热电阻测量误差与集中供热系统常见故障分析

　　热电阻是中低温区常用的一种温度检测器，因其具备测量精度高、性能稳定等优势,已被当作数字化温度测量的主要工具,广泛应用于集中供热系统中。目前,多数集中供热企业换热机组均将热电阻作为数字化测温工具。温度数据是智能控制系统重要的基础数据之一,直接反映了供热效果,热电阻测量的准确性至关重要。
1热电阻元件测温原理
　　金属导体的一般特性如下:当温度升高时,其自身电阻值也随之升高,根据这一特性,可以依据测量金属导体温度的电阻值从而计算出所处环境的温度值，一般可以用以下关系式表示。
 
　　式中:Rt为热电阻在某一温度时的点阻值;Rt0为温度0℃时对应电阻值;α为温度系数。α值可由式(2)计算得出.
 
2热电阻测量误差与减小方式
2.1热电阻测量误差
(1)传热误差。测量热电阻温度时,一般情况被测介质只要与环境温度存在热量差，就会通过热电阻与环境产生一定的热量交换，从而引起测量误差，被测介质与环境温度相差越大,误差值就会随之增大。
(2)焦耳热误差。测量热电阻阻值时,要通过一定的电流，因此电阻就会产生热量,热电阻本身温度升高会引起温度测量的附加误差，这就是焦耳热误差。一般情况下,这项误差是很小的,约0.1℃,被测介质温度越低,焦耳热造成的误差也会越大。
(3)精度误差。根据前文所述，可以通过测量热电阻的阻值,运用公式计算得出某待测介质的实时温度。然而在实际生产运行中，热电阻的电阻/温度关系和标准的分度表存在一定的差值。相同精度等级下，随着温度升高,阻值误差和温度误差都有所提升;相同温度下精度等级越低,产生的误差就越大。
(4)导线电阻误差。由热电阻测温原理可知,单独的热电阻无法完成整个测温过程，因此需要利用相应的智能控制终端与之配套,以提供电压源、测量电阻阻值和显示计算温度结果,这就需要使用导线将二者连接。热电.阻正是通过测量电阻变化来计算温度的精密仪器,其对电阻变化相对敏感,导线上的电阻也会参与温度的计算之中。
　　由于在热电阻的实际安装使用过程中，集中控制器与热电阻测量点一.般都会存在一定距离，因此在测量时会将热电阻导线长度产生的电阻值计算在内，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化,造成测量误差。这种接线方法虽然很简单,但由于导线存在电阻影响计量结果，这种接线方式将大大增加热电阻的测量误差，因此这种接线方式只适用于测量精度要求较低的场合。
2.2减小测量误差的方式
　　测量误差可以分为电阻自身因素产生的误差和外部因素产生的误差两种。自身因素产生的测量误差是热电阻本身特质属性引起的，无法通过改变外界条件而大幅降低，而外部因素产生的测量误差则可以通过一些补偿措施、运用技术手段将误差降至最低，甚至完全消除。
(1)减小自身因素产生的误差。①焦耳热误差其大小因流过的电流大小而不同,这个误差无法消除,只能限制温升的数值。为了减小焦耳热误差,在工业上使用金属热电阻,一般要求限制电流小于6mA(一般取3mA),对于导热性能较差的半导体电阻和碳电阻温度计，限制电流在微安数量级。与此同时,通过选择如铂金属等高品质的金属材料作为热电阻的制作原料，即可减小热电阻本身产生的焦耳热,从而减小焦耳热误差。②在实际使用热电阻的过程中,可以根据不同的测温环境状况、精度等级要求以及成本控制需求，根据实际情况选择不同精度等级的热电阻。精度等级越高的热电阻其测温结果就越精确,而其对使用环境的要求以及购置成本也就相对越高，在条件允许的前提下选择高精度等级的热电阻，可以降低精度误差对测温结果产生的影响。
(2)减小外部因素产生的误差。①测点的安装布局和温度测量方式的选择会较大程度上影响传热误差，为了降低传热误差造成的影响，可以通过-.些措施以减少与周围环境之间的热量传递。比如,可以在安装有热电阻的管道上加强管壁保温措施,减小管壁像外界散热量。②在使用传统的二线制接线方法测量热电阻的阻值时，由于导线电阻存在，无法避免地会引起比较大的导线电阻误差。除通过改变导线材质和长度来减小导线电阻误差之外.,还可以采用改变外部接线,使用技术手段和等效计算对导线电阻进行补偿和抵消的方法来降低导线电阻误差。
　　第一,三线制接线法。在一个热电阻元件的两颗引出线中,选择一根引出线连接-颗导线,另一根引出线连接两颗导线，一共引出三颗导线的接线方法称为三线制接法,这种方法是-般采用电桥进行测量。测量过程中,将一颗导线连接至电桥的电源点，另外两根导线连接至电桥的两个桥臂上，当三颗导线电阻值一致时就可以对导线线路自身的电阻值忽略不计，从而消除导线电阻造成的测量误差。
 
