三线制热电阻工作原理解析与常见故障分析报告.docx

三线制热电阻传感器的故障分析 摘要 ：热电阻传感器是一种稳定性好、精度高、测量围大的温度传感器，因而被广泛应用。 但是热电阻传感器的连接导线电阻随温度的变化而变化， 对测量结果的影响不容无视。 为了 消除导线电阻的影响， 热电阻测温常采用不平衡电桥式三线制接法， 从而使温度误差得到了 补偿。 关键词 ：热电阻、平衡电桥、三线制 一、 热电阻与热电偶的区别 1.热电阻和热电偶的工作原理 热电偶工作原理是基于赛贝克效应 ,即两种不同热点特性的导体两端连接成回路，如两连 接端温度不同，那么在回路产生热电势的物理现象。它由两根不同导线〔热电极〕组成， 它们的一端是互相焊接的，形成热电偶的测量端〔也称工作端〕。将它插入待测温度的介 质中；而热电偶的另一端 〔参比端或自由端〕那么与显示仪表相连。如果热电偶的测量 端与参比端存在温度差，那么显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。 热电阻是利用金属导体或半导体有温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温 度的，热电阻的受热局部〔感温元件〕是用细金属丝均匀地绕在绝缘材料作成的骨架上或 通过激光溅射工艺在基片形成。 当被测介质有温度梯度时， 那么所测得的温度是感温元件 所在围介质层的平均温度。 2.如何选择热电偶和热电阻 根据测温围选择： 500℃以上一般选择热电偶， 500℃以下一般选择热电阻； 根据测量精度选择：对精度要求较高选择热电阻，对精度要求不高选择热电偶； 根据测量围选择：热电偶所测量的一般指“点 温，热电阻所测量的一般指空间平均温 度。 二．热电阻的二线制原理和三线制原理的区别 1.热电阻的二线制原理 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。 1 / 6 图 1-1 热电阻二线制接法 如图 1-1 所示， 假设现场的可变电阻 RTD 接在电桥的一个桥臂上， 接了电阻 R， 这样在检流计中流过的电流就会随着热电阻阻值的变化而变化。 另外三个桥臂上均 设电源电压为 ， 可变电阻 RTD 的阻值 ， 检流计的电压值为 ，那么计算如下： 〔 1〕 2.热电阻的三线制原理 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， 通常热电 阻采用三线制接法。 采用三线制是为了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局部， 这一局部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，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。 图 1-2 热电阻的三线制接法 同上我们设电源电压为 ，可变电阻 RTD的阻值 ，检流计的电压值为 ，那 么计算如下： 2 / 6 由于分母中 相对于整个电路来说很小，可以忽略不计，因此三线制接法中的检 流计电压 〔2〕 比照〔 1〕式和〔 2〕式，我们不难发现在计算得到的二线制接法的 中分子多了导线的电 阻 ， 因此在实际测量热电阻的温度时就会将导线的电阻计算在，故而对实际的结果造成 误差。所以在实际应用中，三线制热电阻比二线制更加精准，应用也更加广泛。 三．实际应用中三线制热电阻的故障分析 〔1〕 当 DCS画面上显示的热电阻温度波动较为剧烈时， 一般情况下均是接触不良所造成的。 这是因为温度是一种变化比拟缓慢的量， 属于惯性环节。 特别是热容较大的被测对象。 〔如 检测粉仓温度的时候，温度根本上都不会发生剧烈的波动。〕