提高鉑熱電阻測量精度方法及在水電站應用

摘要:鉑熱電阻是低溫測量中應用最為廣泛的一種工業測溫元件。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組溫度監測系統中的應用。
　　熱電阻是中低溫區最常用的一-種溫度檢測元件，其特點是抗震動，測量精度高,性能穩定,在工業測溫領域獲得廣泛應用。熱電阻由純金屬材料制成,目前應用最多的是鉑(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中的應用。
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--基本原理設計和制作的。對于鉑熱電阻的命名，我國采用的是國際電工委員會(IEC)關于熱電阻分度號的標準,該標準以表格的形式(簡稱分度表,即溫度一電阻關系表) ,規定了每種熱電阻在相應測量范圍內每一個溫度點上對應的電阻值,并以對應于0℃時的電阻值R0為熱電阻命名代號，也叫分度號。在工程實際中用得最多的是R0= 100Ω,分度號為Pt 100，根據國際溫標ITS-90的規定,其測溫范圍為-200-850℃，對應- 200℃時, Ro= 18.52Ω; 100℃時, Ro= 138.51Ω , 850℃時，R0= 390.84Ω在測量范圍內，鉑熱電阻的阻值與溫度呈近似直線的非線性關系,即
 
　　式(1)中: Rt表示溫度為tC時鉑熱電阻阻值, Ω;R0表示溫度為0℃時鉑熱電阻阻值,Ω;t表示工作溫度,℃;a、β為常數。對于鉑熱電阻Pt 100,式(1)中的常數為: 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換為相應的電信號,并用儀表指示出來，一般采用如圖1所示的直流電橋來實現溫度的簡單測量。圖中R1,R2,R3 和Rt組成一個平衡電橋,R1= R2= R3= 100Ω, Rt為Pt100鉑電阻,A為檢流計。當測量的環境溫度為0℃時，電橋處于平衡狀態,檢流計的指示IA為零。當溫度變化時，Rt的值隨著溫度的變化而變化,電橋也失去平衡，此時可根據Us和IA的值,利用戴維南定理求出R的計算公式如下:
 
　　利用式(2)求出Rt值后再根據式(1)或Pt100 熱電阻的分度表求出對應的溫度值。如果將圖1電橋中的Uco經過運算放大和AD轉換后，可直接由計算機裝置采集Uco值并求出R 值和對應的溫度值。
2提高鉑熱電阻溫度測量精度的方法
　　在圖1中，鉑熱電阻經兩根連接導線接至電橋的BC兩點，考慮到連接導線本身存在阻值，而且會隨著連接導線越長而越大，導線電阻又難以測得,且在電橋中會被計入到熱電阻阻值中，因此,采用圖1的接線方式會因應用場合不同,連按導線長短不一樣，而使測量結果產生較大的附加誤差。如在100℃時Pt100熱電阻率為0.379/℃,此時若連接導線的電阻值為2Ω, 則會引起5.3℃的測量誤差。為提高鉑熱電阻溫度測量的精度，工業上常用三線制或四線制的熱電阻接線方法。