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第一部分
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器,有两线制、三线制、四线制,主要体现在传感器的结构上不同,主要区别如下:
1、电阻补偿
两线制:没有线路电阻补偿,配线简单,但要带进引线电阻的附加误差。
三线制:有线路电阻补偿,可以消除引线电阻的影响,测量精度高于两线制。
四线制:在热电阻的根部两端各连接的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PLC。这种引线方式可完全消除引线的电阻影响。
2、原理不同
二线制和三线制是用电桥法测量,最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。
四线没有电桥,完全只是用恒流源发送,电压计测量,最后给出测量电阻值。
3、测量精度不同
四线制就是从热电阻两端引出4根线,接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线,测量精度高,需要导线多。
三线制就是引出三线,Pt铂电阻接线时电流回路的参端和电压测量回路的参考为一条线(即检测设备的I-端子和V-端子短接),精度稍好。
两线制就使引出两线,Pt铂电阻接线时接线时电流回路和电压测量回路合二为一(即检测设备的I-端子和V-端子短接、I+端子和V+短接短接),测量精度差。
热电阻的信号连接方式
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。
在工业应用中,测量点一般在现场,而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算,省去2根信号传输导线意味着成本降低近百元!另外四线制变送器和三线制变送器因导线内电流不对称必须使用昂贵的屏蔽线,而两线制变送器可使用非常便宜的的双绞线导线,因此在应用中两线制变送器必然是首选。
两线制输出接线是当前模拟量串口中最先进的输出方式,具有6大优点:
1、不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响,可用非常便宜的更细的双绞线导线;
2、在电流源输出电阻足够大时,经磁场耦合感应到导线环路内的电压,不会产生显著影响,因为干扰源引起的电流极小,一般情况利用双绞线就能降低干扰;
3、电容性干扰会导致接收器电阻有关误差,对于4~20mA两线制环路,接收器电阻通常为Ω(取样Uout=1~5V)这个电阻小到不足以产生显著误差,因此,可以允许的电线长度比电压遥测系统更长更远;
4、各个单台示读装置或记录装置可以在电线长度不等的不同通道间进行换接,不因电线长度的不等造成精度的差异;
5、将4mA用于零电平,使判断输送线8开路或传感器损坏(0mA状态)十分方便;
6、在两线输出口容易增设防浪涌和防雷器件,有利于安全防雷防爆。
第二部分
第三部分
热电阻工作原理结构特点常见故障处理方法
1.热电阻工作原理
热电阻是中低温区常用的一种测温元件,利用物质在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。热电阻的受热部分(感温元件)是用细金属丝均匀的缠绕在绝缘材料制成的骨架上,当被测介质中有温度梯度存在时,所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。
2.热电阻的结构特点:热电阻通常和显示仪表、记录仪表和电子调节器配套使用。它可以直接测量各种生产过程中从-℃至+℃范围内的液体、蒸汽和气体介质及固体表面的温度。(1)WZ系列装配热电阻: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Pt铂热电阻运用最为广泛。(2)WZPK系列铠装铂热电阻:铠装热电阻是由感温元件、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。
热电阻特点:
(1)铂热电阻:铂在氧化性介质中,甚至在高温下,其物理、化学性质稳定,测量精度高,性能稳定。在0℃以上,其电阻与温度的关系接近于直线。但铂的电阻温度系数较小,在还原性介质中易被沾污变脆,改变其电阻温度特性。初始电阻R0=欧
(2)铜热电阻:在-50℃--+℃的温度范围内铜电阻与温度的关系基本为线性。但电阻率较低,电阻体的体积较大,热惯性较大,在℃以上时氧化显著。
3.热电阻常见故障及处理方法
(1)显示仪表示值比实际值低或示值不稳定
可能原因是保护管内有水或接线盒有金属屑、灰尘等。
处理方法:倒出水或消除灰尘,并将潮湿部分进行干燥处理,提高绝缘性能,但不能用火烤。
(2)显示值无穷大
热电阻或引出线断路及接线端子松开等。
处理方法:更换电阻体,或焊接及柠紧接线螺丝等
(3)阻值与温度关系有变化
铂电阻丝材料受腐蚀变质
处理方法:更换热电阻丝
(4)仪表显示值为零或有负值
显示仪表与热电阻接线有错,或热电阻短路
处理方法:改正接线,或找出短路处,加强绝缘
(5)热电阻断路
用万用电表检查断路部位,确定是连接导线还是热电阻断路,如连接导线断路应予修复或更换。
(6)热电阻短路
如热电阻本身短路,应予更换。用万用表检查,确定短路部位,并修复或更换。
