鉑熱電阻溫度變送器的工作原理與校準

摘要:溫度變送器需要配接一次測溫元件使用，配用的測溫元件一般有鉑熱電阻和熱電偶等，鉑熱電阻輸入線(xiàn)制又分為二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制三種類(lèi)型，輸入線(xiàn)制的不同帶來(lái)的測量結果不同，整體校準與分開(kāi)校準的比較以及對超差的溫度變送器如何調校。
　　在工業(yè)應用中，溫度變送器都是與鉑熱電阻和熱電偶配合使用，常見(jiàn)的是配接鉑熱電阻的溫度變送器，它將鉑熱電阻的電阻值，經(jīng)過(guò)穩壓濾波、放大校正、V/I轉換、恒流和反向保護等電路處理后，轉換成與溫度成線(xiàn)性關(guān)系的4~20mA電流信號輸出。具有抗干擾能力強、測量精度線(xiàn)性好、方便遠距離傳輸等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。
1配鉑熱電阻溫度變送器工作原理
　　目前在各個(gè)行業(yè)廣泛使用的是配鉑熱電阻的溫度變送器，配鉑熱電阻溫度變送器由兩部分組成:Pt100鉑熱電阻和信號轉換器，信號轉換器主要由測量單元、信號處理和轉換單元組成，有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現場(chǎng)總線(xiàn)功能。輸出信號主要是標準電壓1~5V或電流信號4~20mA，如圖1所示。
 
2配鉑熱電阻溫度變送器輸入線(xiàn)制的類(lèi)別.
　　鉑熱電阻與變送器接線(xiàn)方式有二線(xiàn)制、三線(xiàn)制和四線(xiàn)制。二線(xiàn)制接線(xiàn)較為便捷，但由于鉑熱電阻沒(méi)有線(xiàn)路電阻的補償，測量結果包括引線(xiàn)電阻的附加誤差，若是三線(xiàn)制接線(xiàn)，有線(xiàn)路電阻補償，可以部分消除引線(xiàn)電阻的影響，測量精度相應提高;若是四線(xiàn)制接線(xiàn)，相當于在鉑熱電阻的根部?jì)啥烁鬟B接的兩根引線(xiàn)為鉑熱電阻提供恒定電流，再通過(guò)另兩根引線(xiàn)測量電勢值，這種引線(xiàn)方式可以完全消除引線(xiàn)的電阻影響，也可以消除雜散熱電勢，測量精度最高。
　　不同接線(xiàn)制獲得不同準確度的結果，對于大部分的測溫工業(yè)場(chǎng)所來(lái)說(shuō)，采用三線(xiàn)制接線(xiàn)能基本滿(mǎn)足要求，想要得到正確測量，則必須采用四.線(xiàn)制接線(xiàn)的一體化溫度變送器，流量測量中的溫度變送器大多采用此種方式。
3帶傳感器的溫度變送器的校準方法
　　JJF1183--2007溫度變送器校準規范6.2中規定，帶傳感器的變送器進(jìn)行測量誤差校準時(shí)，每個(gè)試驗溫度點(diǎn)需要帶傳感器的溫度變送器在溫度源中溫度穩定30min后進(jìn)行測量，由于測量誤差由鉑熱電阻的允差和信號轉換器的允差兩部分組成，采用鉑熱電阻和信號轉換器分開(kāi)校準或鉑熱電阻和信號轉換器整體校準兩種方式。校準所需的測量標準器和部分配套設備如表1所示。
 
　　將一支配鉑熱電阻的溫度變送器，測量范圍為0~80℃作為試驗樣品分別進(jìn)行分析，通過(guò)以上設備的配合分別測量輸入信號為二線(xiàn)制接線(xiàn)、三線(xiàn)制接線(xiàn)、四線(xiàn)制接線(xiàn)的輸出電流值。
3.1分開(kāi)校準
　　將溫度變送器中的A級四線(xiàn)制鉑熱電阻和信號轉換器分開(kāi)進(jìn)行校準，由于鉑熱電阻與信號轉換器配套使用，參照信號轉換器的測量范圍，將鉑熱電阻分別放入制冷恒溫槽和恒溫油槽內，在下列各校準點(diǎn)上測量數據如表2。
 
