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閱讀：21發(fā)布時間：2026-8-6
摘要：為了解決熱電阻測溫系統(tǒng)在實際工程應(yīng)用中可能出現(xiàn)的因信號電纜芯間不平衡電阻所引起溫度測量值與溫度真實值偏差較大的問題，依據(jù)熱電阻測溫元件的溫度和電阻對應(yīng)的特性，通過分析電橋法電阻測量系統(tǒng)及恒流法電阻測量系統(tǒng)，以列表的形式表示出熱電阻信號電纜芯間不平衡電阻對鉑電阻溫度測量結(jié)果的影響程度。介紹了消除信號電纜芯間不平衡電阻的常規(guī)方法；同時提出了一種利用智能二次儀表的計算功能修正溫度測量結(jié)果的新方法。
化工廠設(shè)計中，溫度測量回路（要求有電信號遠(yuǎn)傳）在所有測量回路中所占比例相當(dāng)大，因而溫度測量的準(zhǔn)確性對現(xiàn)代化工廠的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yīng)關(guān)系的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。制造熱電阻的半導(dǎo)體材料主要有鍺、碳、熱敏電阻，金屬導(dǎo)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(diǎn)，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(diǎn)，在工程設(shè)計及調(diào)試過程中應(yīng)充分注意，才能實現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測量。文中著重分析鉑電阻溫度測量系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)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(guān)系式為Ｒｔ ＝Ｒ０［１＋Ａｔ＋Ｂｔ２ ＋Ｃ（ｔ－１００）ｔ３］（１）式中：Ｒｔ———被檢測溫度所對應(yīng)的電阻值；Ｒ０———被檢測溫度在０℃時所對應(yīng)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(dāng)ｔ≥０℃ 時），Ｃ＝－４．１８３×１０－１２（當(dāng)ｔ＜０℃ 時）。鉑電阻的電阻值與溫度呈非線性關(guān)系。
化工廠常用的鉑電阻的分度號為Ｐｔ１００，根據(jù)ＩＥＣ７５１—１９８６《工業(yè)鉑電阻溫度計傳感器 》的規(guī)定，當(dāng)溫度為０℃時，Ｐｔ１００的電阻為１００Ω，當(dāng)溫度為１００℃時，Ｐｔ１００的電阻為１３８．５０Ω。根據(jù)ＩＥＣ７５１—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℃。
圖１ 法阻量原理示意
當(dāng)電橋平衡時（輸入信號處理器兩端的電壓為０，電橋平衡點(diǎn)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(shè)為相等。
若ＲＡ ＝ＲＢ，在電橋平衡點(diǎn)，信號傳輸電阻的影響可以消除；在其他電橋不平衡點(diǎn)，信號傳輸電阻的影響非常小，可以忽略不計。
隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，精度更高的溫度檢測儀表應(yīng)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(jù)一種 ＤＣＳ溫度輸入卡的電路原理圖進(jìn)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 恒流法阻量原理示意
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(guān)由溫度輸入卡內(nèi)部程序控制，當(dāng)自動開關(guān)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(guān)的電阻；當(dāng)自動開關(guān)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，該方法可以消除傳輸電阻對測量結(jié)果的影響，而電橋法只有電橋平衡點(diǎn)才能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(dǎo)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(chǎn)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(yuǎn)，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(yù)見因素也會導(dǎo)致信號傳輸電阻偏差的產(chǎn)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(yīng)小于５Ω。
由于電阻值與溫度是非線性的關(guān)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(zhì)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(chǎn)生的溫度誤差值 | ℃ | ||||||||||
| 傳輸電阻 | 被測介質(zhì)的真實溫度 | ||||||||||||
| 偏差／Ω | |||||||||||||
| －１５０ | －１００ | －５０ | ０ | ５０ | １００ | １５０ | ２００ | ２５０ | ３００ | ３５０ | |||
| ＋３ | ＋７．２２ | ＋７．４１ | ＋７．５６ | ＋７．６８ | ＋７．８０ | ＋７．９２ | ＋８．０４ | ＋８．１７ | ＋８．３０ | ８．４３ | ８．５７ | ||
| －３ | －７．１８ | －７．３９ | －７．５４ | －７．６７ | －７．７８ | －７．９０ | －８．０２ | －８．１５ | －８．２８ | －８．４１ | －８．５５ | ||
| ＋１ | ＋２．３２ | ＋２．４０ | ＋２．４７ | ＋２．５６ | ＋２．６０ | ＋２．６３ | ＋２．６８ | ＋２．７２ | ＋２．７７ | ＋２．８１ | ＋２．８６ | ||
| －１ | －２．４０ | －２．４７ | －２．５２ | －２．５６ | －２．６０ | －２．６４ | －２．６８ | －２．７２ | －２．７６ | －２．８１ | －２．８５ | ||
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(diào)整電阻的接線端子，調(diào)整電阻***大值為５Ω，可在０～５Ω 內(nèi)調(diào)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(diào)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(zhì)正常操作溫度下的電阻值（對某一具體工藝來說，介質(zhì)溫度一般在正常操作溫度附近小范圍內(nèi)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(yīng)的溫度，進(jìn)一步計算可得到傳輸電阻偏差所導(dǎo)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(dǎo)致的溫度偏差來修正溫度測量值，經(jīng)過這樣處理后的溫度測量值也能較好地滿足化工廠生產(chǎn)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(yīng)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(jié)束語：
若需要較高精度的溫度測量，在控制室內(nèi)，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(diào)整電阻，則不需要另外配帶調(diào)整電阻的接線端子，否則應(yīng)配帶調(diào)整電阻的接線端子，施工方應(yīng)檢測并將鉑電阻與 Ａ，Ｂ端相連的傳輸電阻調(diào)為相等。其他金屬熱電阻溫度測量的原理與鉑電阻相同，設(shè)計、施工、系統(tǒng)調(diào)試時應(yīng)同樣考慮與傳輸電阻偏差有關(guān)的問題。
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