Pt100热电阻两线制、三线制和四线制接线对测温精度的影响剖析

[图文]Pt100热电阻两线制、三线制和四线制接线对测温精度的影响1、Pt100热电阻的三种接线方式在原理上的不同：二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。2、Pt100热电阻的三种接线方式对测量精度的影响连接导线的电阻和接触电阻会对Pt100铂电阻测温精度产生较大影响，铂电阻三线制或者四线制接线方式能有效消除这种影响。与热电阻连接的检测设备（温控仪、PLC输入等）都有四个接线端子：I+、I-、V+、V-。其中，I+、I-端是为了给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测温度变化。请参阅下图：（1）四线制就是从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，测量精度高，需要导线多。（2）三线制就是引出三线，Pt100B铂电阻接线时电流回路的参端和电压测量回路的参考为一条线（即检测设备的I-端子和V-端子短接）。精度稍好。（3）两线制就使引出两线，Pt100B铂电阻接线时接线时电流回路和电压测量回路合二为一（即检测设备的I-端子和V-端子短接、I+端子和V+短接短接）。测量精度差。铂热电阻的接线造成温度失真现象的研究[录入:tai-yan|时间:2007-07-2400:44:20|作者:|来源:采集所得|浏览:158次]摘要:项目推广中发现很多矿井主通风机的监测温度经常出现不同程度的虚高现象,分析其原因是测温线路的接线引起了较大的温度误差。文章对测温线路进行了理论分析,并通过实验得出导线电阻的大小对温度影响的关系。0引言PT100(铂热电阻)温度传感器具有精度高、测温范围宽、使用方便等优点,在工业过程控制和测量系统中得到了广泛的应用。用铂热电阻测温时,将铂热电阻接入二次仪表,例如巡检仪温度模块等,通过二次仪表测量出铂热电阻的阻值,从而算出温度。这些二次仪器常用的基本类型是采用桥式线路。目前一般采用的方法是三线制接法。可以说,铂热电阻测温技术应该是非常成熟的。但是,我们在项目《通风机在线监测系统》的推广中发现,90%的矿井通风机的监测温度是不准确的,如山西的上榆泉矿、山东的朝阳矿、运河矿、王庄矿等等,有的高出实际温度十几、二十摄氏度甚至更多。什么样的原因造成这么大的误差?经过分析实验,我们发现了问题所在。1铂热电阻测温原理我们先从铂热电阻测温的原理来看。若已知电阻-温度关系,就可以用测量电阻的方法来推算出温度,这就是电阻温度传感器的工作原理。当测温范围不大,元件长度和截面积随温度改变引起的阻值变化可以忽略时,热电阻元件的阻值随温度变化可以认为是线性的,可用式(1)表示:Rt=Rt0[1+α(t-t0)](1)其中,t0表示参考温度;Rt0表示参考温度下铂热电阻的阻值;α表示电阻元件的平均电阻温度系数,即电阻元件的温度相对于参考温度每变化1℃,引起铂热电阻阻值相对于参考温度下的增量。对于PT100,在t=0℃时,Rt=100Ω;当t=t1时,Rt=Rt1,则有Rt1=100(1+α×t1)(2)通过测量t1温度下PT100的阻值,就可以通过上式的公式变形计算出此时测量端的温度。即t1=Rt1/100α-1/α(3)铂热电阻测温电路的原理如图1所示,其中,Rt为铂热电阻,R1、R2为固定电阻,R3为可调电阻,A为检流计。电路工作时,不考虑导线的电阻值,R1、R2、R3、Rt组成一个平衡电桥,改变R3电阻的阻值,直到电桥处于平衡状态,在此情况下,检流计的对角线无电流通过,电桥处于平衡位置。则有R1×Rt=R2×R3(4)令R1=R2则R3=Rt使得R3的阻值等于铂热电阻的阻值。这样,就通过电桥的方法测量出t1温度下铂热电阻的阻值,可以进一步算出此时的温度t1=R3/100α-1/α(5)实际工程中,往往铂热电阻到接入端距离很大,会达到几十米甚至几百米,这时候导线的阻值就不能不考虑在内了。