Pt100接線錯誤與表現(xiàn)控制儀測量回路分析

Pt100接線錯誤將導(dǎo)致表現(xiàn)控制儀表現(xiàn)值虛高，本文對Pt100接線體例及表現(xiàn)控制儀測量回路進(jìn)行分析，提出Pt100與表現(xiàn)控制儀精確的接線體例。

筆者所在寧波港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司的斗輪堆取料機(jī)與裝船機(jī)重要減速箱均安裝有Pt100鉑熱電阻作為測溫元件，并通過表現(xiàn)控制儀將Pt100鉑熱電阻阻值變送為現(xiàn)實(shí)溫度，從而實(shí)現(xiàn)減速箱的油溫珍愛。但在現(xiàn)實(shí)使用中，我們發(fā)現(xiàn)中儀表現(xiàn)控制儀ZY-C803-01-09-HL-N-T表現(xiàn)的溫度每每較減速箱現(xiàn)實(shí)油溫(水銀溫度計測量效果)偏高5-8℃。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，我們發(fā)現(xiàn)重要是因?yàn)镻t100鉑熱電阻誤的接線體例引起了測量偏差。根據(jù)該結(jié)論，我們調(diào)整了Pt100鉑熱電阻的接線體例，成功消弭了測量偏差。

1、Pt100鉑熱電阻測溫原理

鉑熱電阻的阻值隨溫度的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，一樣平常情況下，其阻值隨溫度的增長而增大，根據(jù)《GB/T30121-2013工業(yè)鉑熱電阻及鉑感溫元件》其電阻值計算公式為：
-200＜t＜0℃，Rt=R0[1+At+Bt2+C(T-100)t3]
0≤t小于850℃，Rt=R0(1+At+Bt2)
其中t為鉑熱電阻溫度，Rt為t℃時的鉑熱電阻阻值，R0為0℃時的阻值。公式中的A、B、C為常數(shù)，其數(shù)值為別為：A=3.9083×10-3、B=-5.775×10-7、C=-4.183×10-12。
而Pt100鉑熱電阻，即是其在0℃時它的阻值為100歐姆，在100℃時它的阻值約為138.5歐姆。因此，只要測得Pt100鉑熱電阻的正確阻值，即可得到Pt100傳感器的所處溫度。

2、鉑熱電阻測溫偏差分析

因?yàn)槎份喍讶×蠙C(jī)及裝船機(jī)均行使Pt00取料，鉑熱電阻實(shí)現(xiàn)減速箱油溫珍愛，并將Pt100表現(xiàn)控制儀ZY-C803-01-09-HL-N-T高油溫報警輸出信號接入機(jī)上的連鎖珍愛，因此對Pt100的測量精度有肯定要求。但在夏日，在環(huán)境溫度較高的條件下，Pt100鉑熱電阻測溫又虛高，導(dǎo)致斗輪堆取料機(jī)及裝船機(jī)響應(yīng)高油溫故障頻發(fā)，緊張影響設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，筆者對該題目進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與認(rèn)真分析。
在現(xiàn)實(shí)使用中，斗輪堆取料機(jī)與裝船機(jī)Pt100鉑熱電阻均隨減速箱布置在各個現(xiàn)場，而與Pt100鉑熱電阻配套使用的表現(xiàn)控制儀ZY-C803-01-09-HL-N-T則集中安置在斗輪堆取料機(jī)與裝船機(jī)電氣房內(nèi)。表現(xiàn)控制儀與鉑熱電阻之間敷設(shè)有4×0.5mm2控制電纜，現(xiàn)實(shí)使用2芯，備2芯，電纜長度約為50米至70米。通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)將表現(xiàn)控制儀一時固定在Pt00鉑熱電阻旁邊時，所測得的溫度與水銀溫度計測量效果比較幾乎沒有偏差，一旦將Pt100鉑熱電阻恢復(fù)接入較遠(yuǎn)的表現(xiàn)控制儀，則偏差隨著電纜長度的增長而增長。因?yàn)镻t100鉑熱電阻的電阻值隨著溫度增長而增長，測得的電阻值一旦偏大會導(dǎo)致了Pt100鉑熱電阻測溫虛高。而在本項(xiàng)目中，正是因?yàn)楸憩F(xiàn)控制儀與Pt100鉑熱電阻之間的電纜自己電阻的阻值較大導(dǎo)致測量偏差的存在。

