摘要：本文主要对铂电阻温度计测量不确定度评定及使用误差进行了分析与探讨，旨在铂电阻温度计在电力系统中的使用准确性。
关键词：铂电阻温度计；测量不确定度评定；使用误差
一、前言
在电力系统中，主变的油温测定对主变的安全使用非常重要。而铂电阻温度计对于测量-200-850℃的温度，在所有温度计中，它的精度是最高，还具有输出信号大、灵敏度高、稳定性好等优点，被广泛应用于主变的油温测定中。但它又容易受很多因素的影响而引入附加误差，使测定数据不准确。为了避免和减少附使用过程中的误差，本文主要对铂电阻温度计测量不确定度评定及使用误差进行了分析与探讨，旨在铂电阻温度计在电力系统中的使用准确性。
二、铂电阻温度计测量不确定度评定分析
在二等标准铂电阻温度计的分度结果中，要给出水三相点电阻值和其他固定点的电阻比值，不确定度分析也是针对水三相点值和其他固定点电阻比。其中，水三相点电阻值是一个直接测量的结果，数字模型是一个简单的线性模型。而其
它固定点的电阻比则是由固定点电阻值除以水三相点值得到。为了描述方便，下文仅以锡固定点电阻比为例。根据规程JJG160-2007，锡点电阻比W。由式（1）得出：Wsn=Rsn/Rtp （1）
式中：Rsn为二等标准铂电阻温度计在锡固定点的电阻值，Ω；Rtp 为二等标准铂电阻温度计在水三相点的电阻值，Ω；在函数中，只有未知数的指数为1，并且未知数不被三角函数等包含的才是线性函数。式（1）中，Rtp的指数为-1，因此式该函数为非线性函数。
由于JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的适用范围是“测量模型为线性模型、可以转化为线性模型或可用线性模型近似的模型”，因此对于非线性函数，“可采用泰勒级数展开并忽略高阶项，将被测量近似为输入量的线性函数。”将式（1）在（Rsn（0）、Rtp（0））点用泰勒级数展开并忽略高阶项后，得：
Wsn=Rsn（0）/Rtp（0）+（Rsn-Rsn（0））/Rtp（0）-（Rtp -Rtp（0））×Rsn（0）/R2tp（0） （2）
式中：Rsn（0）、Rtp（0）分别为二等标准铂电阻温度计在锡固定点和水三相点的测量值，Ω；Rsn和Rtp 的指数为1，该函数为线性函数。
对式（2）分别求出аWsn/аRtp和аWsn/аRsn。
аWsn/аRtp=-Rsn（0）/R2tp（0） （3）
аWsn/аRsn =1/Rtp（0） （4）
根据不确定度传播律公式，被测量估计值Wsn的合成标准不确定度为：
图1、测量电流与自热效应误差的关系（在0℃的拢拌水中）。
（1）铂电阻自热效应的误差。自热效应是由于电流通过电阻产生热量导致温度升高的现象。在给出被检标准铂电阻的Rtp值时，通常应说明是否扣除了自热效应的影响。自热效应是一个可以明确计算的量，不应认为是不确定度分量来源。一般通过铂电阻的电流越大，其灵敏度及其分辨率也越高，由自热效应引起的电能消耗（We）也越大，导致测温误差增大。铂电阻消耗的电能为：We=I2R。若铂电阻为l00Ω，通过的电流分别为10mA和20mA则消耗的电能分别0.1 mW与0.4 mW，由此看出通过的电流不同，引起的自热效应误差的大小也各异。测量电流与自热效应的误差关系如图1所示。
备注：（测量电流，mA）1--保护管（直径lOmm），管内无充坡物；2--保护管（直径4.8mm），管内充坡氧化铝。
因此，在进行高精度测最时，必须注意电流的大小及测量仪表的灵敏度。当铂电阻通过单位电流时，其自热效应引起的误差Δt的关系式为：Δt=KI2R。系数K取决于热电阻的结构，并与环境有关。带保护管的铂电阻在搅拌的水中K=0.012℃/mW，在静止的空气中为0.033℃/mW。当K保持不变时，I增加，Δt则以I2倍增加。所以在工业生产中一定要对铂电阻通过的工作电流进行限制，一般要求不超过6mA，而标准铂电阻温度计在检定时通过的电流不超过1mA，这时自热效应的影响不超过0.1℃，这样可以避免带来太大的附加误差。
（2）内引线误差。铂电阻的引线有两线制、三线制和四线制三种。两线制电阻配线简单，但要带进引线电阻的附加误差，因为铂电阻的内引线一般是银的，而不是铂，所以当内引线与铂电阻丝所处的温度场不同时，将产生引线电阻的附加误差，在使用二线制电阻时应注意引线及导线不宜过长。三线制铂电阻，在测量时可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。在下列条件下：如测量温度范围窄，导线要求长，架线途中温度变化时，必须使用三线制电阻，可以避免引线电阻的影响。在进行检定标准传递等商精度测量时，一定要采用四线制电阻，这种引线方式，不仅可以消除内引线电阻带来的误差，而且可以消除连接导线的误差。
（3）连接导线误差。我们是通过测量铂电阻的阻值变化来得到测爱温度的，但在实际测量过程中，有许多接线端子、连接导线、转换开关等，这些接点产生的接触电阻和导线电阻将影响阻值的测量，产生测量误差。测量时应注意保持接触处干净，接触螺丝要拧紧，连接导线应尽量短些，以减少测量回路中附加电阻的影响，减少测童误差。如果采用直流电桥测量铂电阻的阻值，附加热电势是产生误差的主要原因。用此法测量时，测量者应在测取一次数据后，改变电流方向再次测取数据，取两次数据的平均值作为测量结果，可以消除附加热电势的影响。
（4）插入深度误差。如果插入深度不够，将受安装部位温度的影响而产生误差。误差的大小取决于测温条件及铂电阻的结构。为了消除由插入深度引起的误差，铂电阻的插入深度在减去感温元件的长度后，应为金属保护管的15-20倍，或非金属保护管的10-15倍。如果将直径为4.8mm的恺装铂电阻插入100℃的水蒸气中，由插入深度引起的误差曲线如图2所示。从图中可以看出当L/d>14插入深度/电阻外径>14）时，可以消除铂电阻由插入深度不同引起的误差。
图2、因铠装热电阻插入深度不同引起的误差
四、结语
综上所述，通过对铂电阻在实际测量与使用中的误差来源进行系统分析，从中找出误差产生的原因，可以避免或减少引入误差，对提高铂电阻温度计在电力系统中测量数据的准确性具有重要意义。
参考文献：
[1]JJG160-2007标准铂电阻温度计检定规程[S]
[2]JJF1178-2007用于标铂电阻温度计的固定点装置校准规范[S]
论文作者:周哲玲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/3
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