还有在安装完毕后对潮湿环境中的热电阻的盖子要周期的打开,并且要防止生锈,以免打不开无法维护。根据PT的温度与阻值之间的关系我们应该有个大概的计算公式O度时对应欧,每增加一欧姆大概增加2.4度(例如:欧所测的温度大概是24度左右,以后用万用表测量时可以做判断比对是否是热电阻本身的问题)。
有的热电阻长期在高温环境中,用的铜导线连接时会有氧化层出现,影响测量值,用砂纸或钳子刮掉后重新接上可恢复。
4.西门子模块端接线和电阻体端接线
PT热电阻随温度的不同其电阻值随之变化。如果有一恒定电流流经该热电阻,该热电阻上电压的下降随温度而变化。恒定电流加在接点Ic+和Ic-上。模拟模块SM在M+和M-测定电压的变化。通过测定电压就可以确定出温度。
四线制接法:
三线制接法:
端子排上的三线制接线:
5.铂电阻的修理及应注意的几个问题
(1)铂丝很细(Φ0.03~0.07mm),修理是要耐心、细心。修理时把铂丝从保护套管中轻轻抽出(当铂丝和陶罐内壁相碰时不能硬拉出来)。
(2)打开扎线后,先检查云母片是否损坏,再查铂丝引出与引出线连接处是否良好,如铂丝断路,可用电压6~8V的电弧焊焊好,如铂丝与银引出线连接处断开,可用电压10~14V的电弧焊焊好。焊好后予以检查是否符合标准并剪去多余部分,以免阻值变化造成测量准确性。
(3)电阻短路故障较少,容易处理,只要找出短路点,用耐热绝缘材料(云母片)加以衬垫绝缘,并用少许漆片胶固,即可修复。
(4)如果要改变电阻体长度,只准改变引出线的长度,不允许改变电阻体部分长度。
(5)经修理恢复后的铂电阻,要经过检定合格后才可再使用。
6、热电阻的安装与注意事项
(1)在管道上安装时,热电阻的感温元件应与被测介质形成逆流,至少应与被测介质流束方向成90°角;同时,应将感温元件总长的1/2放置在最高流速的位置,铂电阻的护套管末端应越过流束中心线50~70mm。
(2)热电阻的插入深度,一般不得小于套管外径的8~10倍,一般不应小于mm。如果插入深度不够,外露部分又空气流通,这样所测出的温度比实际温度低3~4度。
(3)为避免液体、灰尘渗入电阻的接线盒内,应将其接线盒盖朝上,出线孔螺栓朝下,尤其是在有雨水溅洒的场所应特别注意。
第三部分
1、测温原理热电阻(如Pt)是利用其电阻值随温度的变化而变化这一原理制成的将温度量转换成电阻量的温度传感器。温度变送器(PLC的AI模件)通过给热电阻施加一已知激励电流测量其两端电压的方法得到电阻值(电压/电流),再将电阻值转换成温度值,从而实现温度测量。热电阻和温度变送器(PLC的AI模件)之间有三种接线方式:二线制、三线制、四线制。2、二线制如图1。变送器通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I,测得电势V1、V2。
图1
计算得Rt:由于连接导线的电阻RL1、RL2无法测得,而被计入到热电阻的电阻值中,使测量结果产生附加误差。如在℃时Pt热电阻的热电阻率为0.Ω/℃,这时若导线的电阻值为2Ω,则会引起的测量误差为5.3℃。
3、三线制是实际应用中最常见的接法。如图2,增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差。三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同,使三根导线的电阻值相同,即RL1=RL2=RL3。通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I,测得电势V1、V2、V3。导线L3接入高输入阻抗电路,IL3=0。
图2
热电阻的阻值Rt:由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。
4、四线制是热电阻测温理想的接线方式。如图3,通过导线L1、L2给热电阻施加激励电流I,测得电势V3、V4。导线L3、L4接入高输入阻抗电路,IL3=0,IL4=0,因此V4-V3等于热电阻两端电压。
图3
热电阻的电阻值:由此可得,四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响
5、常见三线制Pt热电阻的结构
三线制电阻杆的示意图如图4所示,电阻体的一端引出一根引线,我们称为A线,另一端引出两根引线,称为B线和C线。
A线、B线和C线引入接线盒内并分别接在标有A、B和C(或B,b)的接线端子上。
当来自PLC的三根信号电缆一一对应的接到这三个端子上时,随温度变化的电阻值就被接入到PLC的AI模件中并转换为实际温度。
图4
6、对于使用Pt热电阻测量介质温度时发生故障时的一般检查方法
当HMI上的温度显示值波动较为剧烈时,一般情况下是由于接触不良造成的。这是因为温度是一种变化比较缓慢的量,属于惯性环节。特别是热容较大的被测对象。(如检测一个几十立方米容积的液体储槽中的液体温度时,温度基本不会发生剧烈波动)在这种情况下应检查各接线端子处的端子接线是否有松动现象或连接导线有无似断似连的现象。
当温度值显示为无穷大时,一般情况下故障原因是由于线路开路引起。如果温度值显示为负最大,一般情况下为线路短路引起。
由上述两点引申出下面的结论:1、如果显示温度比实际的要高,则可能由于接线端子接触不良或接线松脱、折断造成电阻增大所至。这时应对电阻杆接线盒内的接线柱和各个中间端子箱的对应端子进行检查并紧固。另外也可能由于端子与导线间有氧化层使得电阻增大所引起。这种情况可使用砂纸或其他工具将氧化层去除即可;2、如果显示温度比实际的要低,则可能有短路现象或如前面所讲的那样C线电阻增大所引起。
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