熱電阻的校準及常見(jiàn)故障分析

摘要：介紹了熱電阻元件測溫原理，參照相關(guān)檢定規程和有關(guān)校準技術(shù)要求及設備，論述了熱電阻校準用裝置、校準項目、校準步驟、校準常見(jiàn)問(wèn)題；結合常見(jiàn)熱電阻類(lèi)型和現有校準設備，根據實(shí)際校準過(guò)程中的問(wèn)題，總結注意事項；針對自動(dòng)檢定系統無(wú)法掃描串口、熱電阻校準時(shí)驗證通道時(shí)電阻值為負值，三線(xiàn)制熱電阻校準時(shí)全部被校示值誤差超出允差范圍三種常見(jiàn)故障進(jìn)行分析并處理。

熱電阻是基于電阻的熱效應即金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加的特性進(jìn)行溫度測量。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以近似表示為：

Rt=Rt0[1+a(t-t0)]

式中：Rt為溫度t時(shí)的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0＝0℃）時(shí)對應電阻值；α為溫度系數。

1熱電阻元件校準

1.1熱電阻校準用裝置

（1）標準鉑電阻溫度計，二等，用于比較法校準時(shí)參考標準；

（2）數字多用表，A級以上用0.005級以上，B級以下用0.03級以上，用于測量熱電阻和標準鉑電阻電阻值；

（3）轉換開(kāi)關(guān)，接觸電勢≤1.0μV，多支熱電阻檢定用轉換器；

（4）恒溫水槽，U≤0.04℃，k＝2，產(chǎn)生0℃的恒溫裝置；

（5）標準油槽，溫度范圍-35～+300℃，水平溫場(chǎng)≤0.01℃，垂直溫場(chǎng)≤0.02℃，溫場(chǎng)變

化不大于0.04℃，溫度t的恒溫裝置；

（6）高溫爐，溫度范圍300～850℃，檢定300℃以上上限溫度使用；

（7）絕緣電阻表，直流電壓10～100V，測量絕緣電阻。

1.2熱電阻校準項目

熱電阻校準項目按照JJG229－2010《工業(yè)鉑、銅熱電阻》檢定項目，如表1所示。

   

注：1、“＋”為應檢定，“－”為可以不檢定，“*”為當用戶(hù)要求時(shí)應進(jìn)行檢定；2、在R0和R100合格、而電阻溫度系數α不符合要求時(shí)，仍應進(jìn)行允差等級規定的上限溫度的檢定。

1.3熱電阻校準步驟

1.3.1外觀(guān)檢查

（1）熱電阻各部分裝配正確、可靠、無(wú)缺件，外表涂層應牢固，保護管應完整無(wú)損，不得有凹痕、劃痕和顯著(zhù)銹蝕；

（2）感溫元件不得破裂，不得有明顯的彎曲現象；

（3）根據測量電路需要，熱電阻可以有兩、三或四線(xiàn)制的接線(xiàn)方式，其中A級和AA級的熱電阻必須是三線(xiàn)制或四線(xiàn)制的接線(xiàn)方式；

（4）每支熱電阻在其保護套管上或在其所附的標簽上至少應有類(lèi)型代號、標稱(chēng)電阻值R0、工作溫度范圍、感溫元件數、允差等級、制造商名或商標、生產(chǎn)年月。

1.3.2允差校準

日常工作中，采用溫度自動(dòng)檢定系統對熱電阻進(jìn)行校準，判定熱電阻型號及為幾線(xiàn)制；開(kāi)啟制冷恒溫槽和標準油槽，設定校準點(diǎn)溫度；把標準鉑電阻溫度計（Pt25，標準0～400℃）放入套有玻璃管的制冷恒溫槽（-35～+95℃），接好線(xiàn)；把被校熱電阻放入制冷恒溫槽，接好線(xiàn)；開(kāi)啟自動(dòng)檢定系統，設置好廠(chǎng)家、編號、校準編號等，選定標準器，點(diǎn)檢定；根據驗證通道顯示的各通道的熱電阻在室溫下的電阻值，判斷接線(xiàn)是否正確，不正確則停止檢定查看接線(xiàn)，然后再驗證通道，接線(xiàn)正確后開(kāi)始校準，得到0℃時(shí)的電阻值R0；把標準鉑電阻溫度計放入套有玻璃管的標準油槽（+35～+300℃），接好線(xiàn)；把被校熱電阻放入標準油槽，接好線(xiàn)；檢定點(diǎn)選擇100℃，選油槽，檢定，驗證通道；根據驗證通道顯示的各通道的熱電阻在室溫下的電阻值，判斷接線(xiàn)是否正確，不正確則停止檢定查看接線(xiàn)，然后再驗證通道，接線(xiàn)正確后開(kāi)始檢定，得到100℃時(shí)的電阻值R100；判斷a值是否符合，Δα不符合，校準上限值，上限值超過(guò)300℃的校準300℃點(diǎn)；校準結束后，將所有控溫儀歸零并設置為待機狀態(tài)。

1.3.3絕緣電阻測試

把熱電阻各接線(xiàn)端短路，接到一個(gè)直流100V的兆歐表的一個(gè)接線(xiàn)端，兆歐表的另一接線(xiàn)端應與熱電阻的保護管連接，測量原件與保護管之間的絕緣電阻；有兩個(gè)感溫元件的熱電阻，還應將兩熱電阻的各接線(xiàn)端分別短路，接到一個(gè)直流100V的兆歐表的兩個(gè)接線(xiàn)端，測量感溫元件之間的絕緣電阻。