参照图1,考虑导线电阻,则新的电桥平衡的公式为R1(Rt+Rob)=R2(R3+Roa)(6)导线采用三芯屏蔽线,a、b、c三点到o点的长度相等,导线电阻值也相等。即Rob=Roa=Roc这样两根引线的电阻对称地分别接入等式两边,因而导线电阻RL的影响在很大程度上被排除掉了。所以正确的接线方式应是从铂热电阻接出三线,对应地接入巡检仪或者温度模块。但是现场安装将铂热电阻接入巡检仪或者模块的时候,很多电工看到说明书上标注的接线图,为了节约信号线,就从铂热电阻端两线出,到巡检仪再并出一根线,三线接入巡检仪。虽然也是三线接入巡检仪(如图2所示),但是对温度有没有影响呢?要使电桥达到平衡,则b、d两点的电位相同,可以得到电桥平衡式:R1(Rt+Roc+Rob)=R2R3(7)令R1=R2,则R3=Rt+Rob+Roc,Roa=Rob=Roc=RL则R3=Rt+2RL(8)带入(3)式,计算出温度t1=R3/100α-1/α=(Rt+2RL)/100α-1/α和(6)式比较,得出温度的绝对误差为:Δt=RL/50αRL为导线电阻。可见,采用这种接法时,温度误差与导线的电阻成线性关系。2实验实验电缆使用北京百正电缆有限公司生产的RVVP型号的0.2mm2电缆。PT100用常州武翔仪表厂生产的WZP-280L50型,测温范围为-200～420℃的铂热电阻,以及宏格科技生产的系列采集转换模块。由于PT100采集温度有一个延时过程,使巡检仪显示温度较温度计读出温度滞后一定时间,那么如果用温度计作标定的话就不合适了。所以本实验采用宏格模块采集的温度作为标定温度。通过做实验,发现在多个稳定温度下,即使是200m的线长,按照图1的三线制接法连接的电路测得的温度与水银温度计的误差只有0.01～0.3℃左右,故以图1所示的接法用宏格模块采集到的温度精度满足工程要求,可以作为标定温度。实验装置如下:把两个PT100分别用图1和图2所示的两种方法用同样长度的导线接入巡检仪。标准温度由宏格模块采集:取第三个PT100用相同长度的导线按照图1所示接法接入泓格I-7000远程I/O模块系列的I-7033(3通道RTD输入)模块,然后经过I-7520(RS485转RS232)模块转换,输入到计算机。三个PT100的探头放在同一盛水的容器中,逐渐加温,取不同温度下的测量值。经过把实验数据中图2接法数值减去标定温度作为绝对误差,列出绝对误差与线长在各个测点下的数值,结果见表1。铜在室温时电阻率ρ=1175×10-8Ω·m,利用公式R=ρ(L/S)t,计算出各长度的导线电阻。当导线长度一定时,在各个测点温度下,图2接法测得的温度与标准温度总相差一个近似的常量,算出平均绝对误差。把平均误差和导线电阻在坐标内作出曲线,如图3。通过图3曲线,可以看出,用图2接法测得的温度平均误差与导线电阻呈近似线性关系,与理论分析的结果相吻合。3结语铂热电阻的使用虽然简单,但切不可想当然的在终端把两线并三线接入巡检仪或者别的测量仪表,一定要从PT100传感器三线接出,并三线接入终端仪表,否则必然存在温度虚高。有的煤矿风机的温度电缆已经固定,重新布线比较麻烦,也可以根据导线规格以及图3中导线电阻与误差的关系,测量出测点和二次仪表之间的线长,算出导线的电阻值,进而推算出温度误差,在二次仪表上作适当调节,抵消掉对应的温度误差。热电阻pt100的接线1、pt100热电阻的三种接线方式在原理上的不同：二线制和三线制是用电桥法测量，最后给出的是温度值与模拟量输出值的关系。四线没有电桥，完全只是用恒流源发送，电压计测量，最后给出测量电阻值。2、pt100热电阻的三种接线方式对测量精度的影响连接导线的电阻和接触电阻会对pt100铂电阻测温精度产生较大影响，铂电阻三线制或者四线制接线方式能有效消除这种影响。与热电阻连接的检测设备（温控仪、PLC输入等）都有四个接线端子：I+、I-、V+、V-。其中，I+、I-端是为了给热电阻提供恒定的电流，V+、V-是用来监测热电阻的电压变化，依次检测温度变化。