浅谈热电阻常见故障的分析

摘要：介绍了热电阻的测量原理及安装方法，在此基础上结合生产装置中经常出现的故障进行了深入分析，并对故障处理进行了详尽地阐述。
       在炼油化工生产中，温度是工艺生产及控制中的重要参数，温度测量的好坏直接影响工艺生产的各项指标。热电阻是中低温区常用的一种温度检测器，它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。某石化公司连续重整装置依据工艺条件和工艺要求使用了大量各种型号的热电阻。本文依据多年的现场维护经验，在介绍热电阻工作原理、安装要求的基础上对生产应用中经常出现的故障进行分析，尤其针对重整装置使用较多的铠装热电阻常见故障进行举例分析，并得出了相应的处理方法。
1.热电阻的测量原理、分类及安装方法
(1)工作原理
       热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。对于绝大多数金属，电阻随温度升高而增大的特性方程为：
Rt=Rto（1+a1t+a2t2+…+antn）
式中：Rt,Rto分别为热电阻在t℃和t0℃时的电阻值；
a1,a2,......,an为热电阻的温度系数（1/℃）。
       温度系数ai在一定的温度范围内，可以近似认为为一个常数，不同的金属导体，ai取值的范围不同。通常情况下，它是温度的函数。由上式可以看出热电阻和温度的关系是非线性的，是成二次方、三次方的关系，因二次方、三次方的系数非常小，近似地认为线性关系
(2)热电阻的安装要求
       热电阻通常需配保护套管，套管安装方式分为螺纹固定式安装、法兰安装和简单保护套插入安装。首先安装套管，注意安装后要求做到无泄漏，插入热电阻后连接信号导线。①测温元件在管道上安装，应保证测量元件与流体充分接触，不要在阀门、弯头及管道和设备的死角附近安装热电阻；②如果安装热电阻温度计的管道直径小于Dg80mm，应将温度计安装在加装的扩大管上；③热电阻测量元件的工作端应处于管道中流速最大之处；④根据对象选择合理的插入深度，以减小测量误差；⑤热电阻的接线盒盖应向上，可在保护管外套与保护管之间加装导热良好的填充物。
(3)机组热电阻
       机组预埋式热电阻测温原件与常规热电阻原理相同，尾线可根据要求配置不同的长度。常用于压缩机的瓦温测量、电机定子温度测量等，通常为一用一备。
①机组热电阻安装及要求。预埋式热电阻安装通常需要机修专业配合拆下机组瓦块，将热电阻测量元件端插入瓦块预制的孔中，如果测量元件尺寸小于开孔的尺寸，可在安装时涂抹粘固剂以确保电阻安装牢固。盘好热电阻尾线后（注意防止转动设备破坏尾线，同时需注意尾线固定牢固，避免尾线固定不牢发生磨损现象）。
       尾线通过缸体侧的开孔引出，采用密封组件密封，注意安装后应做到无泄漏。目前常用的密封组件由于结构不合理，有时从一个孔引出多根尾线时，容易引起探头尾线相互绞绕，导致尾线损坏。加之设备长周期运转，油气腐蚀会导致密封不好，发生渗油。为避免渗油引发的一系列火灾、设备损坏问题，建议采用如下密封结构，可确保长周期生产。

②机组热电阻安装注意事项。A.信号导线的绝缘层及护套应避免油渍侵蚀而短路，影响热电阻的正常工作。B.热电阻的安装方法及部位应便于装、拆、维修。热电阻周围应无障碍和便于操作，对于较长的热电阻，应注意有足够的空间，可以使热电阻顺利拔出或插入。C.密封组件内的石墨密封件为一次性用品，需做好备件准备。D.在钳修将轴瓦安装完毕且尚未扣盖时再测量一遍热电阻是否正常，并检测是否有接地现象。若出现接地现象应更换该热电阻。E.测温元件与瓦块需要粘接剂时，应采用含金属成份的粘接剂，可确保导热良好、测温正确。F.在完成热电阻与导线的连接后，应将接线盒上的出线孔螺栓拧紧，然后再将接线盒盖好。
2.常见故障分析
       热电阻属于常规测量仪表，现场的使用量与维护量较大，下面是依据长期现场维护经验总结出的常见故障处理方法。

