影响热电阻回路测温质量的分析

单作蓉

（中铝西北铝责任有限公司，甘肃 陇西 748100）

1 引言

测温仪表用于低温测量中，使用较多的是热电阻温度计。热电阻温度计在科研和生产中经常用来测量-200～600℃的温度。能实现多点、集中测量和自动控制，在我分公司各种低温控制环节中常常被使用。

热电阻是中低温区最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。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值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。

2 热电阻温度计的基本特征及测温原理

热电阻是由电阻体、绝缘套管、接线盒等部件构成，其中电阻体是最主要的部件，对热电阻丝的材料和绕组丝的支架均有一定要求。具有测温范围宽、测温精度高、稳定性好、便于远传、能远距离测量等优点。

热电阻温度计的测温原理是采用热电阻作为测温元件,利用金属导体的电阻值会随温度变化而改变的特性来进行温度测量.纯金属及多数合金的电阻率随温度升高而增加，既具有正的温度系数,在一定范围内电阻温度关系是线性的,温度的变化导致金属导体电阻的变化，这样只要测出电阻阻值的变化就可以达到测温的目的。 经严格检定过的热电阻温度计，如果现场安装的不符合要求，往往会使测量不准，甚至影响生产，情节严重的可导致爆炸的危险。

3 影响测温质量的实例原因分析

在热电阻测温环节中影响测温质量的因素很多，除了环境因素及干扰外，热电阻及其回路的安装不当是影响测温质量的最主要因素。

3.1 热电阻与其配套的二次仪表连接不当引起的误差

3.1.1 故障现象

我公司主变电站现场曾经出现过热电阻测温回路中显示仪表指示温度值偏高故障，在工作现场,我们对显示仪表、热电阻分别进行测试，结果显示仪表与热电阻没有故障，在检查线路时发现热电阻与测量桥路连接不当。

3.1.2 原因分析及解决办法

图1 二线制接法

图2 三线制接法

为了更能准确直观的显示被测温度，控制室的数字显示仪表一般都采用不平衡电桥测量线路。导线的连接方式有二线制接法和三线制接法。如图1所示连接，图中：M为动圈表；Rt为热电阻；R 2、R 3、R 4为桥臂电阻；R r为线电阻，即Rt热电阻是在电桥的桥臂上。这种接法就是传统的二线制法。由于安装热电阻现场与控制室仪表之间一般都会有距离，因此两根连接导线的电阻随温度而发生变化。且用两根导线连接热电阻两端，导线本身的电阻与热电阻串联在一起，造成测量误差，将同热电阻阻值的变化一起加在不平衡电桥的一个桥臂上，使测量产生较大的误差。为了消除线电阻带来的测量误差，我们通常都采用三线制接法，这种接法从理论上是可以抵消线电阻带来的误差。见图2，从热电阻Rt引出第三根导线，把两根连接导线分别接入桥路的两个相邻的桥臂上，而把第三根导线与稳压电源的负极相接。这样，由于环境温度变化而引起的连接导线电阻的变化对温度测量的影响即可相互抵消。采用三线制接法，电桥两臂均与热电阻等距离相接，温度变化时，两臂电阻值都同样变化，从而避免了因环境温度变化而引起的附加误差。生产中使用的数字仪表连接端子处也可以有调整电阻，通过调整它们的电阻值，使每个相连接导线获得相等的电阻值，一般选用小于5Ω的电阻。此处的调整电阻标准为5Ω，我公司计量中心在实验室校准二次仪表时是按照国家检定规程，把三根线均加上5Ω校验的，而工作现场一次元件和二次仪表的连接导线有近有远，导线电阻有大有小，并非都是5Ω，我们所说的5Ω是不允许超过5Ω。在工作现场发生实际温度低而仪表显示高的现象，就是线路电阻增加了XΩ，阻值为（X +5）Ω，阻值增大，造成了温度显示值高于实际值。所以我们在安装仪表时，应实际测量此处线路的实际电阻，若小于5Ω，用调整电阻加到5Ω，大于5Ω的，用调整电阻降到5Ω，这样，即可精确的测量被测点的实际温度。

3.2 电阻与保护管安装不当引起的温度滞后

3.2.1 故障现象

在我公司变压器运行时发现，现场设备被测介质温度与显示不同步，（测温点同时安装了压力式温度计），控制室内显示仪表不能快速、及时准确地反映出来，生产工作人员因无法迅速取得真实温度测量数据，也无法及时准确进行技术工作操作，对生产造成不良后果。

3.2.2 原因分析及解决办法

查其原因，热电阻在现场安装时分为接触式安装和非接触式安装两种情况。热电阻与保护管壁底部可以直接接触，也可以不直接接触，直接接触的称为接触式安装，不直接接触，有一定空隙的称为非接触式安装。使用中两种装配方式虽然最终温度指示能达到一致，但会发生温度滞后，并且滞后时间很明显。非接触安装时，随着调节对象惯性的增大，温度的时间滞后也随着增大。如果时间滞后过大时，对于设备而言可导致操作工误判，造成安全事故，直接影响设备的正常运行。为了解决这种问题，查阅资料，显示可以在套管之间加变压器油，当时我们填充了变压器油，取得很好的效果。经查找资料得知：变压器油有很好的绝缘作用，它具有比空气高的多的绝缘强度，绝缘材料浸在油中，不仅可以提高绝缘强度，还可以免收潮气的侵蚀。对此建议，在工程设计时，热电阻安装均应采用接触式安装。

3.3 测温点选择不当造成的误差

3.3.1 故障现象

现场用热电阻进行温度测量时，有时会发生温度指示不稳定的情况。在排除测量桥路和指示仪表的故障后，只有排查热电阻选取测量点是不是合适。选取点不合适也能造成误差。

3.3.2 原因分析及解决办法

由于热电阻是通过与被测介质进行热交换而达到测温目的的，因此需要热电阻与被测介质进行充分的热交换。当热电阻顺着介质流向插入或把热电阻插至被测介质的死角区域时，就不能实现准确测量。如果要消除上述现象造成的误差，就应在现场安装热电阻时使它与被测介质形成逆流，即迎着介质流向插入，至少需与被测介质流向成90°角，不得形成顺流，见图3。在测量管道中流体的温度时，热电阻的工作端应处于管道中流速最大处，热电阻保护管的末端应超过流束中心线。例如图4中，铂电阻时H1约为50～70㎜，铜电阻时H1约为25～30㎜。

图3 热电阻安装示意图

图4 垂直安装示意图

另一原因是热电阻插入深度不足，多数部位暴露在空气中，空气温度对其影响过大。这样所测出的温度比实际温度低3-4℃，如果要消除此误差，首先必须保证热电阻有足够的插入深度。无论多大的管道，温度计的插入深度一般要到达管道中心部位。当管道相对较小时可使热电阻逆流倾斜插入管道中，以保证温度计插入深度。其次，对热电阻外露部分加装保温层以减少热量损失带来的误差和影响。

4 总结

本文主要针对我公司工作现场中使用热电阻时出现的问题进行分析。热电阻使用中经常会出现由于安装不当引起的测温质量问题，其使用的正确与否，直接关系到工作现场检测温度的准确性，进而影响到设备的安全运行、生产的顺利进行。本文主要根据热电阻工作原理及其特征，结合近几年工作遇到的实际问题，对工作现场出现的问题从安装使用到使用环境作了全面阐述，在消除了由于测温回路引入的误差后，能很好的提高热电阻的测温质量。