淺談熱電阻測溫精度分析與使用

摘要:主要介紹熱電阻溫度計的工作原理、測溫系統、用途、分類等基本內容,對熱電阻溫度計在使用過程中出現的不同種類誤差做了較為詳盡地分析,并提出了熱電阻使用過程中應該注意的一些問題。
引言
      電阻溫度計,也稱為電阻溫度探測器(RTDs),是一種使用已知電阻隨溫度變化特性的材料所制成溫度傳感器。常用的電阻溫度計都采用金屬絲繞制成的感溫元件,主要有鉑電阻溫度計和銅電阻溫度計,在低溫下還有碳、鍺和銠鐵電阻溫度計。鉑電阻溫度計是目前精確的溫度計,溫度覆蓋范圍約為13.81~903K,其誤差不大于萬分之一.攝氏度，它是能復現國際實用溫標的基準溫度計"。由于熱電偶在低溫范圍中產生的熱電勢小，因而對測量儀表要求嚴格，而采用熱電阻溫度計測量低溫是很適宜的。
1電阻溫度計的工作原理
       熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。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。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。
金屬熱電阻的電阻值和溫度關系式為
Rt=Re[1+α(t-t0)]
式中,Rt為溫度t時的阻值;Re為溫度t0(通常t=0C)時對應電阻值;a為溫度系數。
半導體熱敏電阻的阻值和溫度關系為
R.=AeBM
式中,R,為溫度為t時的阻值;A、B取決于半導體材料的結構的常數。
2熱電阻測溫系統的組成

       熱電阻測溫系統(圖1)一般由熱電阻、連接導線和顯示儀表等組成21。
必須注意以下兩點:
(1)熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致。
(2)為了消除連接導線電阻變化的影響,必須采用三線制接法。
3誤差分析
對于一般的熱電阻側溫系統,其誤差組成如下:
(1)熱電阻分度誤差01。標準化的熱電阻分度表是對同一型號熱電阻的電阻溫度特性進行統計分析的結果，而對具體使用的熱電阻體往往因材料純度、制造工藝有所差異,這就形成了熱電阻分度誤差[3]。分度誤差大小不能超過表1的規定數值。

(2)自熱誤差△2。這是由于測量過程中電流流經熱電阻時產生溫升而引起的附加誤差。它與電流大小及傳熱介質有關。我國工業上使用的熱電阻限制電流一般不超過6mA,這時把熱電阻置于冰點槽中，則熱電阻的自熱誤差不超過0.1℃。
(3)線路電阻變化帶來的誤差△3。當環境溫度變化10℃,導線電阻變化為5Ω,則二線制接線誤差為2℃,三線制接線為0.1℃。此外,引線電阻.連接導線的阻值變化也將引起誤差。
(4)顯示儀表的基本誤差△4。XMT-102型數字溫度指示儀精度為0.5級，基本誤差是量程范圍的0.5%。
(5)其他誤差05。這是指除上述誤差以外的,由屏蔽絕緣不良、插入深度不夠、熱電阻劣化等所引起的誤差為
例如測溫系統采用Pt100熱電阻元件,XMT--102量程為0~600℃.被測溫度示值為400℃,則各項誤差為:
△1=±(0.3=0.05t)=±2.3℃
△2=±0.1℃.
△3=0.19℃
△4=±(0.005×600)=±3℃
△5=±(0.001×600)+0.6℃
對于三線制測溫總誤差為:

4熱電阻測溫應注意的問題
(1)使用熱電阻前必須檢查它的好環,簡易的檢查方法是將熱電阻從保護管中抽出,用萬用表測量其電阻。斷路和短路是很容易判斷的,可用萬用表的“×1Ω"檔,如.測得的阻值小于R0，則可能有短路的地方;若萬用表指示為無窮大，則可斷定電阻體已斷路。若萬用表讀數比R0的阻值偏高一些,說明該熱電阻是正常的51。
(2)為保證測量精度,應在經過充分接觸換熱,即
約為時間常數的5~7倍以后再開始測量。為了減少熱電阻的時效變化,應盡可能避免處于溫度急劇變化的環境。
(3)在測量熱電阻時,需要通以電流,雖然電流增大可以提高靈敏度,但電流過大會引起電阻發熱,而造成測量誤差，所以熱電阻使用時電流受到限制。
(4)熱電阻測量時,其插人深度不小于熱電阻保護管外徑的8~10倍,盡可能使熱電阻受熱部分增長。同時熱.電阻盡可能垂直安裝，以防在高溫下彎曲變形。
(5)熱電阻在使用中為了減小輻射熱和熱傳導所產生的誤差,應盡量使保護套管表面和被測介質溫度接近，減小熱電阻保護套管的黑色系數。
(6)如果引線間或者絕緣體表面.上附著有水滴或灰塵時,將使測量結果不穩定并產生誤差。因此，平常使用時應注意熱電阻的防水、防濕、防寒等要求。
5結束語
       總之在熱電阻測溫過程中,為保證溫度儀表的正確可靠運行，除對上述提出的問題外，還應對儀表本身進行認真檢修,對測溫元件、連接線路以及切換開關的安裝應符合相應的規范，不論那一個環節出現差錯都會產生很大的測量誤差,影響工作人員的判斷,甚至不能工作。