減小濕熱滅菌器溫度偏差的方法

[摘要]熱電阻產生誤差的情況大致分為引線電阻誤差、接線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類影響溫度的情況，分別對這6類影響進行分析與處理，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說，通常采用121℃的工藝進行滅菌。這樣的溫度，相對于檢測溫度的溫度檢測儀來講并不算高，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。市場上常見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上升,稱為正電阻系數;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系見表2。
 
　　設備通過向熱電阻通電，從而采集熱電阻通過的電流來判斷當前溫度。因為熱電阻的阻值變化與溫度變化之間規律是固定的，因此市場上有專門采集RTD的溫度模塊，通過這種專用模塊中采集的信號進行計算出的溫度值會更加正確。雖然在實驗室條件下模塊檢測到的電阻值和計算值是正確的，然而在工業環境下周邊的溫度濕度以及導線等都不能與實驗室相比，這使得最終結果會出現誤差和一定的偏差;以及其他不正確的情況發生，導致最終的溫度不正確。
1引線電阻誤差
　　在實際使用的電器元件中沒有絕對的理想原件(原件沒有電阻，沒有干擾因素等)，導線也不例外，導線也有電阻值。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距離必須要做的很長。這時就需要解決方案，提到減小導線電阻的方法時，最重要的一點是熱電阻的接線方式，接線方式的不同會帶來不同的偏差值，常規的熱電阻有4根接線端，按照接線方式分為二線制、三線制、四線制接法。
(1) 二線制:二線制是在熱電阻的兩端各連接--根導線來引出電阻信號的方式。這種引線方法簡單，但由于連接導線必然存在引線電阻，整個電路的電阻是熱電阻的電阻值加.上兩段導線電阻的電阻值，這樣接線測量誤差大,誤差的大小與導線的材料和長度的因素有關，如圖1所示。
 
(2)三線制:三線制是在熱電阻根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根弓|線的方式。這種方式通常與電橋配套使用，兩個導線分別接在電橋的兩個橋背，上，另一根線接在電橋的電源上，消除了引線電阻的誤差，可以較好消除引線電阻的影響，如圖2所示。
 
(3)四線制:四線制是在熱電阻根部兩端各連接兩根導線的方式，其中兩根引|線為熱電阻提供恒定電流I,把R轉換成電壓信號U,再通過另兩根引|線把U弓|至二次儀表。這種弓|線方式可完全消除引|線的電阻影響，如圖3所示。
 
　　通過以上介紹，四線制接法可以很好的解決以上問題。由于導線越長，導線電阻阻值越大，通過四線制的方法即使接線長度較長也可以消除導線電阻誤差產生的影響。
2接線接頭連接處電阻
　　與導線電阻誤差不同的是，接線端子之間也會產生電阻。導線電阻只要材料相同，單根接線距離相同的情況下通過四線制接法的溫度傳感器可抵消電阻誤差，可是接線端子不同，不同的金屬材料，不同的端子長度寬度都會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連接端子的使用，具體方案如下。
首先，定制足夠長引|線的溫度傳感器，避免接線不夠長需要額外增加延長線的情況。
　　其次，接線引入電氣箱后建議不要中間轉接線，而是直接接人到溫度采集模塊中。整條線路僅在傳感器模塊部分使用一次接線端子，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;經過滅菌器狹窄空間時，滅菌車非常重，在滅菌器內通過時很容易將傳感器的延長線壓斷，或被滅菌物品為玻璃容器，難免會有破碎的情況在設備運行時這部分碎屑會劃破傳感器的延長線，導致露出導線。由于濕熱滅菌器是高溫高濕的環境，如果密封材料被損壞潮濕環境會伴隨導線進人溫度檢測模塊，導致測量不正確，甚至會燒壞電子元件。經過以上因素分析，給出以下建議。
(1)可以選用金屬包裝的熱電阻來代替硅膠或FEP材料的密封保護。
(2)可以選用無線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品進出的干擾，也不會被擠壓或劃傷。
4自熱效應
　　溫度電阻會對流入的電流會做功，電阻做功的方式只有產生熱量。而這部分熱量又不容易散發出去就會產生溫度波動從而影響電阻阻值產生變化，這種現象稱之為自熱效應。自熱效應的產生是必不可少的，沒辦法去消除或避免。只能盡可能的減少自熱效應產生的熱量來盡可能的正確測量。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用功產生，這樣就需要良好、穩定的電源，以避免過多的電流波動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常溫環境中，這樣可以延長電源的壽命。
(2)設備電源盡可能獨立接電，以防止其他設備啟動導致電壓的突降，這種波動會嚴重損耗電源壽命。
5原件漂移
　　元器件的老化會導致電阻值的變化，線路中電壓電流大幅度波動時產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:無法避免的，只能定期進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量過關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，儒要將信號線等微弱電流的導線與動力線以及電源線等保持足夠遠的距離，要保證交流電與直流電盡可能分開走線，三相動力線更要遠離控制箱;如果條件準許，可以將控制系統電源與動力系統電源分為兩個電源單獨連線。
6噪聲和分辨率
　　電路噪聲隨處可見，又無可避免，這種微小的浮動干擾很難被檢測出來。電路噪聲的出現是伴隨時間隨機出現的，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過濾掉，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行雜波的剔除，這樣在模擬量信號與數字量信號轉換時可以分析出更正確的傳感器數值。但數字濾波處理過程時間較長是其一大缺陷。
7結束語
　　通過以上六點的分析并進行相應改進，可以減小或消除這一類溫度傳感器(熱電阻)的溫度偏差和干擾，后續對設備定期進行維護，并隨時觀察溫度的差異情況，設備運行穩定。