淺析熱電阻的常見故障及解決方法

　　熱電阻是工業(yè)上廣泛應(yīng)用于中低溫區(qū)溫度測量的感溫元件,，它具有構(gòu)造簡單,、測量精度高,、性能可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn),。由于使用的過程中受到一些因素的影響,，常常會(huì)出現(xiàn)一些故障問題?；跓犭娮璧臏y溫工作原理和測溫方法,，簡要說明了熱電阻在使用中常見的故障，分析了這些故障產(chǎn)生的原因,，并提出了相應(yīng)的解決方法,。
　　工業(yè)上通常采用熱電偶和熱電阻來進(jìn)行溫度測量，前者適用于500℃以上的高溫區(qū),，后者適用于500℃以下的中低溫區(qū),。熱電偶一般不適用于500℃以下的中低溫區(qū)，主要原因是低溫下熱電偶的輸出熱電勢非常的小,，如若顯示儀表的放大器,、抗干擾性能不好，如果使用熱電偶,，通常很難實(shí)現(xiàn)正確測量,。第二個(gè)原因是在溫度較低的區(qū)域，由于冷端溫度變化因素引起的不確定度也非常的大,。因此采用熱電阻測溫儀測量中低溫更為合適,。熱電阻通常與連接導(dǎo)線、顯示控制調(diào)節(jié)儀等二次儀表組合成測溫系統(tǒng),，即電阻溫度計(jì),。與計(jì)算機(jī)配套使用能正確測量和控制工業(yè)生產(chǎn)中中低溫區(qū)的溫度,，并且能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)記錄和遠(yuǎn)傳。一般熱電阻主要由電阻體,、引出線,、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒組成,，這些部件都具有一定的使用壽命,，所以使用后熱電阻出現(xiàn)故障在所難免，因此分析故障原因及掌握故障解決方法是非常有必要的,。
1熱電阻測溫原理及結(jié)構(gòu)形式
　　兩者同屬于接觸式測量,，但與熱電偶基于熱電效應(yīng)的工作原理不同，熱電阻是基于其電阻隨溫度的改變而改變,，電阻與溫度之間存在函數(shù)關(guān)系,，即電阻的熱效應(yīng)，然后通過二次顯示儀表測量熱阻的電阻值來測量溫度值,。
　　一般情況下,，金屬熱電阻的阻值R與溫度t的關(guān)系如式(1)所示:
 
上述式子中，Rt--溫度為t時(shí)的電阻值(Ω);
Rt0一溫度為t0時(shí)的電阻值(一般情況下t0為0℃)(Ω);
A一電阻溫度系數(shù)(一般情況下它不是常數(shù),，在不同溫度下具有不同數(shù)值)(℃^-1)
半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度的近似關(guān)系式如式(2)所示:.
 
式中:Rt一溫度為t時(shí)的阻值;
A,、B一常數(shù)，跟半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)有關(guān),。
　　從電阻體的阻值隨溫度的變化來看，大多數(shù)金屬導(dǎo)體都有這個(gè)特性,，因而熱電阻大部分都由純金屬材料制成,。但并不是所有的電阻都能作為熱電阻用于溫度測量。因?yàn)楣I(yè)上以金屬材料作為測溫?zé)嶙栌袊?yán)格的要求:要求他們的電阻溫度系數(shù)應(yīng)盡可能大且穩(wěn)定,，電阻率應(yīng)大,，熱容量要小，化學(xué)和物理性能應(yīng)在整個(gè)測溫溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定,，材料的再現(xiàn)性應(yīng)良好,，適用于無腐蝕性介質(zhì)，電阻值與溫度變化之間最好是線性關(guān)系等,?；谏鲜鲞@些條件，工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的熱電阻主要金屬材料是鉑絲和銅絲,，此外還有鎳,、鐵、鐵一鎳等,。由于鉑熱電阻具有易凈化提純,，穩(wěn)定性高,，性能可靠，測量精度高的特點(diǎn),，因此它不僅在中低溫區(qū)工業(yè)溫度測量中廣泛應(yīng)用,，還被用來制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)溫度計(jì)。
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),，熱電阻可分為普通熱電阻,、鎧裝熱電阻、隔爆熱電阻和端面熱電阻四種類型,。普通熱電阻通常由感溫元件電阻體,、引出線、絕緣子,、保護(hù)套管和接線盒等主要部件組成,。普通型適用于環(huán)境條件良好，無腐蝕氣氛的場所,。在實(shí)際工作中,，PT100鉑熱電阻得到了廣泛的應(yīng)用，主要由于它的高穩(wěn)定性和良好的復(fù)制性,。鎧裝熱電阻是由金屬保護(hù)套管,、感溫元件電阻體、引出線和絕緣材料等組合經(jīng)冷拔,、旋.鍛加工而成,，它熱惰性小，反應(yīng)迅速,，具有耐振動(dòng),、抗沖擊，可彎曲的性能,，同時(shí)安裝方便,、使用壽命較長。隔爆熱電阻通過特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,，適用于有爆炸性氣氛存在的場所,。端面熱電阻是經(jīng)由特殊處理的感溫元件電阻絲繞在靠近溫度計(jì)前端的位置制做而成。端面熱電阻同普通的軸向熱電阻比較,，在測量表面溫度時(shí),，前者能更加準(zhǔn)確、迅速地反映被測端面的實(shí)際溫度狀況,。以上四種熱電阻,，使用時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際狀況來選用適合的熱電阻。
　　熱電阻溫度測量系統(tǒng)的導(dǎo)線連接方式主要有三種,。這三種分別是:兩線制,、三線制和四線制,。
 
