四线热电阻及其在特殊温度测量中的应用

1问题提出
　　在工业生产中,温度的测量多采用热电阻温度计,常见的热电阻有三根引出线,(引出线较长)或二根引出线(引出线较短),为避免连接导线电阻产生较大测量误差.均采用三线制接法与常规仪表通过导线连接成回路(见图1)。四线热电阻在生产中不多见，但在特殊温度测量中却有三线热电阻及二线热电阻不可替代的作用,其特殊性表现为:与某些智能测量前端连接和其引出线过长。
 
2问题分析
(1)在DCS或DAS系统中,有些智能测量前端(如IDCB--4B)的每一个通道有四个接线端子,每个通道与热电阻的连接方式有三种(如图2a、b、c),其中图2a所示的接线方式测量精度最高,可以消除连线电阻(包括热电阻的引出线)的影响。当热电阻的引出线要求过长，如5#炉煤粉仓温度的6个测点,铠装热电阻的探深为8mc按0.4Ω/m计算，每根引线电阻r为3.2Ω.如采用三线热电阻或二线热电阻,按四线制接法(如图3a.b),将有3.2Ω(r)或6.4Ω(2r)线电阻加到热电阻上,根据分度号为Pr100热电阻.当现场实际温度升高1℃.热电阻的阻值相应升高0.4~0.6Ω这个规律,采用三线热电阻或二线热电阻将有高出实际温度8℃或16℃的测量误差。而采用四线热电阻(如图3c),则可完全消除引|线电阻带来的测量误差。这种结果取决于智能测量前端的测温原理与常规显示仪表采用的不平衡电桥或自动平衡电桥的原理不同(见图1)。
 
(2)智能测量前端的测温原理与实验室测量热电阻的原理类同:图4为实验室测量热电阻的原理图,Rs为标准热电阻，Rt为被测量热电阻,通过双刀双掷开关分别拨到Rt和Rs的二端，从电位差计读出Vt、Vs,Rt=Vt.(Rs/Vs).用这种方式可完全消除引线电阻带来的测量误差,但通过热电阻的电流产生的热所引起的误差仍然存在。智能测量前端在测量时根据被测热电阻的阻值,内部自动分挡提供0.2.0.8、3.2mA的激励电流,缴勋电流从1+端通过连接导线流过热电阻,再到G端,再通过H、L端检测出热电阻上的激励电压,求出热电阻的阻值，根据相应热电阻的分度表,算出对应的温度值。
 
(3)一个智能测量前端有二十个通道,激励电流轮流对每一个通道访问,因此激励电流流经每个通道上热电阻的时间是瞬时的,不象电桥原理测温那样,电流流经热电阻时发热引起测量误差,因此采用四线制接法,配合四线热电阻，智能衡量前端测量温度的精度可达到甚至超过目前实验室的测量精度。
3实际应用
　　由于8m长铠装四线热电阻在煤粉仓温度测量中第一次应用，我们在查找煤粉仓温度偏高的原因的过程中,根据以往的经验，曾经将四线热电阻误判断为双只热电阻,也曾怀疑六根热电阻的性能太差。最后才找到误差太大的根本原因:施工时安装人员按如图3(b)所示接线,这样6.4Ω(2r)线电阻被加到热电阻上,造成六个测点显示温度比实际温度高出16个左右的测量误差。
4结束语
　　虽然8m长铠装四线热电阻只在煤粉仓温度测点上应用.但类似煤粉仓的容器(如大型罐体、加热体)在工业生产中却很多,有的罐体内盛有易燃、易燦的危险品:有的是被加热的原料,需要严格控制其温度这些容器更需要有正确可靠的温度测点作为其绝对安全的保障。