熱電阻的校準(zhǔn)及常見(jiàn)故障分析

摘要：介紹了熱電阻元件測(cè)溫原理，參照相關(guān)檢定規(guī)程和有關(guān)校準(zhǔn)技術(shù)要求及設(shè)備，論述了熱電阻校準(zhǔn)用裝置、校準(zhǔn)項(xiàng)目、校準(zhǔn)步驟、校準(zhǔn)常見(jiàn)問(wèn)題；結(jié)合常見(jiàn)熱電阻類(lèi)型和現(xiàn)有校準(zhǔn)設(shè)備，根據(jù)實(shí)際校準(zhǔn)過(guò)程中的問(wèn)題，總結(jié)注意事項(xiàng)；針對(duì)自動(dòng)檢定系統(tǒng)無(wú)法掃描串口、熱電阻校準(zhǔn)時(shí)驗(yàn)證通道時(shí)電阻值為負(fù)值，三線(xiàn)制熱電阻校準(zhǔn)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(yīng)即金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加的特性進(jìn)行溫度測(cè)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(duì)應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。

1熱電阻元件校準(zhǔn)

1.1熱電阻校準(zhǔn)用裝置

（1）標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)，二等，用于比較法校準(zhǔn)時(shí)參考標(biāo)準(zhǔn)；

（2）數(shù)字多用表，A級(jí)以上用0.005級(jí)以上，B級(jí)以下用0.03級(jí)以上，用于測(cè)量熱電阻和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻電阻值；

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

（4）恒溫水槽，U≤0.04℃，k＝2，產(chǎn)生0℃的恒溫裝置；

（5）標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量絕緣電阻。

1.2熱電阻校準(zhǔn)項(xiàng)目

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

   

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

1.3熱電阻校準(zhǔn)步驟

1.3.1外觀檢查

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

（2）感溫元件不得破裂，不得有明顯的彎曲現(xiàn)象；

（3）根據(jù)測(cè)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(jí)和AA級(jí)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(hù)套管上或在其所附的標(biāo)簽上至少應(yīng)有類(lèi)型代號(hào)、標(biāo)稱(chēng)電阻值R0、工作溫度范圍、感溫元件數(shù)、允差等級(jí)、制造商名或商標(biāo)、生產(chǎn)年月。

1.3.2允差校準(zhǔn)

日常工作中，采用溫度自動(dòng)檢定系統(tǒng)對(duì)熱電阻進(jìn)行校準(zhǔn)，判定熱電阻型號(hào)及為幾線(xiàn)制；開(kāi)啟制冷恒溫槽和標(biāo)準(zhǔn)油槽，設(shè)定校準(zhǔn)點(diǎn)溫度；把標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)（Pt25，標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)，設(shè)置好廠家、編號(hào)、校準(zhǔn)編號(hào)等，選定標(biāo)準(zhǔn)器，點(diǎn)檢定；根據(jù)驗(yàn)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(yàn)證通道，接線(xiàn)正確后開(kāi)始校準(zhǔn)，得到0℃時(shí)的電阻值R0；把標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)放入套有玻璃管的標(biāo)準(zhǔn)油槽（+35～+300℃），接好線(xiàn)；把被校熱電阻放入標(biāo)準(zhǔn)油槽，接好線(xiàn)；檢定點(diǎn)選擇100℃，選油槽，檢定，驗(yàn)證通道；根據(jù)驗(yàn)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(yàn)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(zhǔn)上限值，上限值超過(guò)300℃的校準(zhǔn)300℃點(diǎn)；校準(zhǔn)結(jié)束后，將所有控溫儀歸零并設(shè)置為待機(jī)狀態(tài)。

1.3.3絕緣電阻測(cè)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(yīng)與熱電阻的保護(hù)管連接，測(cè)量原件與保護(hù)管之間的絕緣電阻；有兩個(gè)感溫元件的熱電阻，還應(yīng)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(cè)量感溫元件之間的絕緣電阻。

