熱電阻測量誤差與集中供熱系統常見故障分析

　　熱電阻是中低溫區常用的一種溫度檢測器，因其具備測量精度高、性能穩定等優勢,已被當作數字化溫度測量的主要工具,廣泛應用于集中供熱系統中。目前,多數集中供熱企業換熱機組均將熱電阻作為數字化測溫工具。溫度數據是智能控制系統重要的基礎數據之一,直接反映了供熱效果,熱電阻測量的準確性至關重要。
1熱電阻元件測溫原理
　　金屬導體的一般特性如下:當溫度升高時,其自身電阻值也隨之升高,根據這一特性,可以依據測量金屬導體溫度的電阻值從而計算出所處環境的溫度值，一般可以用以下關系式表示。
 
　　式中:Rt為熱電阻在某一溫度時的點阻值;Rt0為溫度0℃時對應電阻值;α為溫度系數。α值可由式(2)計算得出.
 
2熱電阻測量誤差與減小方式
2.1熱電阻測量誤差
(1)傳熱誤差。測量熱電阻溫度時,一般情況被測介質只要與環境溫度存在熱量差，就會通過熱電阻與環境產生一定的熱量交換，從而引起測量誤差，被測介質與環境溫度相差越大,誤差值就會隨之增大。
(2)焦耳熱誤差。測量熱電阻阻值時,要通過一定的電流，因此電阻就會產生熱量,熱電阻本身溫度升高會引起溫度測量的附加誤差，這就是焦耳熱誤差。一般情況下,這項誤差是很小的,約0.1℃,被測介質溫度越低,焦耳熱造成的誤差也會越大。
(3)精度誤差。根據前文所述，可以通過測量熱電阻的阻值,運用公式計算得出某待測介質的實時溫度。然而在實際生產運行中，熱電阻的電阻/溫度關系和標準的分度表存在一定的差值。相同精度等級下，隨著溫度升高,阻值誤差和溫度誤差都有所提升;相同溫度下精度等級越低,產生的誤差就越大。
(4)導線電阻誤差。由熱電阻測溫原理可知,單獨的熱電阻無法完成整個測溫過程，因此需要利用相應的智能控制終端與之配套,以提供電壓源、測量電阻阻值和顯示計算溫度結果,這就需要使用導線將二者連接。熱電.阻正是通過測量電阻變化來計算溫度的精密儀器,其對電阻變化相對敏感,導線上的電阻也會參與溫度的計算之中。
　　由于在熱電阻的實際安裝使用過程中，集中控制器與熱電阻測量點一.般都會存在一定距離，因此在測量時會將熱電阻導線長度產生的電阻值計算在內，這一部分電阻是未知的且隨環境溫度變化,造成測量誤差。這種接線方法雖然很簡單,但由于導線存在電阻影響計量結果，這種接線方式將大大增加熱電阻的測量誤差，因此這種接線方式只適用于測量精度要求較低的場合。
2.2減小測量誤差的方式
　　測量誤差可以分為電阻自身因素產生的誤差和外部因素產生的誤差兩種。自身因素產生的測量誤差是熱電阻本身特質屬性引起的，無法通過改變外界條件而大幅降低，而外部因素產生的測量誤差則可以通過一些補償措施、運用技術手段將誤差降至最低，甚至完全消除。
(1)減小自身因素產生的誤差。①焦耳熱誤差其大小因流過的電流大小而不同,這個誤差無法消除,只能限制溫升的數值。為了減小焦耳熱誤差,在工業上使用金屬熱電阻,一般要求限制電流小于6mA(一般取3mA),對于導熱性能較差的半導體電阻和碳電阻溫度計，限制電流在微安數量級。與此同時,通過選擇如鉑金屬等高品質的金屬材料作為熱電阻的制作原料，即可減小熱電阻本身產生的焦耳熱,從而減小焦耳熱誤差。②在實際使用熱電阻的過程中,可以根據不同的測溫環境狀況、精度等級要求以及成本控制需求，根據實際情況選擇不同精度等級的熱電阻。精度等級越高的熱電阻其測溫結果就越精確,而其對使用環境的要求以及購置成本也就相對越高，在條件允許的前提下選擇高精度等級的熱電阻，可以降低精度誤差對測溫結果產生的影響。
(2)減小外部因素產生的誤差。①測點的安裝布局和溫度測量方式的選擇會較大程度上影響傳熱誤差，為了降低傳熱誤差造成的影響，可以通過-.些措施以減少與周圍環境之間的熱量傳遞。比如,可以在安裝有熱電阻的管道上加強管壁保溫措施,減小管壁像外界散熱量。②在使用傳統的二線制接線方法測量熱電阻的阻值時，由于導線電阻存在，無法避免地會引起比較大的導線電阻誤差。除通過改變導線材質和長度來減小導線電阻誤差之外.,還可以采用改變外部接線,使用技術手段和等效計算對導線電阻進行補償和抵消的方法來降低導線電阻誤差。
　　第一,三線制接線法。在一個熱電阻元件的兩顆引出線中,選擇一根引出線連接-顆導線,另一根引出線連接兩顆導線，一共引出三顆導線的接線方法稱為三線制接法,這種方法是-般采用電橋進行測量。測量過程中,將一顆導線連接至電橋的電源點，另外兩根導線連接至電橋的兩個橋臂上，當三顆導線電阻值一致時就可以對導線線路自身的電阻值忽略不計，從而消除導線電阻造成的測量誤差。
 
