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熱電阻，是中低溫區最常用的一種溫度檢測器，其測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。現場最常用的是用金屬鉑和銅制成的，分度號為Pt100、Pt1000、Cu50等。


熱電阻外形


熱電阻工作原理簡單，常常不受重視，所以發生讓人摸不著頭腦的問題時，往往會直接采取更換熱電阻來處理，增加了維護成本。希望本文能為從事儀控工作的同行一些幫助。


一、熱電阻信號測量原理


1、測量原理


熱電阻一次元件將溫度變化轉換為電阻值變化后，通過連接導線將電阻信號傳遞到DCS系統，或其他二次表計，經過運算后顯示溫度值。


金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即：


Rt=Rt0[1+α(t-t0)]


式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0(通常t0=0℃)時對應電阻值；α為溫度系數。


2、信號回路組成部分


序號
名稱
作用
1
熱電阻元件
按分度號分，有Pt100、Pt1000、Cu50等；按類型分，有鎧裝熱電阻、端面熱電阻、普通熱電阻、防爆熱電阻等。
2
連接導線
帶屏蔽層的銅導線，同模擬量信號傳輸電纜。
3
DCS卡件
熱電阻的阻值信號直接進入DCS卡件，經過運算得出溫度值。
（熱電阻和卡件設置的分度號必須一致。）
4
二次表
一般安裝在現場，用途為就地數字顯示，或將電阻信號轉換為4-20mA模擬量信號，提高信號穩定性。
二、故障現象、原因及處理辦法


1、溫度信號顯示負值


①原因：顯示儀表與熱電阻接線錯誤


處理：二線、三線、四線熱電阻與DCS卡件或二次表連接需按照要求接線。


②原因：熱電阻元件短路現象（元件破損、保護套管內積水、接線盒內積水等）


處理：將元件處接線拆除，測量電阻值是否符合實際值，若偏小，可判斷元件故障。


找出短路處，加強絕緣。


③原因：傳輸導線有短路（導線破損、不同芯的多股線在接線端有毛刺接觸）


處理：a)將連接導線從元件、卡件端子處拆下，核對導線絕緣情況，若找到破損處，可重新連接，加強絕緣；若無法找到，可更換電纜。


2、溫度信號顯示無窮大


①原因：熱電阻斷路（由于電阻絲一般較細，該故障較為多見。）


處理：更換元件


②原因：端子接線松動（就地元件接線端子、轉接箱端子、卡件端子。）


處理：擰緊或焊接端子。


3、溫度信號顯示偏低


①原因：保護管內有金屬屑、灰塵、接線柱間臟污及熱電阻短路


處理：除去金屬屑，清掃灰塵、水滴等，找到短路點加強絕緣。


②原因：元件插入深度不足（帶有保護套管的熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度）


處理：a)保證元件接觸保護套管；b)查閱規程，按照規程要求決定溫度元件在介質管道中的插入深度。


4、溫度信號顯示偏高


①原因：接線端子氧化（就地、轉接處、卡件處端子）


處理：建議重新剝一段導線，若長度不足可使用砂紙進行打磨。


②原因：接線松動（常見于彈簧式端子排）


處理：重新擰緊端子。


③原因：接線端子接觸不佳（常見于帶線鼻子的端子）


處理：剪掉線鼻子，或重新捏緊線鼻子。


5、溫度信號顯示跳變


①原因：屏蔽線未接地或多點接地


處理：傳輸導線的屏蔽線在DCS機柜處單點接地；斷開機柜處接地，測量屏蔽對地絕緣，若絕緣不佳，需更換電纜。


②原因：存在干擾源


處理：電纜不合格，無屏蔽功能，需更換屏蔽電纜；將傳輸電纜與動力電纜分開，按規范要求敷設；現場加裝安全柵或二次表計，將電阻信號轉換為4-20mA信號，提高抗干擾性。


③原因：中間轉接處連接不規范


處理：更換質量合格端子排；焊接連接處。


④原因：熱電阻絲特性變化


處理：更換熱電阻。


6、其他情況


①原因：熱電阻與顯示儀表的分度好不一致。


處理：修改設置。


②原因：工藝操作導致溫度異常。


處理：將操作記錄與溫度變化趨勢進行綜合分析，找到原因，進行處理。


③原因：測點選擇不當。


處理：盡量避免在閥門，彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電阻，可重新選擇安裝位置。


三、溫度信號故障檢查步驟


1、確認溫度信號邏輯


若信號參與控制，需對信號進行強制。


2、量電阻


①拆開卡件處接線，測量就地送來的電阻值，對照分度表查看溫度值。


②若符合，可判斷卡件故障或卡件接線問題。可用FLUKE信號送信號確認，或重新接線確認。一般就可以處理故障。


③若不符合，需檢查傳輸導線、元件，進行第3步。


3、就地元件處量電阻


①拆開就地元件處接線，測量元件兩兩接線電阻值、對地絕緣。


②若不符合，可判斷元件損壞。需更換溫度元件，一般可以解決問題。


③若符合，可判斷元件正常。可能是接線端子、傳輸導線故障。


④處理元件處接線端子，若仍未恢復正常，需進行第4步檢查。


4、檢查傳輸導線


①使用兆歐表檢查導線兩兩之間絕緣，以及屏蔽層對地絕緣。


②若導線兩兩之間絕緣不好，需更換電纜；若單芯對地絕緣不佳，可使用備用芯，或更換電纜；若屏蔽層對地絕緣不佳，需重新接地或更換電纜。


5、若以上檢查都沒有問題，溫度信號仍無法恢復正常，若仍頻繁跳變等，可嘗試加裝二次表，現場轉換溫度信號進行傳輸。


在工作現場用分度表確定溫度是首先要做的，因為這里是熱電阻元件與顯示儀表的分界線，可以直接分辯出一次元件、二次儀表及線路哪個主面出了問題。從問題出發，發現問題，解決問題，才能使我們更加深入的了解儀器。


四、注意事項


1、無論檢查熱電阻的短路或斷路，每次變動線路的連接導線時，都應將儀表斷電，否則易將儀表打壞。


2、通常情況下短路容易修理，只要不影響電阻絲的粗細和長短，找到短路點加強絕緣即可；斷路修理必然要改變電阻絲的長度而影響電阻值，故在斷路的情況下最好更換新的熱電阻。若采取焊接，焊好后要進行校驗。


3、錫焊不僅簡單方便，而且連接牢固，接觸電阻小，且可防止氧化。一般熱電阻引出線通常較細，焊好后容易折斷或拉斷，因此對焊接處要作特殊處理。