减小湿热灭菌器温度偏差的方法

[摘要]热电阻产生误差的情况大致分为引线电阻误差、接线接头连接处电阻误差、温度传感器密封层破损漏水、自热效应、原件漂移、噪声和分辨率，文章基于这6类影响温度的情况，分别对这6类影响进行分析与处理，尽可能地减小或消除误差，确保接收到最正确的温度数据。
　　针对湿热灭菌器的灭菌温度来说，通常采用121℃的工艺进行灭菌。这样的温度，相对于检测温度的温度检测仪来讲并不算高，但灭菌工艺对温度精度要求很高，需要非常正确的检测装置，一般也要A级精度以上才可以。市场上常见的几种温度检测装置有热敏电阻、热电偶、热电阻RTD、IC传感器，见表1。
 
　　根据表1中的内容可以了解，适用于湿热灭菌工艺的温度范围应该选用热电阻RTD温度检测装置进行控制和测量，其精度高，测量范围适合，也最稳定。
　　热电阻的工作原理是基于电阻的热效应进行温度测量，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。如果热电阻随温度的.上升而电阻值也跟着上升,称为正电阻系数;如果热电阻随温度的.上升而电阻值反而下降，称为负电阻系数。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。热电阻的阻值与温度的关系见表2。
 
　　设备通过向热电阻通电，从而采集热电阻通过的电流来判断当前温度。因为热电阻的阻值变化与温度变化之间规律是固定的，因此市场上有专门采集RTD的温度模块，通过这种专用模块中采集的信号进行计算出的温度值会更加正确。虽然在实验室条件下模块检测到的电阻值和计算值是正确的，然而在工业环境下周边的温度湿度以及导线等都不能与实验室相比，这使得最终结果会出现误差和一定的偏差;以及其他不正确的情况发生，导致最终的温度不正确。
1引线电阻误差
　　在实际使用的电器元件中没有绝对的理想原件(原件没有电阻，没有干扰因素等)，导线也不例外，导线也有电阻值。许多大型设备由于体积大、温度检测信号距离远等情况，导致连接温度传感器的导线距离必须要做的很长。这时就需要解决方案，提到减小导线电阻的方法时，最重要的一点是热电阻的接线方式，接线方式的不同会带来不同的偏差值，常规的热电阻有4根接线端，按照接线方式分为二线制、三线制、四线制接法。
(1) 二线制:二线制是在热电阻的两端各连接--根导线来引出电阻信号的方式。这种引线方法简单，但由于连接导线必然存在引线电阻，整个电路的电阻是热电阻的电阻值加.上两段导线电阻的电阻值，这样接线测量误差大,误差的大小与导线的材料和长度的因素有关，如图1所示。
 
(2)三线制:三线制是在热电阻根部的一端连接一根引线，另一端连接两根弓|线的方式。这种方式通常与电桥配套使用，两个导线分别接在电桥的两个桥背，上，另一根线接在电桥的电源上，消除了引线电阻的误差，可以较好消除引线电阻的影响，如图2所示。
 
(3)四线制:四线制是在热电阻根部两端各连接两根导线的方式，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弓|至二次仪表。这种弓|线方式可完全消除引|线的电阻影响，如图3所示。
 
　　通过以上介绍，四线制接法可以很好的解决以上问题。由于导线越长，导线电阻阻值越大，通过四线制的方法即使接线长度较长也可以消除导线电阻误差产生的影响。
2接线接头连接处电阻
　　与导线电阻误差不同的是，接线端子之间也会产生电阻。导线电阻只要材料相同，单根接线距离相同的情况下通过四线制接法的温度传感器可抵消电阻误差，可是接线端子不同，不同的金属材料，不同的端子长度宽度都会影响其中的电阻值的变化。虽然这种变化很细微,但是如果端子数量增多后其影响不能忽略，需要考虑其对温度的影响。解决方案是尽可能减少接线连接端子的使用，具体方案如下。
首先，定制足够长引|线的温度传感器，避免接线不够长需要额外增加延长线的情况。
　　其次，接线引入电气箱后建议不要中间转接线，而是直接接人到温度采集模块中。整条线路仅在传感器模块部分使用一次接线端子，这种方式最大程度上减小了端子中的电阻误差影响。
3温度传感器密封层破损漏水
　　传统使用的温度传感器都是金属尖端用于传感器测温，后端使用硅胶或FEP材料。这种材料耐高温，但是易被拉断,被划伤;经过灭菌器狭窄空间时，灭菌车非常重，在灭菌器内通过时很容易将传感器的延长线压断，或被灭菌物品为玻璃容器，难免会有破碎的情况在设备运行时这部分碎屑会划破传感器的延长线，导致露出导线。由于湿热灭菌器是高温高湿的环境，如果密封材料被损坏潮湿环境会伴随导线进人温度检测模块，导致测量不正确，甚至会烧坏电子元件。经过以上因素分析，给出以下建议。
(1)可以选用金属包装的热电阻来代替硅胶或FEP材料的密封保护。
(2)可以选用无线温度传感器传输信号到温度检测模块中。这种方式热电阻相对放置灵活，不用担心受到位置影响或产品进出的干扰，也不会被挤压或划伤。
4自热效应
　　温度电阻会对流入的电流会做功，电阻做功的方式只有产生热量。而这部分热量又不容易散发出去就会产生温度波动从而影响电阻阻值产生变化，这种现象称之为自热效应。自热效应的产生是必不可少的，没办法去消除或避免。只能尽可能的减少自热效应产生的热量来尽可能的正确测量。减小自热效应的方法有以下几种。
(1)鉴于自热效应的原理是电流做无用功产生，这样就需要良好、稳定的电源，以避免过多的电流波动导致自热效应的大量积累，并且尽可能的将电源放置在通风常温环境中，这样可以延长电源的寿命。
(2)设备电源尽可能独立接电，以防止其他设备启动导致电压的突降，这种波动会严重损耗电源寿命。
5原件漂移
　　元器件的老化会导致电阻值的变化，线路中电压电流大幅度波动时产生的电磁感应现象影响电流值，从而影响信号数值。针对这样的情况，需要考虑元器件老化是:无法避免的，只能定期进行电子元件的更换以及传感器的校准，电子元器件尽可能选用质量过关耐受程度良好的元件，这其中包括传感器，传感器供电电源以及处理传感器信号的模拟量模块，这样可以确保在很长的周期范围内信号的良好传输，以及数值的正确性;面对电磁感应现象，儒要将信号线等微弱电流的导线与动力线以及电源线等保持足够远的距离，要保证交流电与直流电尽可能分开走线，三相动力线更要远离控制箱;如果条件准许，可以将控制系统电源与动力系统电源分为两个电源单独连线。
6噪声和分辨率
　　电路噪声随处可见，又无可避免，这种微小的浮动干扰很难被检测出来。电路噪声的出现是伴随时间随机出现的，为了减小这种噪声干扰或者减少出现的频次，可以选择使用电路滤波器将噪声干扰等微小扰动过滤掉，并且在滤波的情况下再选择使用性能良好的电源。稳定良好的电源可以在电路中产生很少的电路杂波。再选择使用分辨率高的模拟量模块配合数字滤波方式进行杂波的剔除，这样在模拟量信号与数字量信号转换时可以分析出更正确的传感器数值。但数字滤波处理过程时间较长是其一大缺陷。
7结束语
　　通过以上六点的分析并进行相应改进，可以减小或消除这一类温度传感器(热电阻)的温度偏差和干扰，后续对设备定期进行维护，并随时观察温度的差异情况，设备运行稳定。