　　由式(3)可以看出,三線制接法中,導線電阻的變化不會對測量結果產生影響。但是三線制接法可以消除導線電阻影響的前提是,三條導線的電阻完全相等,否則不可能完全消除導線對電阻的影響。但是分析可見,采用三線制接法會顯著減小導線電阻造成的誤差。
　　第二,四線制接線法。在熱電阻元件的兩顆引出線上分別連接兩顆導線，一共引出四顆導線的接線方法稱為四線制接法。引出的四顆導線其中兩顆為熱電阻提供電流,把測量電阻值轉換為測量電壓值,再通過另兩顆引出線把測量的電壓信號引至二次儀表，這種接線方法可以將引出導線的電阻影響幾乎完全消除。
　　四線制接線法是熱電阻測溫理想的接線方式，熱電阻的電阻值Rt可由式(4)表示:
 
　　由此可知,四線制接線法測量電阻時,計算過程與導線電阻無任何關系，因此這種接線方式不需要考慮導線長度及導線長度和電阻是否相等，四線制接線法不受連接導線的電阻影響，可以完全消除導線電阻引起的測量誤差。
3集中供熱系統常見故障
3.1顯示儀表指示值比實際值低
　　根據電阻與溫度的線性關系可以看出,顯示值比實際值低是因為電阻值比實際應測得的電阻值偏小,那么可以根據這個原理查找造成電阻減小的原因來排除故障。
(1)熱電阻元件在被測介質中的插深不足,或沒有完全浸沒在被測介質中。針對此類問題可以根據被測介質的實際情況,選擇使用合適尾長的熱電阻器件,安裝時保證熱電阻與被測介質充分接觸。另外,應及時清理保護套管內的污物,防止對熱電阻測量電路造成影響,減小測量電阻值。
(2)保護套管內積水。在換熱站中經常由于管道施工,導致管道內存水流出,進入熱電阻套管內。發現問題時，應及時清理套管內的積水并通過措施使其套管內完全干燥。
(3)熱電阻引線間短路或對地短路。當發現熱電阻引線間短路或對地短路時,可以使用萬用表檢查測量,從而找到短路或接地部位并加以消除。如發現短路部分在熱電阻內部，則應更換熱電阻。
3.2測量值比實際值偏大
　　同樣地,根據熱電阻測溫原理,顯示值比實際值偏大是因為測量電阻值比實際熱電阻值偏大，那么就可以推斷其偏大原因并予以修正。
(1)熱電阻引出線發生斷路。如經檢查發現引出線至測量儀表之間發生斷路,可以用萬用表檢查,找出斷路部位后,按照規范的接線方法連接固定,如經檢查發現為熱電阻內部斷路,應更換熱電阻。
(2)熱電阻虛接。熱電阻接線端子虛接或接觸不良時應檢查接線端子及導線,去除氧化部分,同時緊固接線端子,防止故障再次發生。
3.3顯示儀表指示負值或示值不穩
(1)熱電阻測量回路接線錯誤。處理方法為使用萬用表檢查熱電阻回路,恢復正確接線順序。
(2)熱電阻測量回路有干擾。集中供熱系統中電氣系統眾多,包括各種信號傳輸、采集設備以及高壓設備,尤其是變頻器,將對周邊信號傳輸造成極大的干擾,因此也會對熱電阻的測量造成干擾。當發生信號干擾時,可以通過熱電阻測量回路使用屏蔽電纜，并將電纜屏蔽層可靠接地，并適當增大與動力電纜之前的距離或增強隔離等.措施。
4結束語
　　在選擇熱電阻時,要考慮測量的精度要求、使用環境等因素,根據實際需要選擇合適的熱電阻元件、精度等級及熱電阻尺寸型號等。在達到測量要求的基礎上盡可能降低購置成本。在接線方式上,三線制具有測量誤差小、接線工作量、線纜成本較四線制接線法成本低等優勢,因此在工業上一般采用三線制的接線方法。隨著科技的發展,熱電阻的測量精度將逐步提高,減小測量誤差的技術也將更豐富。此外,在安裝和使用熱電阻的過程中，要按照規程操作,盡量避免故障和數據錯誤。