　　由式(3)可以看出,三线制接法中,导线电阻的变化不会对测量结果产生影响。但是三线制接法可以消除导线电阻影响的前提是,三条导线的电阻完全相等,否则不可能完全消除导线对电阻的影响。但是分析可见,采用三线制接法会显著减小导线电阻造成的误差。
　　第二,四线制接线法。在热电阻元件的两颗引出线上分别连接两颗导线，一共引出四颗导线的接线方法称为四线制接法。引出的四颗导线其中两颗为热电阻提供电流,把测量电阻值转换为测量电压值,再通过另两颗引出线把测量的电压信号引至二次仪表，这种接线方法可以将引出导线的电阻影响几乎完全消除。
　　四线制接线法是热电阻测温理想的接线方式，热电阻的电阻值Rt可由式(4)表示:
 
　　由此可知,四线制接线法测量电阻时,计算过程与导线电阻无任何关系，因此这种接线方式不需要考虑导线长度及导线长度和电阻是否相等，四线制接线法不受连接导线的电阻影响，可以完全消除导线电阻引起的测量误差。
3集中供热系统常见故障
3.1显示仪表指示值比实际值低
　　根据电阻与温度的线性关系可以看出,显示值比实际值低是因为电阻值比实际应测得的电阻值偏小,那么可以根据这个原理查找造成电阻减小的原因来排除故障。
(1)热电阻元件在被测介质中的插深不足,或没有完全浸没在被测介质中。针对此类问题可以根据被测介质的实际情况,选择使用合适尾长的热电阻器件,安装时保证热电阻与被测介质充分接触。另外,应及时清理保护套管内的污物,防止对热电阻测量电路造成影响,减小测量电阻值。
(2)保护套管内积水。在换热站中经常由于管道施工,导致管道内存水流出,进入热电阻套管内。发现问题时，应及时清理套管内的积水并通过措施使其套管内完全干燥。
(3)热电阻引线间短路或对地短路。当发现热电阻引线间短路或对地短路时,可以使用万用表检查测量,从而找到短路或接地部位并加以消除。如发现短路部分在热电阻内部，则应更换热电阻。
3.2测量值比实际值偏大
　　同样地,根据热电阻测温原理,显示值比实际值偏大是因为测量电阻值比实际热电阻值偏大，那么就可以推断其偏大原因并予以修正。
(1)热电阻引出线发生断路。如经检查发现引出线至测量仪表之间发生断路,可以用万用表检查,找出断路部位后,按照规范的接线方法连接固定,如经检查发现为热电阻内部断路,应更换热电阻。
(2)热电阻虚接。热电阻接线端子虛接或接触不良时应检查接线端子及导线,去除氧化部分,同时紧固接线端子,防止故障再次发生。
3.3显示仪表指示负值或示值不稳
(1)热电阻测量回路接线错误。处理方法为使用万用表检查热电阻回路,恢复正确接线顺序。
(2)热电阻测量回路有干扰。集中供热系统中电气系统众多,包括各种信号传输、采集设备以及高压设备,尤其是变频器,将对周边信号传输造成极大的干扰,因此也会对热电阻的测量造成干扰。当发生信号干扰时,可以通过热电阻测量回路使用屏蔽电缆，并将电缆屏蔽层可靠接地，并适当增大与动力电缆之前的距离或增强隔离等.措施。
4结束语
　　在选择热电阻时,要考虑测量的精度要求、使用环境等因素,根据实际需要选择合适的热电阻元件、精度等级及热电阻尺寸型号等。在达到测量要求的基础上尽可能降低购置成本。在接线方式上,三线制具有测量误差小、接线工作量、线缆成本较四线制接线法成本低等优势,因此在工业上一般采用三线制的接线方法。随着科技的发展,热电阻的测量精度将逐步提高,减小测量误差的技术也将更丰富。此外,在安装和使用热电阻的过程中，要按照规程操作,尽量避免故障和数据错误。