精度高數(shù)字多用表在鉑熱電阻測溫中應(yīng)用

　　精度高數(shù)字多用表(6½位以上)具有顯示直觀操作簡單攜帶方便等優(yōu)點,自上世紀90年代以來，在鉑熱電阻測溫中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
　　精度高數(shù)字多用表(以下簡稱數(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，測量回路中存在的熱電勢和雜散電勢很小，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,在整個測量回路中使用的連線(熱電阻引線和測量導(dǎo)線)也不是同一種均勻的材料,從熱電效應(yīng)中可以得出,在測量回路中存在著較大的熱電勢和雜散電勢。
　　以前通常使用的直流測溫電橋,雖然存在著操作復(fù)雜等不足,但具有電流換向裝置。經(jīng)過正向電流和反向電流兩次測量可以得到兩個值R;和R;,通過計算公式Rt=(Rt⁺+Rt^-)/2,可以消除熱電勢以及雜散電勢，最終得到真實的測量值，
　　數(shù)字表的設(shè)計者顯然沒有考慮到上述問題。其實數(shù)字表最主要的應(yīng)用是在恒溫實驗室里測量電子元件或信號源的電阻等參數(shù)，根本不需要考慮電流換向問題。雖然大多數(shù)溫度檢定人員，都知道通過電流換向測量,可以消除鉑熱電阻熱電勢和雜散電勢,但是在實際使用數(shù)字表測量鉑熱電阻的電阻示值時,人們最關(guān)心的可能是數(shù)字表的測量位數(shù),沒有意識到使用單向電流測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)鉑電阻溫度計和工業(yè)用鉑熱電阻)作標(biāo)準(zhǔn)器對標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽的溫場進行測試，測試數(shù)據(jù)見表1。
 
　　為實現(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(如圖1所示)。將測量通道“I”的“1”“2”“3"“4"端分別與測量通道“II”的“"”“2"“4"“3"相連。數(shù)字表的電壓測量端與測量通道“I”的“1”“2”相連。數(shù)字表的電流輸出端電流輸入端與測量通道“I”的“3"“4”相連。在實際應(yīng)用中,分別測量轉(zhuǎn)換開關(guān)通道“I”和通道“II"的數(shù)據(jù)，即得到測量電流方向相反的兩個數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)見表1。
 
　　從表1中可以發(fā)現(xiàn),在測量100℃溫場時，無論上平面還是下平面,單向電流測試的電阻值與雙向測量平均值差別較小，甚至可以忽略不計。在測量300℃溫場時，上平面單向電流測試的電阻值與雙向測量平均值差別較小,也可忽略不計。但在測量300℃下平面溫場時，單向電流測試的電阻值卻與雙向測量平均值差別較大,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，此處存在較大的溫度梯度。而且一般采用錫焊，而錫的熔點在230C左右。如果手柄過于接近高溫環(huán)境，而焊錫的物理性能也會出現(xiàn)不穩(wěn)定，造成很大的差別，由此產(chǎn)生明顯的熱電勢和雜散熱電勢。
　　要解決上述問題，可以在制作鉑熱電阻時,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的位置(測量.上水平溫場)時,同一溫度正反向測量之間的差異很小即存在的熱電勢和雜散電勢很小,此時采用單向電流測試引起的誤差也很小，在某些情況下可以忽略不計。上述試驗中,使用的是英國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計,其石英管外露部分長度都是51em。目前國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計石英管外露部分長度是47cm，如果使用長度較短的國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計進行測試,發(fā)現(xiàn)的問題可能更明顯。
　　所以在溫場測試、精度高溫度儀表檢定等場合使用數(shù)字表,必須要考慮電流換向測量。
　　如果是測量兩支以上鉑熱電阻，轉(zhuǎn)換開關(guān)與各個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)后再串接一個四線轉(zhuǎn)換開關(guān),直接與鉑熱電阻相連。