　　單獨對信號轉換器進(jìn)行校準時(shí)，使用的標準器為數字多用表，該儀表既可以作為測量?jì)x器，也可以作為信號輸出源，按照校準規范的要求線(xiàn)路連接，進(jìn)行6次校準取平均值，數據如表3。
 
3.2整體校準
　　根據JJF1183--2007溫度變送器校準規范的要求，將鉑熱電阻與信號轉換器配套整體校準時(shí)，將鉑熱電阻分別放入制冷恒溫槽和恒溫油槽內，通過(guò)數字多用表讀取信號轉換器數據如表4。
 
　　通過(guò)比較可以得出分開(kāi)校準與整體校準結果都滿(mǎn)足校準規范的要求，如表5，兩種方法的校準.結果基本一致，不一致的原因在于數字多用表中.電阻信號與電流信號引入了部分誤差。在校準測量時(shí)，獨立校準或整體校準要根據各個(gè)單位的實(shí)際情況來(lái)決定，當溫度變送器的測量范圍在溫度校準裝置測量范圍內，整體校準可以減少測量中.的影響量，既不需要拆裝，又節約時(shí)間和人力。而對于測量范圍在溫度校準裝置范圍外，無(wú)法整體校準時(shí)，則可以選擇分開(kāi)進(jìn)行校準。
 
4現場(chǎng)工作經(jīng)驗
　　工業(yè)現場(chǎng)測溫大都用配鉑熱電阻使用的一體化用溫度變送器，由于鉑熱電阻與溫度間的關(guān)系為非線(xiàn)性，加之傳感器引線(xiàn)電阻及運算放大器非線(xiàn)性等因素影響，在整體校準時(shí)如不滿(mǎn)足用戶(hù)精度等級要求，則需要進(jìn)行標定，常見(jiàn)的是在硬件上對信號轉換器的零點(diǎn)和滿(mǎn)度進(jìn)行調整或用HART技術(shù)協(xié)議進(jìn)行標定。通過(guò)硬件調整零點(diǎn)和滿(mǎn)度，對變送器的穩定性和可靠性有一定影響，建議有HART協(xié)議的溫度變送器進(jìn)行通訊協(xié)議標定，設備通訊器給溫度變送器供電.后，自動(dòng)識別溫度變送器的基本信息。在CALI-BRATION菜單里選擇進(jìn)行上下限同時(shí)標定。先在下限標定，待變送器在制冷恒溫槽溫度穩定后將下限標準溫度值輸入到設備通訊器中，將變送器移動(dòng)到穩定在.上限溫度的油槽中，熱平衡后，將上限標準溫度值再次輸入到設備通訊器中，標定完成。再按照規程要求重新校準一遍，得到電流輸出值。
　　掌握了溫度變送器誤差的標定方法，可以對現場(chǎng)中損壞的或者不合格的一體化溫度變送器中的鉑熱電阻傳感器隨時(shí)進(jìn)行更換，更換后再通過(guò)TREX設備通訊器標定，直至允許誤差滿(mǎn)足要求，保證了產(chǎn)品持續可靠性。
5結束語(yǔ)
　　通過(guò)對溫度變送器工作原理的介紹，了解鉑熱電阻二線(xiàn)、三線(xiàn)、四線(xiàn)制接線(xiàn)分別與變送器不同連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，根據委托送樣的實(shí)際情況去選擇兩種校準方式，以及在溫度變送器的示值超差或更換鉑熱電阻后如何調校的問(wèn)題作了詳細的介紹，讓客戶(hù)在測溫精度的選擇，生產(chǎn)成本的節約，產(chǎn)品的質(zhì)量控制等方面，有了更多的對比性，從而選出最適合的測溫設備，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。