淺析熱電阻的常見(jiàn)故障及解決方法

　　熱電阻是工業(yè)上廣泛應用于中低溫區溫度測量的感溫元件，它具有構造簡(jiǎn)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(guò)程中受到一些因素的影響，常常會(huì )出現一些故障問(wèn)題?；跓犭娮璧臏y溫工作原理和測溫方法，簡(jiǎn)要說(shuō)明了熱電阻在使用中常見(jiàn)的故障，分析了這些故障產(chǎn)生的原因，并提出了相應的解決方法。
　　工業(yè)上通常采用熱電偶和熱電阻來(lái)進(jìn)行溫度測量，前者適用于500℃以上的高溫區，后者適用于500℃以下的中低溫區。熱電偶一般不適用于500℃以下的中低溫區，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)現正確測量。第二個(gè)原因是在溫度較低的區域，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線(xiàn)、顯示控制調節儀等二次儀表組合成測溫系統，即電阻溫度計。與計算機配套使用能正確測量和控制工業(yè)生產(chǎn)中中低溫區的溫度，并且能夠實(shí)現溫度的實(shí)時(shí)記錄和遠傳。一般熱電阻主要由電阻體、引出線(xiàn)、絕緣子、保護套管和接線(xiàn)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構形式
　　兩者同屬于接觸式測量，但與熱電偶基于熱電效應的工作原理不同，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關(guān)系，即電阻的熱效應，然后通過(guò)二次顯示儀表測量熱阻的電阻值來(lái)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(一般情況下它不是常數，在不同溫度下具有不同數值)(℃^-1)
半導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，跟半導體材料和結構有關(guān)。
　　從電阻體的阻值隨溫度的變化來(lái)看，大多數金屬導體都有這個(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。因為工業(yè)上以金屬材料作為測溫熱阻有嚴格的要求:要求他們的電阻溫度系數應盡可能大且穩定，電阻率應大，熱容量要小，化學(xué)和物理性能應在整個(gè)測溫溫度范圍內穩定，材料的再現性應良好，適用于無(wú)腐蝕性介質(zhì)，電阻值與溫度變化之間最好是線(xiàn)性關(guān)系等?；谏鲜鲞@些條件，工業(yè)中標準化生產(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工業(yè)溫度測量中廣泛應用，還被用來(lái)制成標準的基準溫度計。
　　根據結構特點(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(lèi)型。普通熱電阻通常由感溫元件電阻體、引出線(xiàn)、絕緣子、保護套管和接線(xiàn)盒等主要部件組成。普通型適用于環(huán)境條件良好，無(wú)腐蝕氣氛的場(chǎng)所。在實(shí)際工作中，PT100鉑熱電阻得到了廣泛的應用，主要由于它的高穩定性和良好的復制性。鎧裝熱電阻是由金屬保護套管、感溫元件電阻體、引出線(xiàn)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(cháng)。隔爆熱電阻通過(guò)特殊結構的接線(xiàn)盒，適用于有爆炸性氣氛存在的場(chǎng)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)可以根據現場(chǎng)的實(shí)際狀況來(lái)選用適合的熱電阻。
　　熱電阻溫度測量系統的導線(xiàn)連接方式主要有三種。這三種分別是:兩線(xiàn)制、三線(xiàn)制和四線(xiàn)制。
 
　　兩線(xiàn)制:如圖1所示，熱電阻的兩端分別接一根導線(xiàn)，用這兩根導線(xiàn)引出電阻信號。這種接線(xiàn)方式非常容易，但是受導線(xiàn)材質(zhì)和長(cháng)度的影響，存在引線(xiàn)電阻，這會(huì )對測溫精度產(chǎn)生較大影響，因此，這種接線(xiàn)方法只適合測溫精度不是很高的場(chǎng)所。
　　三線(xiàn)制:如圖1所示，熱電阻的其中-端接一根導線(xiàn)，另外一端接兩根導線(xiàn)。三線(xiàn)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(xiàn)電阻對測量造成的影響。
　　四線(xiàn)制:如圖1所示，熱電阻的兩端各引出兩根導線(xiàn)，四線(xiàn)制沒(méi)有電橋，通過(guò)導線(xiàn)為熱電阻提供恒流源，將電阻信號轉換為電壓信號，通過(guò)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(xiàn)電阻帶來(lái)的影響。還可以消除導線(xiàn)間接接觸電阻及其阻值變化帶來(lái)的影響。測量精度高。精度比較高的標準鉑電阻溫度計的引出導線(xiàn)一般都采用這種接法。
　　終上所述，兩線(xiàn)制僅適用于測溫精度較低的場(chǎng)合。三線(xiàn)制有效的克服了引線(xiàn)電阻對測量的影響，它是工業(yè)過(guò)程控制中廣泛采用的連接方式。四線(xiàn)制主要用于精度高溫度測量。
2熱電阻在使用中常見(jiàn)的故障
簡(jiǎn)而言之，熱電阻在使用過(guò)程中常見(jiàn)的故障現象有以下幾種:.
