四線熱電阻及其在特殊溫度測量中的應用

1問題提出
　　在工業生產中,溫度的測量多采用熱電阻溫度計,常見的熱電阻有三根引出線,(引出線較長)或二根引出線(引出線較短),為避免連接導線電阻產生較大測量誤差.均采用三線制接法與常規儀表通過導線連接成回路(見圖1)。四線熱電阻在生產中不多見，但在特殊溫度測量中卻有三線熱電阻及二線熱電阻不可替代的作用,其特殊性表現為:與某些智能測量前端連接和其引出線過長。
 
2問題分析
(1)在DCS或DAS系統中,有些智能測量前端(如IDCB--4B)的每一個通道有四個接線端子,每個通道與熱電阻的連接方式有三種(如圖2a、b、c),其中圖2a所示的接線方式測量精度最高,可以消除連線電阻(包括熱電阻的引出線)的影響。當熱電阻的引出線要求過長，如5#爐煤粉倉溫度的6個測點,鎧裝熱電阻的探深為8mc按0.4Ω/m計算，每根引線電阻r為3.2Ω.如采用三線熱電阻或二線熱電阻,按四線制接法(如圖3a.b),將有3.2Ω(r)或6.4Ω(2r)線電阻加到熱電阻上,根據分度號為Pr100熱電阻.當現場實際溫度升高1℃.熱電阻的阻值相應升高0.4~0.6Ω這個規律,采用三線熱電阻或二線熱電阻將有高出實際溫度8℃或16℃的測量誤差。而采用四線熱電阻(如圖3c),則可完全消除引|線電阻帶來的測量誤差。這種結果取決于智能測量前端的測溫原理與常規顯示儀表采用的不平衡電橋或自動平衡電橋的原理不同(見圖1)。
 
(2)智能測量前端的測溫原理與實驗室測量熱電阻的原理類同:圖4為實驗室測量熱電阻的原理圖,Rs為標準熱電阻，Rt為被測量熱電阻,通過雙刀雙擲開關分別撥到Rt和Rs的二端，從電位差計讀出Vt、Vs,Rt=Vt.(Rs/Vs).用這種方式可完全消除引線電阻帶來的測量誤差,但通過熱電阻的電流產生的熱所引起的誤差仍然存在。智能測量前端在測量時根據被測熱電阻的阻值,內部自動分擋提供0.2.0.8、3.2mA的激勵電流,繳勛電流從1+端通過連接導線流過熱電阻,再到G端,再通過H、L端檢測出熱電阻上的激勵電壓,求出熱電阻的阻值，根據相應熱電阻的分度表,算出對應的溫度值。
 
(3)一個智能測量前端有二十個通道,激勵電流輪流對每一個通道訪問,因此激勵電流流經每個通道上熱電阻的時間是瞬時的,不象電橋原理測溫那樣,電流流經熱電阻時發熱引起測量誤差,因此采用四線制接法,配合四線熱電阻，智能衡量前端測量溫度的精度可達到甚至超過目前實驗室的測量精度。
3實際應用
　　由于8m長鎧裝四線熱電阻在煤粉倉溫度測量中第一次應用，我們在查找煤粉倉溫度偏高的原因的過程中,根據以往的經驗，曾經將四線熱電阻誤判斷為雙只熱電阻,也曾懷疑六根熱電阻的性能太差。最后才找到誤差太大的根本原因:施工時安裝人員按如圖3(b)所示接線,這樣6.4Ω(2r)線電阻被加到熱電阻上,造成六個測點顯示溫度比實際溫度高出16個左右的測量誤差。
4結束語
　　雖然8m長鎧裝四線熱電阻只在煤粉倉溫度測點上應用.但類似煤粉倉的容器(如大型罐體、加熱體)在工業生產中卻很多,有的罐體內盛有易燃、易燦的危險品:有的是被加熱的原料,需要嚴格控制其溫度這些容器更需要有正確可靠的溫度測點作為其絕對安全的保障。