Pt100接線錯(cuò)誤將導(dǎo)致顯示控制儀顯示值虛高，本文對(duì)Pt100接線方式及顯示控制儀電阻測(cè)量回路進(jìn)行分析，提出Pt100與顯示控制儀正確的接線方式。

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)主要減速箱均安裝有Pt100鉑熱電阻作為測(cè)溫元件，并通過顯示控制儀將Pt100鉑熱電阻阻值變送為實(shí)際溫度，從而實(shí)現(xiàn)減速箱的油溫保護(hù)。但在實(shí)際使用中，我們發(fā)現(xiàn)顯示控制儀YR-GFC803-01-09-HL-N-T顯示的溫度往往較減速箱實(shí)際油溫(水銀溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果)偏高5-8℃。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，我們發(fā)現(xiàn)主要是由于Pt100鉑熱電阻誤的接線方式引起了測(cè)量誤差。根據(jù)該結(jié)論，我們調(diào)整了Pt100鉑熱電阻的接線方式，成功消除了測(cè)量誤差。

1、Pt100鉑熱電阻測(cè)溫原理
鉑熱電阻的阻值隨溫度的變化而變化，一般情況下，其阻值隨溫度的增加而增大，根據(jù)《GB/T30121-2013工業(yè)鉑熱電阻及鉑感溫元件》其電阻值計(jì)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(shí)的鉑熱電阻阻值，R0為0℃時(shí)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(shí)它的阻值為100歐姆，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。因此，只要測(cè)得Pt100鉑熱電阻的準(zhǔn)確阻值，即可得到Pt100傳感器的所處溫度。

2、鉑熱電阻測(cè)溫誤差分析
由于斗輪堆取料機(jī)及裝船機(jī)均利用Pt00取料，鉑熱電阻實(shí)現(xiàn)減速箱油溫保護(hù)，并將Pt100顯示控制儀YR-GFC803-01-09-HL-N-T高油溫報(bào)警輸出信號(hào)接入機(jī)上的連鎖保護(hù)，因此對(duì)Pt100的測(cè)量精度有一定要求。但在夏季，在環(huán)境溫度較高的條件下，Pt100鉑熱電阻測(cè)溫又虛高，導(dǎo)致斗輪堆取料機(jī)及裝船機(jī)相應(yīng)高油溫故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行，因此，筆者對(duì)該問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與認(rèn)真分析。

在實(shí)際使用中，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(gè)現(xiàn)場(chǎng)，而與Pt100鉑熱電阻配套使用的顯示控制儀YR-GFC803-01-09-HL-N-T則集中安置在斗輪堆取料機(jī)與裝船機(jī)電氣房?jī)?nèi)。顯示控制儀與鉑熱電阻之間敷設(shè)有4×0.5mm2控制電纜，實(shí)際使用2芯，備2芯，電纜長(zhǎng)度約為50米至70米。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)將顯示控制儀臨時(shí)固定在Pt00鉑熱電阻旁邊時(shí)，所測(cè)得的溫度與水銀溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果比較幾乎沒有誤差，一旦將Pt100鉑熱電阻恢復(fù)接入較遠(yuǎn)的顯示控制儀，則誤差隨著電纜長(zhǎng)度的增加而增加。由于Pt100鉑熱電阻的電阻值隨著溫度增加而增加，測(cè)得的電阻值一旦偏大會(huì)導(dǎo)致了Pt100鉑熱電阻測(cè)溫虛高。而在本項(xiàng)目中，正是由于顯示控制儀與Pt100鉑熱電阻之間的電纜本身電阻的阻值較大導(dǎo)致測(cè)量誤差的存在。

3、Pt100鉑熱電阻三線制接線與顯示控制儀電阻測(cè)量回路分析
由于顯示控制儀YR-GFC803-01-09-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，消除該電纜電阻帶來的測(cè)量誤差。以美國(guó)微芯公司(Microchip)的三線制熱電阻測(cè)量方案AN687為例，該方案由恒流源電路、電阻測(cè)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(cè)量回路(圖1)。

圖1 熱電阻三線制接法電阻值測(cè)量方案
①該測(cè)量回路中有恒流源輸入I；
②RTD為所需要測(cè)量的鉑熱電阻，設(shè)RTD鉑熱電阻電壓為VR；
③RW1、RW2、RW3為熱電阻至顯示控制儀的線路等效電阻，由于線路長(zhǎng)度一致，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(cè)量回路，我們可以的得到(VW1+VR+VW3-V_-)/R5=(V--VA3)/R6；由于V_-=V₊=VR+VW3且R5=R6，得VA3=VR；由于該測(cè)量回路輸入為恒流源，測(cè)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(cè)量方案(圖2)成功消除了Pt100測(cè)量回路中Pt100鉑電阻至顯示控制儀的線路電阻帶來的誤差。

圖2  Pt100三線制
而原先港機(jī)廠商提供的接線方案中，雖然采用了三線制顯示控制儀，但實(shí)際接線時(shí)接了兩根線，并在顯示控制儀接線端子處端接了1、1端子(見圖3)，導(dǎo)致測(cè)量回路中RW1近似為零，則VW1也為零，將該結(jié)果代入公式(VW1+VR+VW3-V_-)/R5=(V_--VA3)/R6，得到VA3=VR+RW3，即在測(cè)量回路中代入了測(cè)量回路中線路電阻阻值，導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量結(jié)果虛高。

圖3   現(xiàn)場(chǎng)Pt00實(shí)際接線方案
根據(jù)上述分析結(jié)果，筆者調(diào)整Pt100鉑熱電阻的接線方式，將原有4芯電纜未接入的第三芯投入使用，使Pt100鉑熱電阻的接線方式修正為三線制，即成功的消除了測(cè)溫誤差，保證了Pt100鉑熱電阻測(cè)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。由于電壓表內(nèi)阻較大，測(cè)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(cè)量中得到廣泛應(yīng)用，但是，由于使用成本、接線方便性等因素的制約，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用中，三線制接法的使用更加廣泛。

圖4   Pt100四線制
根據(jù)以上分析，Pt100鉑熱電阻的使用雖然簡(jiǎn)單，但由于測(cè)量回路線路電阻的影響，需要根據(jù)實(shí)際使用情況選擇三線制或四線制接法及相應(yīng)的顯示控制儀，切不可隨意短接顯示控制儀側(cè)的端子，否則必然存在溫度虛高現(xiàn)象。如果實(shí)際使用中已采用兩線制Pt100鉑熱電阻，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境重新布線不便的條件下，也可以考慮測(cè)量出顯示控制儀至Pt100的控制電纜電阻，將該阻值換算為溫度后，可直接在顯示控制儀YR-GFC803-01-09-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(cè)量誤差。

推薦閱讀
Pt100兩線制、三線制和四線制接線對(duì)測(cè)溫精度的影響