3.生产中热电阻的故障分析及处理
       铠装热电阻外保护套管采用不锈钢材质，内充高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性能和优良的机械强度。与普通装配式热电阻相比，铠装热电阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长的优点，更适用于严酷的工况，现已得到广泛的应用。连续重整装置大量使用了三线制的铠装热电阻。其常见故障及分析方法如下：
（1）指示偏差。工艺人员经常会反映热电阻指示偏高或偏低。其故障原因可能是保护管内有金属屑、灰尘，雨天保护管内进水，或接线端子间有油渍、积灰、脏污。处理方法为除去金属屑，清扫灰尘，晾干积水，清理接线端子等。
（2）热电阻套管渗漏或磨穿。生产现场环境恶劣，热电阻由于长期使用、工况冲刷大。在使用周期后期经常会出现套管砂眼渗漏等情况，维护人员应加强热电阻的现场监护，一旦发现渗漏，在做好防护措施的前提下及时处理。此外，在检维修更换安装新热电阻时，应确认好测量介质流动方向，合理安装套管外防护层，延长热电阻的使用寿命。
（3）故障处理案例解析。热电阻在生产装置应用广泛，掌握其故障分析与处理方法对于仪表维修工来说至关重要，下面介绍一个热电阻故障分析与处理的典型案例。
①故障现象。TISA2601是重整装置增压氢压缩机高压缸轴瓦温度测量点。工艺人员发现该测点发生频繁波动现象，造成压缩机高压缸的轴瓦温度不能正常监测。TISA2601发生波动时的测量值趋势图如图2所示。

②故障分析与处理。仪表维护人员到现场，测量了故障热电阻的电阻值，发现电阻值时有时无，判断故障原因是预埋式热电阻引出线将断未断，造成热电阻指示波动。经测量发现，该预埋式双支热电阻的备线电阻值指示正常，无故障现象，仪表维护人员将备线接入TISA2601测量通道后，仪表指示正常，故障现象消失。
       在停车检修时仪表维护人员又将压缩机解体，认真地进行了检查和分析，发现这支热电阻断路的原因是由于热电阻引线处于压缩机高压缸润滑油回油口的上方由于润滑油的流动和冲刷，使热电阻的引线和机壳不断摩擦，结果使铠装层破坏，起不到保护作用，进而造成引线的故障。
       在回装时，仪表维护人员把热电阻的引线从润滑油回油口移开，并且把引线规则地固定牢固，从而彻底解决了问题。
③经验分享。A.三线制热电阻有两根线是短接在一起的，所以在热电阻与系统AI模块接线时注意区分三根线就行。通常为1根红线，2根白线。在处理热电阻故障无指示问题时，如果两根白线间电阻无穷大，红线与其中一根白间电阻值正常则说明有一根白线断路，若无条件马上更换备件，可用一根短接线将两根白线的接线端子短接，代替断路的这根白线接入系统，该测点也可正常指示。B.因为热电阻阻值与温度近似为线性关系，我们可以通过用万用表测量现场热电阻一次元件的阻值来估算仪表测量的实际温度，以Pt100型热电阻为例，100Ω对应0℃，138.5Ω对应100℃，那么100Ω以上每增加1Ω对应增加2.6℃，以此计算，如果热电阻阻值为110Ω，实际测量温度大约26℃，通过此方法可以简单的判断热电阻一次元件的完好性。为保证热电阻阻值测量的正确性，用万用表测量阻值前应将热电阻和系统之间的接线断开。
4.维护注意事项及保养
（1）使用前，应用万用表R×1挡检查电阻值，若万用表指示“∞”处，则热电阻已断路，不能使用。（2）热电阻应当防潮、防水，否则将造成热电阻短路。（3）严格按计量器具周期检定计划送检，检定合格后才能使用。（4）使用时要将引出导线与热电阻接线板街头螺丝拧紧。（5）注意检查套管焊口及螺纹处是否有泄漏。（6）注意检查保护盖、丝堵、格兰处密封完好。（7）热电阻感温元件抽出保护管后，应将保护管内的锈蚀或油污清除掉；（8）铂电阻不应用手直接接触铂丝，也不应将铂丝拆下；铜电阻也不应将漆包线从骨架拆下；（9）调整温度为0时的电阻R0时，R0值的增减应在末端进行。若R0过小，对铜电阻可以焊接同样线径的漆包线来增大；对于铂电阻可用工具轻微拉长来增大；（10）将感温元件装入保护管时，若发现引出线过短，对铜电阻可用同样直径的铜导线接长；对铂电阻可用同样直径的银导线接长。
5.总结
       热电阻是常见且使用广泛的一种测温仪表，作为仪表维护工作者来说，具备热电阻常见故障的分析能力是解决生产中热电阻故障的必备条件。本文依据多年现场维护经验，对热电阻的各种故障现象提出了分析方法以及解决问题的途径，当然文中难免存在缺陷与不足之处，希望能得到同行的批评指正。