(1)熱電阻顯示儀表指示值低于實(shí)際值或指示值不穩定;
(2)熱電阻的顯示表指示無(wú)窮大;
(3)熱電阻顯示儀表指針向標尺下限走到頭，指示負值;
(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
　　基于以上故障現象，根據熱電阻的測溫工作原理、測溫方法和結構形式，進(jìn)行了故障原因分析，并做出了相應的解決方法。
(1)原因分析:熱電阻感溫元件插入深度不夠，元件未推到保護殼端部或者可能由于使用環(huán)境較差，熱電阻的保護套管內進(jìn)了灰塵、金屬屑、水漬、接線(xiàn)盒的接線(xiàn)端子間有污垢或熱電阻短路。解決方法:查出所用套管長(cháng)度，選擇合適長(cháng)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)，密封保護套，防止水再次進(jìn)入;使用萬(wàn)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(xiàn)短路或與接線(xiàn)盒端子松開(kāi)或氧化等。解決方法:可用萬(wàn)用表找出斷路位置，判斷是引出線(xiàn)、接線(xiàn)盒端子松開(kāi)還是熱電阻斷路，如是接線(xiàn)盒子端子松開(kāi)則焊接接點(diǎn)或擰緊接線(xiàn)螺絲;或如是引接導線(xiàn)斷路則去除氧化部分或者更換導線(xiàn)等;如是熱電阻斷路，應進(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線(xiàn)連接錯誤或者熱電阻短路。解決方法:使用萬(wàn)用表檢查并確定短路位置。熱阻接線(xiàn)有誤時(shí)，應糾正接線(xiàn)，加強絕緣;熱阻短路時(shí),應修理或更換。
(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(guò)以上分析，了解熱電阻的測量原理，根據實(shí)際工作情況判斷故障原因并進(jìn)行故障處理，這對檢定工作的順利進(jìn)行和測量的準確性、可靠性都是十分有利的。
　　結語(yǔ):在使用熱電阻時(shí)，根據測量溫度和測量對象來(lái)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)應該注意配備保護套管。雖然大多數熱電阻的生產(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(mǎi)防腐蝕性比較強的保護套管，套在熱電阻的外面，以保護熱電阻不被工作環(huán)境損害。
　　在安裝完畢后對潮濕環(huán)境中的熱電阻的蓋子要周期的打開(kāi)，并且要防止生銹，以免打不開(kāi)無(wú)法維護。熱電阻使用前必須核查它是否能正常工作，比較簡(jiǎn)單的核查方法是用萬(wàn)用表測量它的電阻值。例如PT100熱電阻，根據它阻值與溫度之間的分度表，0℃時(shí)對應R0值100Ω，如果萬(wàn)用表測得電阻數據為零或者小于R0值，那么該熱電阻已經(jīng)短路必須進(jìn)行修復或更換;如果萬(wàn)用表測得數據為無(wú)窮大，那么該熱電阻已經(jīng)斷路，不能使用;如果萬(wàn)用表測得的電阻數據稍大于R0,.說(shuō)明該熱阻正常。