減小濕熱滅菌器溫度偏差的方法

[摘要]熱電阻產(chǎn)生誤差的情況大致分為引線(xiàn)電阻誤差、接線(xiàn)接頭連接處電阻誤差、溫度傳感器密封層破損漏水、自熱效應、原件漂移、噪聲和分辨率，文章基于這6類(lèi)影響溫度的情況，分別對這6類(lèi)影響進(jìn)行分析與處理，盡可能地減小或消除誤差，確保接收到最正確的溫度數據。
　　針對濕熱滅菌器的滅菌溫度來(lái)說(shuō)，通常采用121℃的工藝進(jìn)行滅菌。這樣的溫度，相對于檢測溫度的溫度檢測儀來(lái)講并不算高，但滅菌工藝對溫度精度要求很高，需要非常正確的檢測裝置，一般也要A級精度以上才可以。市場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種溫度檢測裝置有熱敏電阻、熱電偶、熱電阻RTD、IC傳感器，見(jiàn)表1。
 
　　根據表1中的內容可以了解，適用于濕熱滅菌工藝的溫度范圍應該選用熱電阻RTD溫度檢測裝置進(jìn)行控制和測量，其精度高，測量范圍適合，也最穩定。
　　熱電阻的工作原理是基于電阻的熱效應進(jìn)行溫度測量，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。如果熱電阻隨溫度的.上升而電阻值也跟著(zhù)上升,稱(chēng)為正電阻系數;如果熱電阻隨溫度的.上升而電阻值反而下降，稱(chēng)為負電阻系數。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系見(jiàn)表2。
 
　　設備通過(guò)向熱電阻通電，從而采集熱電阻通過(guò)的電流來(lái)判斷當前溫度。因為熱電阻的阻值變化與溫度變化之間規律是固定的，因此市場(chǎng)上有專(zhuān)門(mén)采集RTD的溫度模塊，通過(guò)這種專(zhuān)用模塊中采集的信號進(jìn)行計算出的溫度值會(huì )更加正確。雖然在實(shí)驗室條件下模塊檢測到的電阻值和計算值是正確的，然而在工業(yè)環(huán)境下周邊的溫度濕度以及導線(xiàn)等都不能與實(shí)驗室相比，這使得最終結果會(huì )出現誤差和一定的偏差;以及其他不正確的情況發(fā)生，導致最終的溫度不正確。
1引線(xiàn)電阻誤差
　　在實(shí)際使用的電器元件中沒(méi)有絕對的理想原件(原件沒(méi)有電阻，沒(méi)有干擾因素等)，導線(xiàn)也不例外，導線(xiàn)也有電阻值。許多大型設備由于體積大、溫度檢測信號距離遠等情況，導致連接溫度傳感器的導線(xiàn)距離必須要做的很長(cháng)。這時(shí)就需要解決方案，提到減小導線(xiàn)電阻的方法時(shí)，最重要的一點(diǎn)是熱電阻的接線(xiàn)方式，接線(xiàn)方式的不同會(huì )帶來(lái)不同的偏差值，常規的熱電阻有4根接線(xiàn)端，按照接線(xiàn)方式分為二線(xiàn)制、三線(xiàn)制、四線(xiàn)制接法。
(1) 二線(xiàn)制:二線(xiàn)制是在熱電阻的兩端各連接--根導線(xiàn)來(lái)引出電阻信號的方式。這種引線(xiàn)方法簡(jiǎn)單，但由于連接導線(xiàn)必然存在引線(xiàn)電阻，整個(gè)電路的電阻是熱電阻的電阻值加.上兩段導線(xiàn)電阻的電阻值，這樣接線(xiàn)測量誤差大,誤差的大小與導線(xiàn)的材料和長(cháng)度的因素有關(guān)，如圖1所示。
 
(2)三線(xiàn)制:三線(xiàn)制是在熱電阻根部的一端連接一根引線(xiàn)，另一端連接兩根弓|線(xiàn)的方式。這種方式通常與電橋配套使用，兩個(gè)導線(xiàn)分別接在電橋的兩個(gè)橋背，上，另一根線(xiàn)接在電橋的電源上，消除了引線(xiàn)電阻的誤差，可以較好消除引線(xiàn)電阻的影響，如圖2所示。
 
(3)四線(xiàn)制:四線(xiàn)制是在熱電阻根部?jì)啥烁鬟B接兩根導線(xiàn)的方式，其中兩根引|線(xiàn)為熱電阻提供恒定電流I,把R轉換成電壓信號U,再通過(guò)另兩根引|線(xiàn)把U弓|至二次儀表。這種弓|線(xiàn)方式可完全消除引|線(xiàn)的電阻影響，如圖3所示。
 
