熱電阻測(cè)量誤差與集中供熱系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析

　　熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度檢測(cè)器，因其具備測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì),已被當(dāng)作數(shù)字化溫度測(cè)量的主要工具,廣泛應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)中。目前,多數(shù)集中供熱企業(yè)換熱機(jī)組均將熱電阻作為數(shù)字化測(cè)溫工具,。溫度數(shù)據(jù)是智能控制系統(tǒng)重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一,直接反映了供熱效果,熱電阻測(cè)量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。
1熱電阻元件測(cè)溫原理
　　金屬導(dǎo)體的一般特性如下:當(dāng)溫度升高時(shí),其自身電阻值也隨之升高,根據(jù)這一特性,可以依據(jù)測(cè)量金屬導(dǎo)體溫度的電阻值從而計(jì)算出所處環(huán)境的溫度值,，一般可以用以下關(guān)系式表示,。
 
　　式中:Rt為熱電阻在某一溫度時(shí)的點(diǎn)阻值;Rt0為溫度0℃時(shí)對(duì)應(yīng)電阻值;α為溫度系數(shù),。α值可由式(2)計(jì)算得出.
 
2熱電阻測(cè)量誤差與減小方式
2.1熱電阻測(cè)量誤差
(1)傳熱誤差。測(cè)量熱電阻溫度時(shí),一般情況被測(cè)介質(zhì)只要與環(huán)境溫度存在熱量差,，就會(huì)通過(guò)熱電阻與環(huán)境產(chǎn)生一定的熱量交換,，從而引起測(cè)量誤差，被測(cè)介質(zhì)與環(huán)境溫度相差越大,誤差值就會(huì)隨之增大,。
(2)焦耳熱誤差,。測(cè)量熱電阻阻值時(shí),要通過(guò)一定的電流，因此電阻就會(huì)產(chǎn)生熱量,熱電阻本身溫度升高會(huì)引起溫度測(cè)量的附加誤差,，這就是焦耳熱誤差,。一般情況下,這項(xiàng)誤差是很小的,約0.1℃,被測(cè)介質(zhì)溫度越低,焦耳熱造成的誤差也會(huì)越大。
(3)精度誤差,。根據(jù)前文所述,，可以通過(guò)測(cè)量熱電阻的阻值,運(yùn)用公式計(jì)算得出某待測(cè)介質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度。然而在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中,，熱電阻的電阻/溫度關(guān)系和標(biāo)準(zhǔn)的分度表存在一定的差值,。相同精度等級(jí)下，隨著溫度升高,阻值誤差和溫度誤差都有所提升;相同溫度下精度等級(jí)越低,產(chǎn)生的誤差就越大,。
(4)導(dǎo)線電阻誤差,。由熱電阻測(cè)溫原理可知,單獨(dú)的熱電阻無(wú)法完成整個(gè)測(cè)溫過(guò)程，因此需要利用相應(yīng)的智能控制終端與之配套,以提供電壓源,、測(cè)量電阻阻值和顯示計(jì)算溫度結(jié)果,這就需要使用導(dǎo)線將二者連接,。熱電.阻正是通過(guò)測(cè)量電阻變化來(lái)計(jì)算溫度的精密儀器,其對(duì)電阻變化相對(duì)敏感,導(dǎo)線上的電阻也會(huì)參與溫度的計(jì)算之中。