　　兩線制:如圖1所示，熱電阻的兩端分別接一根導(dǎo)線,，用這兩根導(dǎo)線引出電阻信號(hào),。這種接線方式非常容易，但是受導(dǎo)線材質(zhì)和長度的影響,，存在引線電阻,，這會(huì)對(duì)測溫精度產(chǎn)生較大影響，因此,，這種接線方法只適合測溫精度不是很高的場所,。
　　三線制:如圖1所示，熱電阻的其中-端接一根導(dǎo)線,，另外一端接兩根導(dǎo)線,。三線制通常采用電橋作為前置電路，能獲得良好的抗干擾能力,，有效地消除引線電阻對(duì)測量造成的影響,。
　　四線制:如圖1所示，熱電阻的兩端各引出兩根導(dǎo)線,，四線制沒有電橋,，通過導(dǎo)線為熱電阻提供恒流源，將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),，通過二次儀表最后測得電阻值,。因此，測溫時(shí),，它不僅可以完全消除引線電阻帶來的影響,。還可以消除導(dǎo)線間接接觸電阻及其阻值變化帶來的影響。測量精度高,。精度比較高的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的引出導(dǎo)線一般都采用這種接法。
　　終上所述,，兩線制僅適用于測溫精度較低的場合,。三線制有效的克服了引線電阻對(duì)測量的影響，它是工業(yè)過程控制中廣泛采用的連接方式,。四線制主要用于精度高溫度測量,。
2熱電阻在使用中常見的故障
簡而言之，熱電阻在使用過程中常見的故障現(xiàn)象有以下幾種:.
(1)熱電阻顯示儀表指示值低于實(shí)際值或指示值不穩(wěn)定;
(2)熱電阻的顯示表指示無窮大;
(3)熱電阻顯示儀表指針向標(biāo)尺下限走到頭,，指示負(fù)值;
(4)熱電阻值與溫度之間的關(guān)系發(fā)生了變化,。
3故障原因分析及解決方法
　　基于以上故障現(xiàn)象，根據(jù)熱電阻的測溫工作原理,、測溫方法和結(jié)構(gòu)形式,，進(jìn)行了故障原因分析,，并做出了相應(yīng)的解決方法。
(1)原因分析:熱電阻感溫元件插入深度不夠,，元件未推到保護(hù)殼端部或者可能由于使用環(huán)境較差,，熱電阻的保護(hù)套管內(nèi)進(jìn)了灰塵、金屬屑,、水漬,、接線盒的接線端子間有污垢或熱電阻短路。解決方法:查出所用套管長度,，選擇合適長度的熱阻元件,，安裝時(shí)確保熱阻元件推到套管端部;倒出水漬或消除灰塵、金屬屑,，并把濕的部分擦干,，但不要用火烤。同時(shí),，密封保護(hù)套,，防止水再次進(jìn)入;使用萬用表找出熱阻電路的短路或接地位置。如果熱阻短路,，修理或更換,。
(2)原因分析:可能由于使用頻繁造成熱電阻斷路，引出線短路或與接線盒端子松開或氧化等,。解決方法:可用萬用表找出斷路位置,，判斷是引出線、接線盒端子松開還是熱電阻斷路,，如是接線盒子端子松開則焊接接點(diǎn)或擰緊接線螺絲;或如是引接導(dǎo)線斷路則去除氧化部分或者更換導(dǎo)線等;如是熱電阻斷路,，應(yīng)進(jìn)行修理或更換。
(3)原因分析:顯示控制儀表和熱電阻之間的導(dǎo)線連接錯(cuò)誤或者熱電阻短路,。解決方法:使用萬用表檢查并確定短路位置,。熱阻接線有誤時(shí)，應(yīng)糾正接線,，加強(qiáng)絕緣;熱阻短路時(shí),應(yīng)修理或更換,。
(4)原因分析:高溫遭受氧化或受化學(xué)腐蝕后熱電阻絲材料腐蝕變質(zhì);解決方法:及時(shí)更換熱電阻。
　　通過以上分析,，了解熱電阻的測量原理,，根據(jù)實(shí)際工作情況判斷故障原因并進(jìn)行故障處理，這對(duì)檢定工作的順利進(jìn)行和測量的準(zhǔn)確性,、可靠性都是十分有利的,。
　　結(jié)語:在使用熱電阻時(shí)，根據(jù)測量溫度和測量對(duì)象來選擇合適的熱電阻,。環(huán)境條件良好時(shí),，可選用普通型,。在特殊環(huán)境使用熱電阻時(shí)應(yīng)該注意配備保護(hù)套管。雖然大多數(shù)熱電阻的生產(chǎn)商使用的外表材料都會(huì)具有一定的防腐蝕性,，但是如果在腐蝕性環(huán)境或者是介質(zhì)中使用熱電阻,，那么就需要額外購買防腐蝕性比較強(qiáng)的保護(hù)套管，套在熱電阻的外面,，以保護(hù)熱電阻不被工作環(huán)境損害,。
　　在安裝完畢后對(duì)潮濕環(huán)境中的熱電阻的蓋子要周期的打開，并且要防止生銹,，以免打不開無法維護(hù),。熱電阻使用前必須核查它是否能正常工作，比較簡單的核查方法是用萬用表測量它的電阻值,。例如PT100熱電阻,，根據(jù)它阻值與溫度之間的分度表，0℃時(shí)對(duì)應(yīng)R0值100Ω,，如果萬用表測得電阻數(shù)據(jù)為零或者小于R0值,，那么該熱電阻已經(jīng)短路必須進(jìn)行修復(fù)或更換;如果萬用表測得數(shù)據(jù)為無窮大，那么該熱電阻已經(jīng)斷路,，不能使用;如果萬用表測得的電阻數(shù)據(jù)稍大于R0,.說明該熱阻正常,。