请参阅下图：（1）四线制就是从热电阻两端引出4线，接线时电路回路和电压测量回路独立分开接线，测量精度高，需要导线多。（2）三线制就是引出三线，pt100B铂电阻接线时电流回路的参端和电压测量回路的参考为一条线（即检测设备的I-端子和V-端子短接）。精度稍好。（3）两线制就使引出两线，pt100B铂电阻接线时接线时电流回路和电压测量回路合二为一（即检测设备的I-端子和V-端子短接、I+端子和V+短接短接）。测量精度差。详情请参考：三线制热电阻与温度采集模块连接图如下图所示在采集模块中A、B两个端子是用来接收电压信号的，一般是毫伏级电压信号。C端是一个电流输出端子，工作时由采集模块输出一个恒定的电流信号。这样在热电阻C、B端会流过一个恒定的电流，当温度变化时，热电阻的阻值变化，这样，A、B端的电压信号就随着温度的变化而线性变化。达到测温的目的。一般的温度表C端的输出电流是厂家设置的，只需要接线即可。热电阻测温与抗干扰问题的处理摘要:热电阻测温与抗干扰问题的处理0引言水泥行业目前普遍采用DCS分布式集散型计算机控制系统，具有很强的适用性和较高的可靠性，通过软件编程即可实现工艺参数的监测与控制，使水泥生产过程实现自动化控制。由于DCS系统硬件配置功能强大，对来自水泥生产现场一次检测仪表的诸如Pt100热电阻测温信号、K型热电偶测温mV信号、脉冲开关量及标准电压电流信号均能直接进行信号处理，但有一个不容忽视的问题，如果来自现场的工艺参数测量信号在传输过程中混进干扰信号，DCS系统自身将很难抑制，需要在外部采取有效的措施给以解决。本文介绍Pt100热电阻测温信号异常引起故障的处理方法。1煤磨系统热电阻测温信号异常引起的故障处理我厂煤磨系统布袋除尘器灰斗温度和煤磨轴瓦温度相继发生温度显示异常故障，其现象是在中控室CRT上温度显示呈无规律跳跃，在现场检查测温元件正常，在PC站中继端子使用DT－890C型数字万用表测得的电阻值与实际温度均呈对应关系。我们采取了更换热电阻、检查测温信号传输电缆屏蔽接地、更换PC信号处理通道等措施，但都没有效果。为了找到故障原因，我们又重新铺设了1根电缆，仍不能解决问题，经过对比测试、检查分析，得到的结论是在测温信号中混进了干扰信号，为此我们采取了如下处理方法。1.1改变信号接地方式热电阻测温信号通常采用三线制接线方式，使用KYVRP4×1.5屏蔽电缆引至DCS现场站PC室CCF中继柜内，电缆屏蔽,在中继柜内接地。解决的方法是将热电阻Pt100的B、b在中继柜端子处与电缆屏蔽接在一起，将干扰信号引入大地，以此方法消除干扰信号，即可使计算机温度显示恢复正常。1.2改变信号传送方式可在现场或现场站PC室内通过加装Pt100热电阻温度变换器，将Pt100电阻信号转换为标准DC4～20mA信号，并相应改变计算机输入信号通道，这种方法也可消除信号传输过程中产生的干扰，使计算机显示的温度恢复正常，因为DC4～20mA信号的抗干扰能力非常强，温度变换器安装位置可依现场实际情况决定，但最好选择室内安装，这种方法的缺点是增加了设备投资，同时需要提供变换器电源。2水泥磨主电动机稀油站温度异常的处理我厂水泥磨主电动机因大修处理而更换了1台新电动机，轴承采用稀油润滑，相应增加了1台稀油润滑站。该油站设有4个温度测点，润滑油箱温度、加热油温、供油温度和回油温度。这台稀油站安装调试完毕，测温系统、加热控制及油泵工作正常，投入使用。水泥磨系统准备开车生产，当系统风机等设备开车后，油箱温度、供油温度、回油温度均发生温度显示异常故障，而加热油温因环境温度低，加热器工作使油温高而未受影响。故障现象是在中控室CRT显示器上温度显示在－30～＋30℃之间无规律跳动，现场使用DT－890C型数字万用表测量上述热电阻阻值没有波动，更换计算机信号通道也未见好转。由于在安装时就发现从测温元件到现场接线盒之间的传输导线使用的是普通导线，没有屏蔽，故决定将从PC室到现场的连接电缆直接接到测温元件端子上，中控室CRT上温度显示正常。2