　　由于在熱電阻的實(shí)際安裝使用過(guò)程中,，集中控制器與熱電阻測(cè)量點(diǎn)一.般都會(huì)存在一定距離,，因此在測(cè)量時(shí)會(huì)將熱電阻導(dǎo)線長(zhǎng)度產(chǎn)生的電阻值計(jì)算在內(nèi)，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化,造成測(cè)量誤差,。這種接線方法雖然很簡(jiǎn)單,但由于導(dǎo)線存在電阻影響計(jì)量結(jié)果,，這種接線方式將大大增加熱電阻的測(cè)量誤差，因此這種接線方式只適用于測(cè)量精度要求較低的場(chǎng)合,。
2.2減小測(cè)量誤差的方式
　　測(cè)量誤差可以分為電阻自身因素產(chǎn)生的誤差和外部因素產(chǎn)生的誤差兩種,。自身因素產(chǎn)生的測(cè)量誤差是熱電阻本身特質(zhì)屬性引起的，無(wú)法通過(guò)改變外界條件而大幅降低,，而外部因素產(chǎn)生的測(cè)量誤差則可以通過(guò)一些補(bǔ)償措施,、運(yùn)用技術(shù)手段將誤差降至最低，甚至完全消除,。
(1)減小自身因素產(chǎn)生的誤差,。①焦耳熱誤差其大小因流過(guò)的電流大小而不同,這個(gè)誤差無(wú)法消除,只能限制溫升的數(shù)值。為了減小焦耳熱誤差,在工業(yè)上使用金屬熱電阻,一般要求限制電流小于6mA(一般取3mA),對(duì)于導(dǎo)熱性能較差的半導(dǎo)體電阻和碳電阻溫度計(jì)，限制電流在微安數(shù)量級(jí),。與此同時(shí),通過(guò)選擇如鉑金屬等高品質(zhì)的金屬材料作為熱電阻的制作原料,，即可減小熱電阻本身產(chǎn)生的焦耳熱,從而減小焦耳熱誤差。②在實(shí)際使用熱電阻的過(guò)程中,可以根據(jù)不同的測(cè)溫環(huán)境狀況,、精度等級(jí)要求以及成本控制需求,，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同精度等級(jí)的熱電阻。精度等級(jí)越高的熱電阻其測(cè)溫結(jié)果就越精確,而其對(duì)使用環(huán)境的要求以及購(gòu)置成本也就相對(duì)越高,，在條件允許的前提下選擇高精度等級(jí)的熱電阻,，可以降低精度誤差對(duì)測(cè)溫結(jié)果產(chǎn)生的影響。
(2)減小外部因素產(chǎn)生的誤差,。①測(cè)點(diǎn)的安裝布局和溫度測(cè)量方式的選擇會(huì)較大程度上影響傳熱誤差,，為了降低傳熱誤差造成的影響，可以通過(guò)-.些措施以減少與周?chē)h(huán)境之間的熱量傳遞,。比如,可以在安裝有熱電阻的管道上加強(qiáng)管壁保溫措施,減小管壁像外界散熱量,。②在使用傳統(tǒng)的二線制接線方法測(cè)量熱電阻的阻值時(shí)，由于導(dǎo)線電阻存在,，無(wú)法避免地會(huì)引起比較大的導(dǎo)線電阻誤差,。除通過(guò)改變導(dǎo)線材質(zhì)和長(zhǎng)度來(lái)減小導(dǎo)線電阻誤差之外.,還可以采用改變外部接線,使用技術(shù)手段和等效計(jì)算對(duì)導(dǎo)線電阻進(jìn)行補(bǔ)償和抵消的方法來(lái)降低導(dǎo)線電阻誤差。
　　第一,三線制接線法,。在一個(gè)熱電阻元件的兩顆引出線中,選擇一根引出線連接-顆導(dǎo)線,另一根引出線連接兩顆導(dǎo)線,，一共引出三顆導(dǎo)線的接線方法稱(chēng)為三線制接法,這種方法是-般采用電橋進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中,將一顆導(dǎo)線連接至電橋的電源點(diǎn),，另外兩根導(dǎo)線連接至電橋的兩個(gè)橋臂上,，當(dāng)三顆導(dǎo)線電阻值一致時(shí)就可以對(duì)導(dǎo)線線路自身的電阻值忽略不計(jì)，從而消除導(dǎo)線電阻造成的測(cè)量誤差,。
 
