四線熱電阻及其在特殊溫度測(cè)量中的應(yīng)用

1問(wèn)題提出
　　在工業(yè)生產(chǎn)中,溫度的測(cè)量多采用熱電阻溫度計(jì),常見(jiàn)的熱電阻有三根引出線,(引出線較長(zhǎng))或二根引出線(引出線較短),為避免連接導(dǎo)線電阻產(chǎn)生較大測(cè)量誤差.均采用三線制接法與常規(guī)儀表通過(guò)導(dǎo)線連接成回路(見(jiàn)圖1)。四線熱電阻在生產(chǎn)中不多見(jiàn)，但在特殊溫度測(cè)量中卻有三線熱電阻及二線熱電阻不可替代的作用,其特殊性表現(xiàn)為:與某些智能測(cè)量前端連接和其引出線過(guò)長(zhǎng)。
 
2問(wèn)題分析
(1)在DCS或DAS系統(tǒng)中,有些智能測(cè)量前端(如IDCB--4B)的每一個(gè)通道有四個(gè)接線端子,每個(gè)通道與熱電阻的連接方式有三種(如圖2a、b、c),其中圖2a所示的接線方式測(cè)量精度最高,可以消除連線電阻(包括熱電阻的引出線)的影響。當(dāng)熱電阻的引出線要求過(guò)長(zhǎng)，如5#爐煤粉倉(cāng)溫度的6個(gè)測(cè)點(diǎn),鎧裝熱電阻的探深為8mc按0.4Ω/m計(jì)算，每根引線電阻r為3.2Ω.如采用三線熱電阻或二線熱電阻,按四線制接法(如圖3a.b),將有3.2Ω(r)或6.4Ω(2r)線電阻加到熱電阻上,根據(jù)分度號(hào)為Pr100熱電阻.當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度升高1℃.熱電阻的阻值相應(yīng)升高0.4~0.6Ω這個(gè)規(guī)律,采用三線熱電阻或二線熱電阻將有高出實(shí)際溫度8℃或16℃的測(cè)量誤差。而采用四線熱電阻(如圖3c),則可完全消除引|線電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。這種結(jié)果取決于智能測(cè)量前端的測(cè)溫原理與常規(guī)顯示儀表采用的不平衡電橋或自動(dòng)平衡電橋的原理不同(見(jiàn)圖1)。
 
(2)智能測(cè)量前端的測(cè)溫原理與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量熱電阻的原理類同:圖4為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量熱電阻的原理圖,Rs為標(biāo)準(zhǔn)熱電阻，Rt為被測(cè)量熱電阻,通過(guò)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)分別撥到Rt和Rs的二端，從電位差計(jì)讀出Vt、Vs,Rt=Vt.(Rs/Vs).用這種方式可完全消除引線電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差,但通過(guò)熱電阻的電流產(chǎn)生的熱所引起的誤差仍然存在。智能測(cè)量前端在測(cè)量時(shí)根據(jù)被測(cè)熱電阻的阻值,內(nèi)部自動(dòng)分擋提供0.2.0.8、3.2mA的激勵(lì)電流,繳勛電流從1+端通過(guò)連接導(dǎo)線流過(guò)熱電阻,再到G端,再通過(guò)H、L端檢測(cè)出熱電阻上的激勵(lì)電壓,求出熱電阻的阻值，根據(jù)相應(yīng)熱電阻的分度表,算出對(duì)應(yīng)的溫度值。
 
(3)一個(gè)智能測(cè)量前端有二十個(gè)通道,激勵(lì)電流輪流對(duì)每一個(gè)通道訪問(wèn),因此激勵(lì)電流流經(jīng)每個(gè)通道上熱電阻的時(shí)間是瞬時(shí)的,不象電橋原理測(cè)溫那樣,電流流經(jīng)熱電阻時(shí)發(fā)熱引起測(cè)量誤差,因此采用四線制接法,配合四線熱電阻，智能衡量前端測(cè)量溫度的精度可達(dá)到甚至超過(guò)目前實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量精度。
3實(shí)際應(yīng)用
　　由于8m長(zhǎng)鎧裝四線熱電阻在煤粉倉(cāng)溫度測(cè)量中第一次應(yīng)用，我們?cè)诓檎颐悍蹅}(cāng)溫度偏高的原因的過(guò)程中,根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，曾經(jīng)將四線熱電阻誤判斷為雙只熱電阻,也曾懷疑六根熱電阻的性能太差。最后才找到誤差太大的根本原因:施工時(shí)安裝人員按如圖3(b)所示接線,這樣6.4Ω(2r)線電阻被加到熱電阻上,造成六個(gè)測(cè)點(diǎn)顯示溫度比實(shí)際溫度高出16個(gè)左右的測(cè)量誤差。
4結(jié)束語(yǔ)
　　雖然8m長(zhǎng)鎧裝四線熱電阻只在煤粉倉(cāng)溫度測(cè)點(diǎn)上應(yīng)用.但類似煤粉倉(cāng)的容器(如大型罐體、加熱體)在工業(yè)生產(chǎn)中卻很多,有的罐體內(nèi)盛有易燃、易燦的危險(xiǎn)品:有的是被加熱的原料,需要嚴(yán)格控制其溫度這些容器更需要有正確可靠的溫度測(cè)點(diǎn)作為其絕對(duì)安全的保障。