提高铂热电阻测量精度方法及在水电站应用

摘要:铂热电阻是低温测量中应用最为广泛的一种工业测温元件。介绍了铂热电阻测量温度的原理和提高测量精度的方法，以及铂热电阻三线制接法在水电站机组温度监测系统中的应用。
　　热电阻是中低温区最常用的一-种温度检测元件，其特点是抗震动，测量精度高,性能稳定,在工业测温领域获得广泛应用。热电阻由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂(PO和铜(Cu),其中铂热电阻的测量精度是最高的。本文简要介经利用铂热电阻测量温度的基本原理，以及提高测量精度的方法，并介绍其在水电站测温系统中的应用。
1铂热电阻温度测量的原理
　　铂热电阻是利用铂丝的电阻值，随着温度的变化而变化这--基本原理设计和制作的。对于铂热电阻的命名，我国采用的是国际电工委员会(IEC)关于热电阻分度号的标准,该标准以表格的形式(简称分度表,即温度一电阻关系表) ,规定了每种热电阻在相应测量范围内每一个温度点上对应的电阻值,并以对应于0℃时的电阻值R0为热电阻命名代号，也叫分度号。在工程实际中用得最多的是R0= 100Ω,分度号为Pt 100，根据国际温标ITS-90的规定,其测温范围为-200-850℃，对应- 200℃时, Ro= 18.52Ω; 100℃时, Ro= 138.51Ω , 850℃时，R0= 390.84Ω在测量范围内，铂热电阻的阻值与温度呈近似直线的非线性关系,即
 
　　式(1)中: Rt表示温度为tC时铂热电阻阻值, Ω;R0表示温度为0℃时铂热电阻阻值,Ω;t表示工作温度,℃;a、β为常数。对于铂热电阻Pt 100,式(1)中的常数为: R0=100Ω，
a =3.90802x 10^-3C^-1, β= -5.802X 10^-7C^-2
　　为把反映温度高低及变化的铂电阻阻值转换为相应的电信号,并用仪表指示出来，一般采用如图1所示的直流电桥来实现温度的简单测量。图中R1,R2,R3 和Rt组成一个平衡电桥,R1= R2= R3= 100Ω, Rt为Pt100铂电阻,A为检流计。当测量的环境温度为0℃时，电桥处于平衡状态,检流计的指示IA为零。当温度变化时，Rt的值随着温度的变化而变化,电桥也失去平衡，此时可根据Us和IA的值,利用戴维南定理求出R的计算公式如下:
 
　　利用式(2)求出Rt值后再根据式(1)或Pt100 热电阻的分度表求出对应的温度值。如果将图1电桥中的Uco经过运算放大和AD转换后，可直接由计算机装置采集Uco值并求出R 值和对应的温度值。
2提高铂热电阻温度测量精度的方法
　　在图1中，铂热电阻经两根连接导线接至电桥的BC两点，考虑到连接导线本身存在阻值，而且会随着连接导线越长而越大，导线电阻又难以测得,且在电桥中会被计入到热电阻阻值中，因此,采用图1的接线方式会因应用场合不同,连按导线长短不一样，而使测量结果产生较大的附加误差。如在100℃时Pt100热电阻率为0.379/℃,此时若连接导线的电阻值为2Ω, 则会引起5.3℃的测量误差。为提高铂热电阻温度测量的精度，工业上常用三线制或四线制的热电阻接线方法。