　　由式(3)可以看出,三線制接法中,導(dǎo)線電阻的變化不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,。但是三線制接法可以消除導(dǎo)線電阻影響的前提是,三條導(dǎo)線的電阻完全相等,否則不可能完全消除導(dǎo)線對(duì)電阻的影響。但是分析可見(jiàn),采用三線制接法會(huì)顯著減小導(dǎo)線電阻造成的誤差,。
　　第二,四線制接線法。在熱電阻元件的兩顆引出線上分別連接兩顆導(dǎo)線,，一共引出四顆導(dǎo)線的接線方法稱(chēng)為四線制接法,。引出的四顆導(dǎo)線其中兩顆為熱電阻提供電流,把測(cè)量電阻值轉(zhuǎn)換為測(cè)量電壓值,再通過(guò)另兩顆引出線把測(cè)量的電壓信號(hào)引至二次儀表，這種接線方法可以將引出導(dǎo)線的電阻影響幾乎完全消除,。
　　四線制接線法是熱電阻測(cè)溫理想的接線方式,，熱電阻的電阻值Rt可由式(4)表示:
 
　　由此可知,四線制接線法測(cè)量電阻時(shí),計(jì)算過(guò)程與導(dǎo)線電阻無(wú)任何關(guān)系，因此這種接線方式不需要考慮導(dǎo)線長(zhǎng)度及導(dǎo)線長(zhǎng)度和電阻是否相等,，四線制接線法不受連接導(dǎo)線的電阻影響,，可以完全消除導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。
3集中供熱系統(tǒng)常見(jiàn)故障
3.1顯示儀表指示值比實(shí)際值低
　　根據(jù)電阻與溫度的線性關(guān)系可以看出,顯示值比實(shí)際值低是因?yàn)殡娮柚当葘?shí)際應(yīng)測(cè)得的電阻值偏小,那么可以根據(jù)這個(gè)原理查找造成電阻減小的原因來(lái)排除故障。
(1)熱電阻元件在被測(cè)介質(zhì)中的插深不足,或沒(méi)有完全浸沒(méi)在被測(cè)介質(zhì)中,。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題可以根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的實(shí)際情況,選擇使用合適尾長(zhǎng)的熱電阻器件,安裝時(shí)保證熱電阻與被測(cè)介質(zhì)充分接觸,。另外,應(yīng)及時(shí)清理保護(hù)套管內(nèi)的污物,防止對(duì)熱電阻測(cè)量電路造成影響,減小測(cè)量電阻值。
(2)保護(hù)套管內(nèi)積水,。在換熱站中經(jīng)常由于管道施工,導(dǎo)致管道內(nèi)存水流出,進(jìn)入熱電阻套管內(nèi),。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)及時(shí)清理套管內(nèi)的積水并通過(guò)措施使其套管內(nèi)完全干燥,。
(3)熱電阻引線間短路或?qū)Φ囟搪?。?dāng)發(fā)現(xiàn)熱電阻引線間短路或?qū)Φ囟搪窌r(shí),可以使用萬(wàn)用表檢查測(cè)量,從而找到短路或接地部位并加以消除。如發(fā)現(xiàn)短路部分在熱電阻內(nèi)部,，則應(yīng)更換熱電阻,。
3.2測(cè)量值比實(shí)際值偏大
　　同樣地,根據(jù)熱電阻測(cè)溫原理,顯示值比實(shí)際值偏大是因?yàn)闇y(cè)量電阻值比實(shí)際熱電阻值偏大，那么就可以推斷其偏大原因并予以修正,。
(1)熱電阻引出線發(fā)生斷路,。如經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)引出線至測(cè)量?jī)x表之間發(fā)生斷路,可以用萬(wàn)用表檢查,找出斷路部位后,按照規(guī)范的接線方法連接固定,如經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為熱電阻內(nèi)部斷路,應(yīng)更換熱電阻。
(2)熱電阻虛接,。熱電阻接線端子虛接或接觸不良時(shí)應(yīng)檢查接線端子及導(dǎo)線,去除氧化部分,同時(shí)緊固接線端子,防止故障再次發(fā)生,。
3.3顯示儀表指示負(fù)值或示值不穩(wěn)
(1)熱電阻測(cè)量回路接線錯(cuò)誤。處理方法為使用萬(wàn)用表檢查熱電阻回路,恢復(fù)正確接線順序,。
(2)熱電阻測(cè)量回路有干擾,。集中供熱系統(tǒng)中電氣系統(tǒng)眾多,包括各種信號(hào)傳輸、采集設(shè)備以及高壓設(shè)備,尤其是變頻器,將對(duì)周邊信號(hào)傳輸造成極大的干擾,因此也會(huì)對(duì)熱電阻的測(cè)量造成干擾,。當(dāng)發(fā)生信號(hào)干擾時(shí),可以通過(guò)熱電阻測(cè)量回路使用屏蔽電纜,，并將電纜屏蔽層可靠接地，并適當(dāng)增大與動(dòng)力電纜之前的距離或增強(qiáng)隔離等.措施,。
4結(jié)束語(yǔ)
　　在選擇熱電阻時(shí),要考慮測(cè)量的精度要求,、使用環(huán)境等因素,根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的熱電阻元件、精度等級(jí)及熱電阻尺寸型號(hào)等,。在達(dá)到測(cè)量要求的基礎(chǔ)上盡可能降低購(gòu)置成本,。在接線方式上,三線制具有測(cè)量誤差小、接線工作量,、線纜成本較四線制接線法成本低等優(yōu)勢(shì),因此在工業(yè)上一般采用三線制的接線方法,。隨著科技的發(fā)展,熱電阻的測(cè)量精度將逐步提高,減小測(cè)量誤差的技術(shù)也將更豐富。此外,在安裝和使用熱電阻的過(guò)程中,，要按照規(guī)程操作,盡量避免故障和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,。