精度高數(shù)字多用表在鉑熱電阻測(cè)溫中應(yīng)用

　　精度高數(shù)字多用表(6½位以上)具有顯示直觀操作簡(jiǎn)單攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),自上世紀(jì)90年代以來(lái),，在鉑熱電阻測(cè)溫中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,。
　　精度高數(shù)字多用表(以下簡(jiǎn)稱數(shù)字表)的檢定條件與使用環(huán)境存在著很大的差異。數(shù)字表檢定環(huán)境溫度要求20℃±1℃,電阻擋標(biāo)準(zhǔn)源為定值標(biāo)準(zhǔn)電阻,性能穩(wěn)定,。在此環(huán)境下,，測(cè)量回路中存在的熱電勢(shì)和雜散電勢(shì)很小，可以忽略,。但是鉑熱電阻經(jīng)常使用在-10℃~-300℃的范圍中,。從熱電阻元件到數(shù)字表輸入端存在著幾十甚至幾百攝氏度的溫度梯度,在整個(gè)測(cè)量回路中使用的連線(熱電阻引線和測(cè)量導(dǎo)線)也不是同一種均勻的材料,從熱電效應(yīng)中可以得出,在測(cè)量回路中存在著較大的熱電勢(shì)和雜散電勢(shì)。
　　以前通常使用的直流測(cè)溫電橋,雖然存在著操作復(fù)雜等不足,但具有電流換向裝置,。經(jīng)過(guò)正向電流和反向電流兩次測(cè)量可以得到兩個(gè)值R;和R;,通過(guò)計(jì)算公式Rt=(Rt⁺+Rt^-)/2,可以消除熱電勢(shì)以及雜散電勢(shì),，最終得到真實(shí)的測(cè)量值，
　　數(shù)字表的設(shè)計(jì)者顯然沒(méi)有考慮到上述問(wèn)題,。其實(shí)數(shù)字表最主要的應(yīng)用是在恒溫實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量電子元件或信號(hào)源的電阻等參數(shù),，根本不需要考慮電流換向問(wèn)題。雖然大多數(shù)溫度檢定人員,，都知道通過(guò)電流換向測(cè)量,可以消除鉑熱電阻熱電勢(shì)和雜散電勢(shì),但是在實(shí)際使用數(shù)字表測(cè)量鉑熱電阻的電阻示值時(shí),人們最關(guān)心的可能是數(shù)字表的測(cè)量位數(shù),沒(méi)有意識(shí)到使用單向電流測(cè)量熱電阻可能引起的誤差,。
　　為考察電流換向?qū)︺K熱電阻示值的影響，以數(shù)字表和鉑熱電阻(包括標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和工業(yè)用鉑熱電阻)作標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽的溫場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試,，測(cè)試數(shù)據(jù)見表1,。
 
　　為實(shí)現(xiàn)電流換向功能,將四線轉(zhuǎn)換開關(guān)的接線方式做了改動(dòng)(如圖1所示)。將測(cè)量通道“I”的“1”“2”“3"“4"端分別與測(cè)量通道“II”的“"”“2"“4"“3"相連,。數(shù)字表的電壓測(cè)量端與測(cè)量通道“I”的“1”“2”相連,。數(shù)字表的電流輸出端電流輸入端與測(cè)量通道“I”的“3"“4”相連。在實(shí)際應(yīng)用中,分別測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)通道“I”和通道“II"的數(shù)據(jù),，即得到測(cè)量電流方向相反的兩個(gè)數(shù)據(jù),。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。
 
　　從表1中可以發(fā)現(xiàn),在測(cè)量100℃溫場(chǎng)時(shí),，無(wú)論上平面還是下平面,單向電流測(cè)試的電阻值與雙向測(cè)量平均值差別較小,，甚至可以忽略不計(jì)。在測(cè)量300℃溫場(chǎng)時(shí),，上平面單向電流測(cè)試的電阻值與雙向測(cè)量平均值差別較小,也可忽略不計(jì),。但在測(cè)量300℃下平面溫場(chǎng)時(shí)，單向電流測(cè)試的電阻值卻與雙向測(cè)量平均值差別較大,在5mK左右,。
　　是什么原因造成如此大的差別?主要原因在于鉑熱電阻手柄內(nèi)部的構(gòu)造,。在鉑熱電阻手柄的內(nèi)部,有鉑額外電阻元件的銀質(zhì)引線與和銅質(zhì)引出導(dǎo)線連接的焊點(diǎn)，此處存在較大的溫度梯度,。而且一般采用錫焊,，而錫的熔點(diǎn)在230C左右,。如果手柄過(guò)于接近高溫環(huán)境，而焊錫的物理性能也會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定,，造成很大的差別,，由此產(chǎn)生明顯的熱電勢(shì)和雜散熱電勢(shì)。
　　要解決上述問(wèn)題,，可以在制作鉑熱電阻時(shí),將內(nèi)引線和外引線都采用銀質(zhì)材料,。在溫度不高的環(huán)境下使用,也可以全部使用銅質(zhì)材料。
　　從表1中可看出,，在溫度不太高或手柄距離熱源較遠(yuǎn)的位置(測(cè)量.上水平溫場(chǎng))時(shí),同一溫度正反向測(cè)量之間的差異很小即存在的熱電勢(shì)和雜散電勢(shì)很小,此時(shí)采用單向電流測(cè)試引起的誤差也很小,，在某些情況下可以忽略不計(jì)。上述試驗(yàn)中,使用的是英國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì),其石英管外露部分長(zhǎng)度都是51em,。目前國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)石英管外露部分長(zhǎng)度是47cm,，如果使用長(zhǎng)度較短的國(guó)產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題可能更明顯。
　　所以在溫場(chǎng)測(cè)試,、精度高溫度儀表檢定等場(chǎng)合使用數(shù)字表,必須要考慮電流換向測(cè)量,。
　　如果是測(cè)量?jī)芍б陨香K熱電阻，轉(zhuǎn)換開關(guān)與各個(gè)鉑熱電阻之間的連線依然采用常規(guī)方式,，只是在圖1所示轉(zhuǎn)換開關(guān)后再串接一個(gè)四線轉(zhuǎn)換開關(guān),直接與鉑熱電阻相連,。