题时就要下一些工夫了。当发生问题时,一份对应示值分度表是必不可少的。在工作现场经分度表确定温度是首先要做的。因为这里是热电阻元件与显示仪表的分界线,可以直接分辩出一次元件、二次仪表及线路哪个主面出了问题。热电阻常见故障处理见表1。

在使用中也会出现热电阻安装在某些场所指示会偏低,而在其它场所又正常的现象,很多人认为是热电阻坏了,其实,这是实践经验少的表现。比如在我厂锅炉磨煤机出口温度测量中发生的类似故障,只是因为保护套管端部有一很细小的砂眼造成的。由于管道内是负压,会从砂眼吸入冷空气,造成测量值偏低。解决办法是更换一密闭性好的套管就可以了,这样既节约了资金,又解决了问题。热电阻作为一种普通的测温传感器,广泛应用于各种工业领域。因为其原理简单所以不受人重视,往往在发生问题时,摸不着头脑,而直接采用更换热电阻来处理,希望本文能给从事热工工作的人一点帮助。

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