提高鉑熱電阻測量精度方法及在水電站應(yīng)用

摘要:鉑熱電阻是低溫測量中應(yīng)用最為廣泛的一種工業(yè)測溫元件。介紹了鉑熱電阻測量溫度的原理和提高測量精度的方法，以及鉑熱電阻三線制接法在水電站機(jī)組溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一-種溫度檢測元件，其特點(diǎn)是抗震動(dòng)，測量精度高,性能穩(wěn)定,在工業(yè)測溫領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。熱電阻由純金屬材料制成,目前應(yīng)用最多的是鉑(PO和銅(Cu),其中鉑熱電阻的測量精度是最高的。本文簡要介經(jīng)利用鉑熱電阻測量溫度的基本原理，以及提高測量精度的方法，并介紹其在水電站測溫系統(tǒng)中的應(yīng)用。
1鉑熱電阻溫度測量的原理
　　鉑熱電阻是利用鉑絲的電阻值，隨著溫度的變化而變化這--基本原理設(shè)計(jì)和制作的。對(duì)于鉑熱電阻的命名，我國采用的是國際電工委員會(huì)(IEC)關(guān)于熱電阻分度號(hào)的標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)以表格的形式(簡稱分度表,即溫度一電阻關(guān)系表) ,規(guī)定了每種熱電阻在相應(yīng)測量范圍內(nèi)每一個(gè)溫度點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的電阻值,并以對(duì)應(yīng)于0℃時(shí)的電阻值R0為熱電阻命名代號(hào)，也叫分度號(hào)。在工程實(shí)際中用得最多的是R0= 100Ω,分度號(hào)為Pt 100，根據(jù)國際溫標(biāo)ITS-90的規(guī)定,其測溫范圍為-200-850℃，對(duì)應(yīng)- 200℃時(shí), Ro= 18.52Ω; 100℃時(shí), Ro= 138.51Ω , 850℃時(shí)，R0= 390.84Ω在測量范圍內(nèi)，鉑熱電阻的阻值與溫度呈近似直線的非線性關(guān)系,即
 
　　式(1)中: Rt表示溫度為tC時(shí)鉑熱電阻阻值, Ω;R0表示溫度為0℃時(shí)鉑熱電阻阻值,Ω;t表示工作溫度,℃;a、β為常數(shù)。對(duì)于鉑熱電阻Pt 100,式(1)中的常數(shù)為: R0=100Ω，
a =3.90802x 10^-3C^-1, β= -5.802X 10^-7C^-2
　　為把反映溫度高低及變化的鉑電阻阻值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào),并用儀表指示出來，一般采用如圖1所示的直流電橋來實(shí)現(xiàn)溫度的簡單測量。圖中R1,R2,R3 和Rt組成一個(gè)平衡電橋,R1= R2= R3= 100Ω, Rt為Pt100鉑電阻,A為檢流計(jì)。當(dāng)測量的環(huán)境溫度為0℃時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài),檢流計(jì)的指示IA為零。當(dāng)溫度變化時(shí)，Rt的值隨著溫度的變化而變化,電橋也失去平衡，此時(shí)可根據(jù)Us和IA的值,利用戴維南定理求出R的計(jì)算公式如下:
 
　　利用式(2)求出Rt值后再根據(jù)式(1)或Pt100 熱電阻的分度表求出對(duì)應(yīng)的溫度值。如果將圖1電橋中的Uco經(jīng)過運(yùn)算放大和AD轉(zhuǎn)換后，可直接由計(jì)算機(jī)裝置采集Uco值并求出R 值和對(duì)應(yīng)的溫度值。
2提高鉑熱電阻溫度測量精度的方法
　　在圖1中，鉑熱電阻經(jīng)兩根連接導(dǎo)線接至電橋的BC兩點(diǎn)，考慮到連接導(dǎo)線本身存在阻值，而且會(huì)隨著連接導(dǎo)線越長而越大，導(dǎo)線電阻又難以測得,且在電橋中會(huì)被計(jì)入到熱電阻阻值中，因此,采用圖1的接線方式會(huì)因應(yīng)用場合不同,連按導(dǎo)線長短不一樣，而使測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差。如在100℃時(shí)Pt100熱電阻率為0.379/℃,此時(shí)若連接導(dǎo)線的電阻值為2Ω, 則會(huì)引起5.3℃的測量誤差。為提高鉑熱電阻溫度測量的精度，工業(yè)上常用三線制或四線制的熱電阻接線方法。