热电阻元件测温原理与故障分析

热电阻元件测温原理与故障分析

0 引言

热电阻是中低温区常用的一种测温元件，在火力发电机组应用十分广泛，了解热电阻的工作原理并将其应用到实际生产中，对保证热工测量的准确可靠具有重要意义，本文通过介绍热电阻元件测温原理，结合现场实际应用，进行常见故障分析。

1 热电阻元件测温原理及材料

1.1热电阻元件测温原理

热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，再通过测量电桥转换成电压信号送至显示仪表指示或记录被测温度就可以测量出温度。

金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即

Rt=Rt0[1+α(t-t0)]

式中，Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0(通常t0=0℃)时对应电阻值;α为温度系数。

1.2热电阻元件的材料

从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这个性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求：尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大（在同样灵敏度下减小传感器的尺寸）、在使用的温度范围内具有稳定的化学物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有间值函数关系（最好呈线性关系）。

目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150℃易被氧化。

1.3热电阻元件的特点

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

2 热电阻的分类

2.1按热电阻元件的材料分类

目前应用最多的是铂热电阻和铜热电阻，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。其中最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等几种，它们的分度号分别为Pt10、Pt100、Pt1000；铜电阻有R0=50Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号为Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的应用最为广泛。

2.2按热电阻元件的结构特点分类

1）普通型热电阻：通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成，具有测量精度高，性能稳定可靠等优点。实际运用中以Pt100 铂热电阻运用最为广泛。

2）铠装热电阻：由感温元件、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它有下列优点：体形细长，热响应时间快，抗振动，使用寿命长等优点。

3））隔爆型热电阻：隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把接线盒内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。

4）端面热电阻：端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝缠绕制成，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量表面温度。

3热电阻的结构形式

如图1所示热电阻一般由测温元件（电阻体或电阻丝）、保护管和接线盒三部分组成。

图1热电阻结构图

4热电阻测温系统的组成及连接方式

4.1热电阻测温系统的组成

热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。

4.2热电阻测温系统的连接方式

目前热电阻的引线主要有三种方式

1）二线制：在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

2）三线制：在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。

3）四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

4.3热电阻测温系统如何减少线路电阻的影响

热电阻测温系统采用三线制可以减少或消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线(从热电阻到中控室)也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，消除了导线线路电阻带来的测量误差。

5热电阻的主要技术性能

表1热电阻的主要技术性能

6热电阻测温常见故障分析

6.1热电阻测温常见故障现象、原因及处理方法

6.1.1显示仪表指示值比实际值低或示值不稳

故障原因1：热电阻元件插深不够，没有顶到保护套管端部。

处理方法：

1）查明套管长度，选用合适长度的热电阻元件，安装时保证热电阻元件顶到套管端部。

2）清理保护套管内的铁屑、灰尘

故障原因2：保护套管内积水。

处理方法：

1）清理保护套管内的积水并将潮湿部分加以干燥处理。

2）保护套管做好密封措施，防止再次进水。

故障原因3：热电阻测量回路短路或接地。

处理方法：

1）如外回路短路或接地，用万用表检查短路或接地部位并加以消除。

2）如热电阻元件内部短路或接地，应更换热电阻。

6.1.2显示仪表指示偏大

故障原因1：热电阻测量回路断路

处理方法：

1）如外回路断路，用万用表检查断路部位并加以消除。

2）如热电阻元件内部断路，应更换热电阻。

故障原因2：热电阻接线端子虚接或接触不良

处理方法：

1）检查接线端子及导线，去除氧化部分;

2）紧固接线端子。

6.1.3显示仪表指示负值

故障原因1：热电阻测量回路接线错误

处理方法：

1）使用万用表检查热电阻回路，恢复正确接线顺序。

故障原因2：热电阻测量回路有干扰

处理方法：

1）检查热电阻测量回路应使用屏蔽电缆。

2）检查热电阻测量回路，与动力电缆之间最小距离应符合电缆敷设规定。

3）检查电缆屏蔽应单端可靠接地，接地线应连接牢固可靠。

4）如以上方法仍无法消除干扰，可采取热电阻三相并接电容等抗干扰措施。

6.2现场热电阻测量系统故障处理实例

6.2.1故障现象

秦热公司#6机组电泵出口温度显示为110℃左右，根据同系统其他温度测点判断，指示偏高，观察历史趋势发现温度波动较大。

6.2.2处理方法

1）使用万用表在最远端机柜处测量热电阻测量回路三相之间阻值，分别为132.2Ω、132.2Ω、2.8Ω，与现场实际温度相符。说明热电阻测量回路无短路、断路、端子虚接或接

触不良等情况。

2）使用100V兆欧表检查热电阻测量回路三相之间及三相对地绝缘均在500兆欧以上，说明热电阻测量回路无接地、电缆绝缘良好。

3）使用100V兆欧表接解线检查热电阻测量回路屏蔽线在500兆欧以上，说明测量回路符合单端接地。恢复屏蔽线可靠接地后该温度测点指示仍不正常。基本可以判断故障原因为强电干扰

4）检查测量回路电缆，发现与动力电缆共用一个电缆槽，基本可以判断故障原因为强电干扰。在机柜处三相并接电容后，测点指示恢复正常，故障排除。