　　通過(guò)以上介紹，四線(xiàn)制接法可以很好的解決以上問(wèn)題。由于導線(xiàn)越長(cháng)，導線(xiàn)電阻阻值越大，通過(guò)四線(xiàn)制的方法即使接線(xiàn)長(cháng)度較長(cháng)也可以消除導線(xiàn)電阻誤差產(chǎn)生的影響。
2接線(xiàn)接頭連接處電阻
　　與導線(xiàn)電阻誤差不同的是，接線(xiàn)端子之間也會(huì )產(chǎn)生電阻。導線(xiàn)電阻只要材料相同，單根接線(xiàn)距離相同的情況下通過(guò)四線(xiàn)制接法的溫度傳感器可抵消電阻誤差，可是接線(xiàn)端子不同，不同的金屬材料，不同的端子長(cháng)度寬度都會(huì )影響其中的電阻值的變化。雖然這種變化很細微,但是如果端子數量增多后其影響不能忽略，需要考慮其對溫度的影響。解決方案是盡可能減少接線(xiàn)連接端子的使用，具體方案如下。
首先，定制足夠長(cháng)引|線(xiàn)的溫度傳感器，避免接線(xiàn)不夠長(cháng)需要額外增加延長(cháng)線(xiàn)的情況。
　　其次，接線(xiàn)引入電氣箱后建議不要中間轉接線(xiàn)，而是直接接人到溫度采集模塊中。整條線(xiàn)路僅在傳感器模塊部分使用一次接線(xiàn)端子，這種方式最大程度上減小了端子中的電阻誤差影響。
3溫度傳感器密封層破損漏水
　　傳統使用的溫度傳感器都是金屬尖端用于傳感器測溫，后端使用硅膠或FEP材料。這種材料耐高溫，但是易被拉斷,被劃傷;經(jīng)過(guò)滅菌器狹窄空間時(shí)，滅菌車(chē)非常重，在滅菌器內通過(guò)時(shí)很容易將傳感器的延長(cháng)線(xiàn)壓斷，或被滅菌物品為玻璃容器，難免會(huì )有破碎的情況在設備運行時(shí)這部分碎屑會(huì )劃破傳感器的延長(cháng)線(xiàn)，導致露出導線(xiàn)。由于濕熱滅菌器是高溫高濕的環(huán)境，如果密封材料被損壞潮濕環(huán)境會(huì )伴隨導線(xiàn)進(jìn)人溫度檢測模塊，導致測量不正確，甚至會(huì )燒壞電子元件。經(jīng)過(guò)以上因素分析，給出以下建議。
(1)可以選用金屬包裝的熱電阻來(lái)代替硅膠或FEP材料的密封保護。
(2)可以選用無(wú)線(xiàn)溫度傳感器傳輸信號到溫度檢測模塊中。這種方式熱電阻相對放置靈活，不用擔心受到位置影響或產(chǎn)品進(jìn)出的干擾，也不會(huì )被擠壓或劃傷。
4自熱效應
　　溫度電阻會(huì )對流入的電流會(huì )做功，電阻做功的方式只有產(chǎn)生熱量。而這部分熱量又不容易散發(fā)出去就會(huì )產(chǎn)生溫度波動(dòng)從而影響電阻阻值產(chǎn)生變化，這種現象稱(chēng)之為自熱效應。自熱效應的產(chǎn)生是必不可少的，沒(méi)辦法去消除或避免。只能盡可能的減少自熱效應產(chǎn)生的熱量來(lái)盡可能的正確測量。減小自熱效應的方法有以下幾種。
(1)鑒于自熱效應的原理是電流做無(wú)用功產(chǎn)生，這樣就需要良好、穩定的電源，以避免過(guò)多的電流波動(dòng)導致自熱效應的大量積累，并且盡可能的將電源放置在通風(fēng)常溫環(huán)境中，這樣可以延長(cháng)電源的壽命。
(2)設備電源盡可能獨立接電，以防止其他設備啟動(dòng)導致電壓的突降，這種波動(dòng)會(huì )嚴重損耗電源壽命。
5原件漂移
　　元器件的老化會(huì )導致電阻值的變化，線(xiàn)路中電壓電流大幅度波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電磁感應現象影響電流值，從而影響信號數值。針對這樣的情況，需要考慮元器件老化是:無(wú)法避免的，只能定期進(jìn)行電子元件的更換以及傳感器的校準，電子元器件盡可能選用質(zhì)量過(guò)關(guān)耐受程度良好的元件，這其中包括傳感器，傳感器供電電源以及處理傳感器信號的模擬量模塊，這樣可以確保在很長(cháng)的周期范圍內信號的良好傳輸，以及數值的正確性;面對電磁感應現象，儒要將信號線(xiàn)等微弱電流的導線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)以及電源線(xiàn)等保持足夠遠的距離，要保證交流電與直流電盡可能分開(kāi)走線(xiàn)，三相動(dòng)力線(xiàn)更要遠離控制箱;如果條件準許，可以將控制系統電源與動(dòng)力系統電源分為兩個(gè)電源單獨連線(xiàn)。
6噪聲和分辨率
　　電路噪聲隨處可見(jiàn)，又無(wú)可避免，這種微小的浮動(dòng)干擾很難被檢測出來(lái)。電路噪聲的出現是伴隨時(shí)間隨機出現的，為了減小這種噪聲干擾或者減少出現的頻次，可以選擇使用電路濾波器將噪聲干擾等微小擾動(dòng)過(guò)濾掉，并且在濾波的情況下再選擇使用性能良好的電源。穩定良好的電源可以在電路中產(chǎn)生很少的電路雜波。再選擇使用分辨率高的模擬量模塊配合數字濾波方式進(jìn)行雜波的剔除，這樣在模擬量信號與數字量信號轉換時(shí)可以分析出更正確的傳感器數值。但數字濾波處理過(guò)程時(shí)間較長(cháng)是其一大缺陷。
7結束語(yǔ)
　　通過(guò)以上六點(diǎn)的分析并進(jìn)行相應改進(jìn)，可以減小或消除這一類(lèi)溫度傳感器(熱電阻)的溫度偏差和干擾，后續對設備定期進(jìn)行維護，并隨時(shí)觀(guān)察溫度的差異情況，設備運行穩定。