1.3.4熱電阻校準(zhǔn)的常見(jiàn)問(wèn)題

（1）校準(zhǔn)前，需用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)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(zhǔn)三線(xiàn)制的熱電阻，因?yàn)榫€(xiàn)電阻有很大的影響，新的檢定系統(tǒng)設(shè)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(dú)的一端。

（3）校準(zhǔn)開(kāi)始前一定要檢測(cè)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(zhǔn)100℃點(diǎn)時(shí)，必須選擇油槽，因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)定的水槽的報(bào)警溫度是40℃，溫度超過(guò)40℃時(shí)會(huì)報(bào)警，無(wú)法正常工作。

（5）現(xiàn)有的恒溫系統(tǒng)——標(biāo)準(zhǔn)油槽和制冷恒溫槽是自己控溫而不是軟件系統(tǒng)控制，所以在恒溫油槽和制冷恒溫槽溫度設(shè)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(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)恢復(fù)到常溫才能放入100℃的標(biāo)準(zhǔn)油槽，否則可能造成玻璃保護(hù)管爆裂。

1.4熱電偶熱電阻校準(zhǔn)過(guò)程注意事項(xiàng)

（1）熱電阻在保管、運(yùn)輸、攜帶、安裝、使用及校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)避免劇烈碰撞和顛簸。

（2）熱電阻置入測(cè)量溫場(chǎng)時(shí)避免驟冷驟熱。

（3）校準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)和被校熱電阻放入制冷恒溫槽、標(biāo)準(zhǔn)油槽或者高溫爐應(yīng)達(dá)到規(guī)定置入深度，否則不能保證測(cè)量的正確性。

（4）應(yīng)在熱電阻檢定規(guī)程規(guī)定的環(huán)境下校準(zhǔn)，否則將嚴(yán)重影響使用壽命和精度。

2案例分析

2.1故障現(xiàn)象一

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

對(duì)故障原因進(jìn)行分析，可能原因有：①串口發(fā)生松動(dòng)導(dǎo)致接觸不良；②長(zhǎng)時(shí)間未使用導(dǎo)致電腦內(nèi)部或串口處接觸不良；③設(shè)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(dǎo)致的，所以先檢查串口，關(guān)閉電源后，將電腦主機(jī)打開(kāi)，檢查內(nèi)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(xiàn)象二

對(duì)四線(xiàn)制熱電阻Pt100進(jìn)行校準(zhǔn)，接好線(xiàn)后驗(yàn)證通道時(shí)，發(fā)現(xiàn)各通道的熱電阻在室溫下的電阻值始終是負(fù)值。

故障原因?yàn)闊犭娮杞泳€(xiàn)錯(cuò)誤，該自動(dòng)檢定系統(tǒng)測(cè)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(shù)字萬(wàn)用表檔位打到蜂鳴檔，兩測(cè)試端分別接觸熱電阻的任意兩端，若出現(xiàn)蜂鳴聲且阻值顯示為0則為同名的兩端；若未出現(xiàn)蜂鳴聲且阻值為對(duì)應(yīng)型號(hào)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(xiàn)象三

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

故障原因?yàn)闊犭娮杞泳€(xiàn)錯(cuò)誤。因?yàn)榫€(xiàn)電阻有很大的影響，校準(zhǔn)過(guò)程中需要換線(xiàn)消除線(xiàn)電阻的影響，新的檢定系統(tǒng)設(shè)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(dú)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(jié)語(yǔ)

在工業(yè)用熱電阻自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，校準(zhǔn)者需對(duì)軟件應(yīng)用及硬件連接十分熟練，對(duì)于校準(zhǔn)過(guò)程中發(fā)生的各種情況和現(xiàn)象，通過(guò)多次反復(fù)的排查對(duì)比，進(jìn)行合理分析，最終得到熱電阻的真實(shí)情況。后續(xù)工作中，熱電阻的自動(dòng)檢定系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研制也將進(jìn)一步升級(jí)，最終達(dá)到控制自動(dòng)化、校準(zhǔn)簡(jiǎn)潔化、結(jié)果的水準(zhǔn)。