铂热电阻温度变送器的工作原理与校准

摘要:温度变送器需要配接一次测温元件使用，配用的测温元件一般有铂热电阻和热电偶等，铂热电阻输入线制又分为二线制、三线制、四线制三种类型，输入线制的不同带来的测量结果不同，整体校准与分开校准的比较以及对超差的温度变送器如何调校。
　　在工业应用中，温度变送器都是与铂热电阻和热电偶配合使用，常见的是配接铂热电阻的温度变送器，它将铂热电阻的电阻值，经过稳压滤波、放大校正、V/I转换、恒流和反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4~20mA电流信号输出。具有抗干扰能力强、测量精度线性好、方便远距离传输等优点，广泛应用于工业生产的各个领域。
1配铂热电阻温度变送器工作原理
　　目前在各个行业广泛使用的是配铂热电阻的温度变送器，配铂热电阻温度变送器由两部分组成:Pt100铂热电阻和信号转换器，信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成，有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。输出信号主要是标准电压1~5V或电流信号4~20mA，如图1所示。
 
2配铂热电阻温度变送器输入线制的类别.
　　铂热电阻与变送器接线方式有二线制、三线制和四线制。二线制接线较为便捷，但由于铂热电阻没有线路电阻的补偿，测量结果包括引线电阻的附加误差，若是三线制接线，有线路电阻补偿，可以部分消除引线电阻的影响，测量精度相应提高;若是四线制接线，相当于在铂热电阻的根部两端各连接的两根引线为铂热电阻提供恒定电流，再通过另两根引线测量电势值，这种引线方式可以完全消除引线的电阻影响，也可以消除杂散热电势，测量精度最高。
　　不同接线制获得不同准确度的结果，对于大部分的测温工业场所来说，采用三线制接线能基本满足要求，想要得到正确测量，则必须采用四.线制接线的一体化温度变送器，流量测量中的温度变送器大多采用此种方式。
3带传感器的温度变送器的校准方法
　　JJF1183--2007温度变送器校准规范6.2中规定，带传感器的变送器进行测量误差校准时，每个试验温度点需要带传感器的温度变送器在温度源中温度稳定30min后进行测量，由于测量误差由铂热电阻的允差和信号转换器的允差两部分组成，采用铂热电阻和信号转换器分开校准或铂热电阻和信号转换器整体校准两种方式。校准所需的测量标准器和部分配套设备如表1所示。
 
　　将一支配铂热电阻的温度变送器，测量范围为0~80℃作为试验样品分别进行分析，通过以上设备的配合分别测量输入信号为二线制接线、三线制接线、四线制接线的输出电流值。
3.1分开校准
　　将温度变送器中的A级四线制铂热电阻和信号转换器分开进行校准，由于铂热电阻与信号转换器配套使用，参照信号转换器的测量范围，将铂热电阻分别放入制冷恒温槽和恒温油槽内，在下列各校准点上测量数据如表2。
 
　　单独对信号转换器进行校准时，使用的标准器为数字多用表，该仪表既可以作为测量仪器，也可以作为信号输出源，按照校准规范的要求线路连接，进行6次校准取平均值，数据如表3。
 
3.2整体校准
　　根据JJF1183--2007温度变送器校准规范的要求，将铂热电阻与信号转换器配套整体校准时，将铂热电阻分别放入制冷恒温槽和恒温油槽内，通过数字多用表读取信号转换器数据如表4。
 
　　通过比较可以得出分开校准与整体校准结果都满足校准规范的要求，如表5，两种方法的校准.结果基本一致，不一致的原因在于数字多用表中.电阻信号与电流信号引入了部分误差。在校准测量时，独立校准或整体校准要根据各个单位的实际情况来决定，当温度变送器的测量范围在温度校准装置测量范围内，整体校准可以减少测量中.的影响量，既不需要拆装，又节约时间和人力。而对于测量范围在温度校准装置范围外，无法整体校准时，则可以选择分开进行校准。
 
4现场工作经验
　　工业现场测温大都用配铂热电阻使用的一体化用温度变送器，由于铂热电阻与温度间的关系为非线性，加之传感器引线电阻及运算放大器非线性等因素影响，在整体校准时如不满足用户精度等级要求，则需要进行标定，常见的是在硬件上对信号转换器的零点和满度进行调整或用HART技术协议进行标定。通过硬件调整零点和满度，对变送器的稳定性和可靠性有一定影响，建议有HART协议的温度变送器进行通讯协议标定，设备通讯器给温度变送器供电.后，自动识别温度变送器的基本信息。在CALI-BRATION菜单里选择进行上下限同时标定。先在下限标定，待变送器在制冷恒温槽温度稳定后将下限标准温度值输入到设备通讯器中，将变送器移动到稳定在.上限温度的油槽中，热平衡后，将上限标准温度值再次输入到设备通讯器中，标定完成。再按照规程要求重新校准一遍，得到电流输出值。
　　掌握了温度变送器误差的标定方法，可以对现场中损坏的或者不合格的一体化温度变送器中的铂热电阻传感器随时进行更换，更换后再通过TREX设备通讯器标定，直至允许误差满足要求，保证了产品持续可靠性。
5结束语
　　通过对温度变送器工作原理的介绍，了解铂热电阻二线、三线、四线制接线分别与变送器不同连接方式的优缺点，根据委托送样的实际情况去选择两种校准方式，以及在温度变送器的示值超差或更换铂热电阻后如何调校的问题作了详细的介绍，让客户在测温精度的选择，生产成本的节约，产品的质量控制等方面，有了更多的对比性，从而选出最适合的测温设备，提升了产品质量。