3、Pt100鉑熱電阻三線制接線與表現(xiàn)控制儀電阻測量回路分析

因?yàn)楸憩F(xiàn)控制儀ZY-C803-01-09-HL-N-T與Pt100鉑熱電阻之間的電纜電阻客觀存在，因此必須采取合理的技術(shù)方案，消弭該電纜電阻帶來的測量偏差。以美國微芯公司(Microchip)的三線制熱電阻測量方案AN687為例，該方案由恒流源電路、電阻測量回路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、濾波增益回路、單片機(jī)等組成，我們重點(diǎn)分析比較其中的電阻測量回路。
熱電阻三線制接法電阻值測量方案
①該測量回路中有恒流源輸入I；
②RTD為所必要測量的鉑熱電阻，設(shè)RTD鉑熱電阻電壓為VR；
③RW1、RW2、RW3為熱電阻至表現(xiàn)控制儀的線路等效電阻，因?yàn)榫€路長度同等，RW1=RW2=RW3，設(shè)三段線路電壓分為為VW1、VW2、VW3；
④設(shè)運(yùn)算放大器A3反向輸入端電壓為V-，同相輸入端電壓為V+，輸出端電壓為VA3。根據(jù)測量回路，我們可以的得到(VW1+VR+VW3-V-)/R5=(V--VA3)/R6；因?yàn)閂-=V+=VR+VW3且R5=R6，得VA3=VR；因?yàn)樵摐y量回路輸入為恒流源，測得運(yùn)算方法器A3的輸出端VA3，即得到VR電壓并換算得到RTD電阻值，該阻值進(jìn)一步處理即可得到熱電阻溫度。由此可見該三線制測量方案(圖2)成功消弭了Pt100測量回路中Pt100鉑電阻至表現(xiàn)控制儀的線路電阻帶來的偏差。
Pt100三線制
而原先港機(jī)廠商提供的接線方案中，雖然采用了三線制表現(xiàn)控制儀，但現(xiàn)實(shí)接線時接了兩根線，并在表現(xiàn)控制儀接線端子處端接了1、1端子(見圖3)，導(dǎo)致測量回路中RW1近似為零，則VW1也為零，將該效果代入公式(VW1+VR+VW3-V-)/R5=(V--VA3)/R6，得到VA3=VR+RW3，即在測量回路中代入了測量回路中線路電阻阻值，導(dǎo)致整個測量效果虛高。
現(xiàn)場Pt00現(xiàn)實(shí)接線方案
根據(jù)上述分析效果，筆者調(diào)整Pt100鉑熱電阻的接線體例，將原有4芯電纜未接入的第三芯投入使用，使Pt100鉑熱電阻的接線體例修正為三線制，即成功的消弭了測溫偏差，保證了Pt100鉑熱電阻測溫精度。

4、Pt100鉑熱電阻四線制接法分析

Pt100鉑熱電阻的四線制接法，也是一種理想接法(見圖4)。鉑熱電阻四線制接法在該方案中，只要通過1、4端子給鉑熱電阻輸入一恒流電流I，并將2、3端子接入電壓表。因?yàn)殡妷罕韮?nèi)阻較大，測得的電壓即為鉑熱電阻電壓，該電壓除去電流I后就可以得到鉑熱電阻阻值。四線制接法以其高精度在實(shí)驗(yàn)室溫度測量中得到廣泛應(yīng)用，但是，因?yàn)槭褂贸杀尽⒔泳€方便性等因素的制約，在工業(yè)現(xiàn)場現(xiàn)實(shí)使用中，三線制接法的使用更加廣泛。
Pt100四線制
根據(jù)以上分析，Pt100鉑熱電阻的使用雖然簡單，但因?yàn)闇y量回路線路電阻的影響，必要根據(jù)現(xiàn)實(shí)使用情況選擇三線制或四線制接法及響應(yīng)的表現(xiàn)控制儀，切不可隨意短接表現(xiàn)控制儀側(cè)的端子，否則必然存在溫度虛高征象。假如現(xiàn)實(shí)使用中已采用兩線制Pt100鉑熱電阻，且現(xiàn)場環(huán)境重新布線未便的條件下，也可以考慮測量出表現(xiàn)控制儀至Pt100的控制電纜電阻，將該阻值換算為溫度后，可直接在表現(xiàn)控制儀ZY-C803-01-09-HL-N-T上通過Pb1參數(shù)，直接減去該部分溫度，抵消線路電阻帶來的測量偏差。