精度高數字多用表在鉑熱電阻測溫中應用

　　精度高數字多用表(6½位以上)具有顯示直觀(guān)操作簡(jiǎn)單攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),自上世紀90年代以來(lái)，在鉑熱電阻測溫中得到越來(lái)越廣泛的應用。
　　精度高數字多用表(以下簡(jiǎn)稱(chēng)數字表)的檢定條件與使用環(huán)境存在著(zhù)很大的差異。數字表檢定環(huán)境溫度要求20℃±1℃,電阻擋標準源為定值標準電阻,性能穩定。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。從熱電阻元件到數字表輸入端存在著(zhù)幾十甚至幾百攝氏度的溫度梯度,在整個(gè)測量回路中使用的連線(xiàn)(熱電阻引線(xiàn)和測量導線(xiàn))也不是同一種均勻的材料,從熱電效應中可以得出,在測量回路中存在著(zhù)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(zhù)操作復雜等不足,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量可以得到兩個(gè)值R;和R;,通過(guò)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(shí)的測量值，
　　數字表的設計者顯然沒(méi)有考慮到上述問(wèn)題。其實(shí)數字表最主要的應用是在恒溫實(shí)驗室里測量電子元件或信號源的電阻等參數，根本不需要考慮電流換向問(wèn)題。雖然大多數溫度檢定人員，都知道通過(guò)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(shí)際使用數字表測量鉑熱電阻的電阻示值時(shí),人們最關(guān)心的可能是數字表的測量位數,沒(méi)有意識到使用單向電流測量熱電阻可能引起的誤差。
　　為考察電流換向對鉑熱電阻示值的影響，以數字表和鉑熱電阻(包括標準鉑電阻溫度計和工業(yè)用鉑熱電阻)作標準器對標準恒溫槽的溫場(chǎng)進(jìn)行測試，測試數據見(jiàn)表1。
 
　　為實(shí)現電流換向功能,將四線(xiàn)轉換開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)方式做了改動(dòng)(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。數字表的電壓測量端與測量通道“I”的“1”“2”相連。數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(shí)際應用中,分別測量轉換開(kāi)關(guān)通道“I”和通道“II"的數據，即得到測量電流方向相反的兩個(gè)數據。測試數據見(jiàn)表1。
 
　　從表1中可以發(fā)現,在測量100℃溫場(chǎng)時(shí)，無(wú)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(chǎng)時(shí)，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(chǎng)時(shí)，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部的構造。在鉑熱電阻手柄的內部,有鉑額外電阻元件的銀質(zhì)引線(xiàn)與和銅質(zhì)引出導線(xiàn)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 )出現不穩定，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(wèn)題，可以在制作鉑熱電阻時(shí),將內引線(xiàn)和外引線(xiàn)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(chǎng))時(shí),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(shí)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)標準鉑電阻溫度計,其石英管外露部分長(cháng)度都是51em。目前國產(chǎn)標準鉑電阻溫度計石英管外露部分長(cháng)度是47cm，如果使用長(cháng)度較短的國產(chǎn)標準鉑電阻溫度計進(jìn)行測試,發(fā)現的問(wèn)題可能更明顯。
　　所以在溫場(chǎng)測試、精度高溫度儀表檢定等場(chǎng)合使用數字表,必須要考慮電流換向測量。
　　如果是測量?jì)芍б陨香K熱電阻，轉換開(kāi)關(guān)與各個(gè)鉑熱電阻之間的連線(xiàn)依然采用常規方式，只是在圖1所示轉換開(kāi)關(guān)后再串接一個(gè)四線(xiàn)轉換開(kāi)關(guān),直接與鉑熱電阻相連。