鉑熱電阻溫度檢測系統(tǒng)應注意的問題

江慎為

(中國五環(huán)工程有限公司， 武漢 430223)

化工廠設計中，溫度測量回路(要求有電信號遠傳)在所有測量回路中所占比例相當大，因而溫度測量的準確性對現(xiàn)代化工廠的安全、穩(wěn)定、經濟運行十分重要。

熱電阻是利用電阻值與溫度呈一定函數(shù)對應關系的金屬導體或半導體材料制成的感溫元件。制造熱電阻的半導體材料主要有鍺、碳、熱敏電阻，金屬導體材料主要有鉑、銅、鎳。鉑電阻具有溫度特性曲線穩(wěn)定、抗氧化性能好、制作成本低價的優(yōu)點，被廣泛用于化工廠溫度測量。而熱電阻溫度測量系統(tǒng)有其固有的特點，在工程設計及調試過程中應充分注意，才能實現(xiàn)準確的溫度測量。文中著重分析鉑電阻溫度測量系統(tǒng)應用中應注意的問題。

1 鉑電阻溫度測量原理

鉑電阻是采用鉑金屬制成的溫度檢測元件。鉑金屬的電阻值與溫度的的關系式為

Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]

(1)

式中：Rt——被檢測溫度所對應的電阻值；R0——被檢測溫度在0℃時所對應的電阻值；t——被檢測溫度，℃；A，B，C——特性系數(shù)，A=3.9083×10-3，B=-5.775×10-7，C=0(當t≥0℃時)，C=-4.183×10-12(當t<0℃時)。鉑電阻的電阻值與溫度呈非線性關系。

化工廠常用的鉑電阻的分度號為Pt100，根據IEC 751—1986 《工業(yè)鉑電阻溫度計傳感器》的規(guī)定，當溫度為0℃時，Pt100的電阻為100Ω，當溫度為100℃時，Pt100的電阻為138.50Ω。

根據IEC 751—1986，鉑電阻的精度分A級和B級，A級的允許誤差為±(0.15+0.002|t|)℃，B級的允許誤差為±(0.3+0.005|t|)℃。A級的允許使用范圍為-200～500℃，B級的允許使用范圍為-200～850℃。

由于鉑電阻與溫度有對應的函數(shù)關系，測出電阻值即可得到被測溫度。

傳統(tǒng)鉑電阻溫度檢測儀表的測量方法為電橋法，電橋法溫度測量儀表需要電壓穩(wěn)定的直流電源。利用電橋法的溫度檢測儀表有DDZ-II，DDZ-III，DDZ-S等儀表。

電橋法測量鉑電阻的原理如圖1所示。RA，RB，RC分別為鉑電阻A， B， C端子到溫度檢測儀表間的電阻。

圖1 電橋法電阻測量原理示意

當電橋平衡時(輸入信號處理器兩端的電壓為0，電橋平衡點一般為溫度測量儀表刻度范圍的下限值)有：R1(R3+Rt+RA)=R2(R4+RB)。R1與R2的電阻設為相等。

若RA=RB，在電橋平衡點，信號傳輸電阻的影響可以完全消除；在其他電橋不平衡點，信號傳輸電阻的影響非常小，可以忽略不計。

隨著計算機技術的發(fā)展，精度更高的溫度檢測儀表應用非常廣泛，鉑電阻溫度檢測儀表的測量方法不局限于電橋法，現(xiàn)根據一種DCS溫度輸入卡的電路原理圖進行具體的分析。因需要穩(wěn)定的直流電源，故將該種電阻測量方法稱為恒流法。恒流法電阻測量原理如圖2所示。

圖2 恒流法電阻測量原理示意

信號處理器的輸入阻抗很大，其電流分量可以忽略不計。自動開關由溫度輸入卡內部程序控制，當自動開關切換到位置2時，鉑電阻的Rt部分被切除，可測得傳輸電阻RB相關的電阻；當自動開關切換到位置1時，可測得鉑電阻Rt及傳輸電阻RA的和。

因RC的電阻在公共電路部分，只要RA=RB，該方法可以完全消除傳輸電阻對測量結果的影響，而電橋法只有電橋平衡點才能完全消除傳輸電阻的影響。

上述兩種溫度測量方法都要求信號傳輸RA與RB相等，否則會將電阻差值計入Rt，導入了傳輸電阻所造成的測量誤差，該誤差是鉑電阻元件和溫度測量儀表不能區(qū)分、消除的。

2 傳輸電阻偏差的產生及對溫度測量的影響

位于現(xiàn)場的鉑電阻與位于控制室的溫度測量儀表的距離較遠，一般會有接線箱。傳輸信號電纜的每一芯電阻有小的差異，信號電纜與接線端子間連接，其連接電阻也會有小的差異，其他的不可預見因素也會導致信號傳輸電阻偏差的產生，因此一個溫度測量回路中，各種因素累積的傳輸電阻偏差應小于5Ω。

由于電阻值與溫度是非線性的關系，信號傳輸電阻偏差對溫度測量的影響程度也不是線性的，在不同被測介質下傳輸電阻偏差對溫度測量的影響程度舉例說明見表1所列。其中傳輸電阻偏差=RA-RB。

表1 傳輸電阻偏差對鉑電阻溫度測量產生的溫度誤差值 ℃

3 傳輸電阻偏差對溫度測量影響的消除

1)常規(guī)方法。在控制室與鉑電阻A端和B端相連的端子選用帶調整電阻的接線端子，調整電阻最大值為5Ω，可在0～5Ω內調整，使得RA=RB，即消除了傳輸電阻所造成的測量誤差。

2)變通方法。對于采用智能二次儀表的工廠，若由于歷史原因，未安裝帶調整電阻的接線端子，可測量出傳輸電阻的偏差，計算出被測介質正常操作溫度下的電阻值(對某一具體工藝來說，介質溫度一般在正常操作溫度附近小范圍內變化)，加入傳輸電阻偏差，然后查表或計算獲得操作溫度下的電阻值+傳輸電阻偏差所對應的溫度，進一步計算可得到傳輸電阻偏差所導致的溫度偏差。利用智能二次儀表的計算功能，通過抵消傳輸電阻偏差所導致的溫度偏差來修正溫度測量值，經過這樣處理后的溫度測量值也能較好地滿足化工廠生產的要求。

上述兩種方法，均需要測得實際的傳輸電阻偏差，而兩線制的連接方式卻無法測得該傳輸電阻偏差，因此應采用三線制的連接方式，利用與C端相連的芯線作為比較其余兩芯傳輸電阻偏差的公共線。

4 結束語

若需要較高精度的溫度測量，在控制室內，與接受鉑電阻信號的溫度測量儀表、安全柵(采用電橋法或恒流法)的接線端子若配有5Ω的調整電阻，則不需要另外配帶調整電阻的接線端子，否則應配帶調整電阻的接線端子，施工方應檢測并將鉑電阻與A，B端相連的傳輸電阻調為相等。其他金屬熱電阻溫度測量的原理與鉑電阻相同，設計、施工、系統(tǒng)調試時應同樣考慮與傳輸電阻偏差有關的問題。

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