1.3.4熱電阻校準的常見(jiàn)問(wèn)題

（1）校準前，需用數字萬(wàn)用表測熱電阻的通斷，并判定熱電阻是幾線(xiàn)制的。線(xiàn)的多少并不代表就是幾線(xiàn)制。

（2）校準三線(xiàn)制的熱電阻，因為線(xiàn)電阻有很大的影響，新的檢定系統設定自動(dòng)消除線(xiàn)電阻影響，將紅黃兩端分別接同名的兩端，黑白兩端一起接單獨的一端。

（3）校準開(kāi)始前一定要檢測各串口是否連接正常，串口連接不正常則無(wú)法正常工作。

（4）校準100℃點(diǎn)時(shí)，必須選擇油槽，因為系統設定的水槽的報警溫度是40℃，溫度超過(guò)40℃時(shí)會(huì )報警，無(wú)法正常工作。

（5）現有的恒溫系統——標準油槽和制冷恒溫槽是自己控溫而不是軟件系統控制，所以在恒溫油槽和制冷恒溫槽溫度設定時(shí)要加修正值，100℃時(shí)100.4℃、0℃時(shí)0.5℃，否則可能會(huì )造成溫度偏差始終超過(guò)2℃，溫場(chǎng)無(wú)法恒定。

（6）標準鉑電阻溫度計保護管為玻璃管，拿的時(shí)候注意輕拿輕放，感溫元件端只能豎拿或者平拿，不能倒置，從0℃恒溫水槽拿出來(lái)一定要在常溫條件下靜置一會(huì )使標準鉑電阻溫度計恢復到常溫才能放入100℃的標準油槽，否則可能造成玻璃保護管爆裂。

1.4熱電偶熱電阻校準過(guò)程注意事項

（1）熱電阻在保管、運輸、攜帶、安裝、使用及校準時(shí)應避免劇烈碰撞和顛簸。

（2）熱電阻置入測量溫場(chǎng)時(shí)避免驟冷驟熱。

（3）校準時(shí)標準鉑電阻溫度計和被校熱電阻放入制冷恒溫槽、標準油槽或者高溫爐應達到規定置入深度，否則不能保證測量的正確性。

（4）應在熱電阻檢定規程規定的環(huán)境下校準，否則將嚴重影響使用壽命和精度。

2案例分析

2.1故障現象一

對新置熱電阻Pt100進(jìn)行校準，接好線(xiàn)后，串口始終掃描不出來(lái)。

對故障原因進(jìn)行分析，可能原因有：①串口發(fā)生松動(dòng)導致接觸不良；②長(cháng)時(shí)間未使用導致電腦內部或串口處接觸不良；③設備硬件損壞或線(xiàn)路斷裂發(fā)生斷路。

首先考慮串口接觸不良導致的，所以先檢查串口，關(guān)閉電源后，將電腦主機打開(kāi)，檢查內部串口是否松動(dòng)，并取下串口處芯片用乙醇進(jìn)行清理擦拭，再將其裝回，開(kāi)啟電源，重新掃描串口，串口順利掃描出來(lái)。如圖1所示。

   

2.2故障現象二

對四線(xiàn)制熱電阻Pt100進(jìn)行校準，接好線(xiàn)后驗證通道時(shí)，發(fā)現各通道的熱電阻在室溫下的電阻值始終是負值。

故障原因為熱電阻接線(xiàn)錯誤，該自動(dòng)檢定系統測試夾紅黃兩端接同名的兩端，黑白兩端接另一同名兩端。同名端的判定方法為：將數字萬(wàn)用表檔位打到蜂鳴檔，兩測試端分別接觸熱電阻的任意兩端，若出現蜂鳴聲且阻值顯示為0則為同名的兩端；若未出現蜂鳴聲且阻值為對應型號的在室溫下的阻值（如Pt100阻值顯示為110?左右），則為非同名的兩端重新接線(xiàn)，如圖2所示，順利消除故障。

2.3故障現象三

對三線(xiàn)制熱電阻Pt100進(jìn)行校準，接好線(xiàn)后驗證通道時(shí)，發(fā)現各通道的熱電阻在室溫下的電阻值顯示正確，允差校準完成后發(fā)現示值誤差很大，所有一批次校準的熱電阻無(wú)一個(gè)在允差范圍內。

故障原因為熱電阻接線(xiàn)錯誤。因為線(xiàn)電阻有很大的影響，校準過(guò)程中需要換線(xiàn)消除線(xiàn)電阻的影響，新的檢定系統設定自動(dòng)消除線(xiàn)電阻影響，但是必須將紅黃兩端分別接同名的兩端，黑白兩端一起接單獨的一端才能自動(dòng)消除。

重新接線(xiàn)，如圖3所示，順利消除故障。

3結語(yǔ)

在工業(yè)用熱電阻自動(dòng)檢測系統中，校準者需對軟件應用及硬件連接十分熟練，對于校準過(guò)程中發(fā)生的各種情況和現象，通過(guò)多次反復的排查對比，進(jìn)行合理分析，最終得到熱電阻的真實(shí)情況。后續工作中，熱電阻的自動(dòng)檢定系統的開(kāi)發(fā)與研制也將進(jìn)一步升級，最終達到控制自動(dòng)化、校準簡(jiǎn)潔化、結果的水準。