摘要:本文主要介绍热电阻在多晶硅生产行业中的应用,即现代自动化程度较高的工业生产中关于热电阻的测量原理,使用的接线方式和校验过程以及热电阻的选型,同时也对热电阻运行过程中出现的问题提出了解决方案,确保生产安全。
关键词:热电阻 接线方式 校验方法 故障与维修
一、概述
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。金属热电阻常用的感温材料种类较多,最常用的是铂丝。工业测量用金属热电阻材料除铂丝外,还有铜、镍、铁、铁-镍等。
二、热电阻在多晶硅中的应用
在多晶硅生产中,温度是非常重要的参数,如果温度控制不当,将对产品的质量造成很大的影响。多晶硅生产过程大多为自动化程度较高的工业生产过程,其温度的测量大多采用热电阻。多晶硅生产的各个工序所要求的温度不同,这就要求采用不同测量范围的热电阻,而不同材料所制成的热电阻的测温范围也不同。热电阻的类别较多,但最长用的热电阻为铂热电阻和铜热电阻。铂热电阻Pt100的测温范围一般在( -200~+850 )℃之间,铜热电阻 (Cu150、Cu100)的测温范围一般在(-50~+150 )℃之间。
热电阻在应用中安装位置也是非常重要的,如果安装位置不佳,将会导致热电阻测量不稳定,测量数据不准确,所以在安装热电阻的时候,应注意:
1)为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近安装热电阻。
2)带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电阻应该有足够的插入深度。对于测量管道中心流体温度的,一般都应将其测量端插入到管道中心处;对于高温高压和高速流体的温度测量,为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻;当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管。
三、接线方式与校验方法
热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件,通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。校验热电阻前,首先要明白接线方式。目前热电阻的接线主要有三种方式
1)二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制:这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻,其大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合,如图1所示
2)三线制:在热电阻根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的,如图2所示。
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3)四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测,如图3所示。
4)热电阻的校验方法
在校验热电阻时,所需的校验设备为:恒温槽、高精度数显表、连接导线(四线制)。首先选取标准热电阻,将标准热电阻和被测热电阻同时插入恒温槽,插入深度一般为300mm左右,将恒温槽温度控制于0度和100度,用导线将数显表和热电阻连接起来,0度和100度测试三次,取平均值,看显示数据,热电阻为PT100、PT20、PT10、PT500、CU50等一系列分度,看0度的显示数据,然后将100度的数据除以0度的数据,得到一个系数。根据这些数据和系数与分度表进行对照,看被测热电阻属于哪个精度等级(A级:+-0.06欧姆,B级:+-0.12欧姆)。
四、常见故障与维修
热电阻的常见故障是热电阻的短路和断路。一般断路更常见,这是因为热电阻丝较细所致。断路和短路是很容易判断的,可用万用表的"欧姆"档,如测得的阻值小于R0,则可能有短路的地方;若万用表指示为无穷大,则可断定电阻体已断路。电阻体短路一般较易处理,只要不影响电阻丝的长短和粗细,找到短路处进行吹干,加强绝缘即可。电阻体的断路修理必然要改变电阻丝的长短而影响电阻值,为此更换新的电阻体为好。若采用焊接修理,焊后要校验合格后才能使用。具体出现的故障及解决方法如下:
1)当温度显示仪表指示值比实际值低或示值不稳定, 可考虑保护管内有金属屑、灰尘、接线柱间脏污及热电阻短路(水滴等),应除去金属,清扫灰尘、水滴等,找到短路点,加强绝缘等;
2)当温度显示仪表显示无穷大。可考虑热电阻或引出线断路及接线端子松开等,应更换电阻体,或焊接及拧紧接线螺丝等;
3)当指示值阻值与温度关系有变化。可考虑热电阻丝材料受腐蚀变质,应更换电阻体(热电阻);
4)当温度显示仪表指示负值。可考虑显示仪表与热电阻接线有错,或热电阻有短路现象,应改正接线,或找出短路处,加强绝缘。
五、小结
总之在测温系统中,为保证温度仪表的准确可靠运行,热电阻的选型,测温范围的选择以及安装和检修质量是非常重要的,不论那一个环节出现差错都会产生很大的测量误差,影响工作人员的判断,造成产品质量的波动。
参考文献:
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论文作者:辛有平1,尹旺旺2,解成松3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
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