Pt100接线错误与表现控制仪测量回路分析

Pt100接线错误将导致表现控制仪表现值虚高，本文对Pt100接线体例及表现控制仪测量回路进行分析，提出Pt100与表现控制仪精确的接线体例。

笔者所在宁波港股份有限公司北仑矿石码头分公司的斗轮堆取料机与装船机重要减速箱均安装有Pt100铂热电阻作为测温元件，并通过表现控制仪将Pt100铂热电阻阻值变送为现实温度，从而实现减速箱的油温珍爱。但在现实使用中，我们发现中仪表现控制仪ZY-C803-01-09-HL-N-T表现的温度每每较减速箱现实油温(水银温度计测量效果)偏高5-8℃。经过实验分析，我们发现重要是因为Pt100铂热电阻误的接线体例引起了测量偏差。根据该结论，我们调整了Pt100铂热电阻的接线体例，成功消弭了测量偏差。

1、Pt100铂热电阻测温原理

铂热电阻的阻值随温度的转变而转变，一样平常情况下，其阻值随温度的增长而增大，根据《GB/T30121-2013工业铂热电阻及铂感温元件》其电阻值计算公式为：
-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为铂热电阻温度，Rt为t℃时的铂热电阻阻值，R0为0℃时的阻值。公式中的A、B、C为常数，其数值为别为：A=3.9083×10-3、B=-5.775×10-7、C=-4.183×10-12。
而Pt100铂热电阻，即是其在0℃时它的阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。因此，只要测得Pt100铂热电阻的正确阻值，即可得到Pt100传感器的所处温度。

2、铂热电阻测温偏差分析

因为斗轮堆取料机及装船机均行使Pt00取料，铂热电阻实现减速箱油温珍爱，并将Pt100表现控制仪ZY-C803-01-09-HL-N-T高油温报警输出信号接入机上的连锁珍爱，因此对Pt100的测量精度有肯定要求。但在夏日，在环境温度较高的条件下，Pt100铂热电阻测温又虚高，导致斗轮堆取料机及装船机响应高油温故障频发，紧张影响设备的正常运行，因此，笔者对该题目进行了实验与认真分析。
在现实使用中，斗轮堆取料机与装船机Pt100铂热电阻均随减速箱布置在各个现场，而与Pt100铂热电阻配套使用的表现控制仪ZY-C803-01-09-HL-N-T则集中安置在斗轮堆取料机与装船机电气房内。表现控制仪与铂热电阻之间敷设有4×0.5mm2控制电缆，现实使用2芯，备2芯，电缆长度约为50米至70米。通过现场实验，可以发现将表现控制仪一时固定在Pt00铂热电阻旁边时，所测得的温度与水银温度计测量效果比较几乎没有偏差，一旦将Pt100铂热电阻恢复接入较远的表现控制仪，则偏差随着电缆长度的增长而增长。因为Pt100铂热电阻的电阻值随着温度增长而增长，测得的电阻值一旦偏大会导致了Pt100铂热电阻测温虚高。而在本项目中，正是因为表现控制仪与Pt100铂热电阻之间的电缆自己电阻的阻值较大导致测量偏差的存在。

3、Pt100铂热电阻三线制接线与表现控制仪电阻测量回路分析

因为表现控制仪ZY-C803-01-09-HL-N-T与Pt100铂热电阻之间的电缆电阻客观存在，因此必须采取合理的技术方案，消弭该电缆电阻带来的测量偏差。以美国微芯公司(Microchip)的三线制热电阻测量方案AN687为例，该方案由恒流源电路、电阻测量回路、模数转换电路、滤波增益回路、单片机等组成，我们重点分析比较其中的电阻测量回路。
热电阻三线制接法电阻值测量方案
①该测量回路中有恒流源输入I；
②RTD为所必要测量的铂热电阻，设RTD铂热电阻电压为VR；
③RW1、RW2、RW3为热电阻至表现控制仪的线路等效电阻，因为线路长度同等，RW1=RW2=RW3，设三段线路电压分为为VW1、VW2、VW3；
④设运算放大器A3反向输入端电压为V-，同相输入端电压为V+，输出端电压为VA3。根据测量回路，我们可以的得到(VW1+VR+VW3-V-)/R5=(V--VA3)/R6；因为V-=V+=VR+VW3且R5=R6，得VA3=VR；因为该测量回路输入为恒流源，测得运算方法器A3的输出端VA3，即得到VR电压并换算得到RTD电阻值，该阻值进一步处理即可得到热电阻温度。由此可见该三线制测量方案(图2)成功消弭了Pt100测量回路中Pt100铂电阻至表现控制仪的线路电阻带来的偏差。
Pt100三线制
而原先港机厂商提供的接线方案中，虽然采用了三线制表现控制仪，但现实接线时接了两根线，并在表现控制仪接线端子处端接了1、1端子(见图3)，导致测量回路中RW1近似为零，则VW1也为零，将该效果代入公式(VW1+VR+VW3-V-)/R5=(V--VA3)/R6，得到VA3=VR+RW3，即在测量回路中代入了测量回路中线路电阻阻值，导致整个测量效果虚高。
现场Pt00现实接线方案
根据上述分析效果，笔者调整Pt100铂热电阻的接线体例，将原有4芯电缆未接入的第三芯投入使用，使Pt100铂热电阻的接线体例修正为三线制，即成功的消弭了测温偏差，保证了Pt100铂热电阻测温精度。

4、Pt100铂热电阻四线制接法分析

Pt100铂热电阻的四线制接法，也是一种理想接法(见图4)。铂热电阻四线制接法在该方案中，只要通过1、4端子给铂热电阻输入一恒流电流I，并将2、3端子接入电压表。因为电压表内阻较大，测得的电压即为铂热电阻电压，该电压除去电流I后就可以得到铂热电阻阻值。四线制接法以其高精度在实验室温度测量中得到广泛应用，但是，因为使用成本、接线方便性等因素的制约，在工业现场现实使用中，三线制接法的使用更加广泛。
Pt100四线制
根据以上分析，Pt100铂热电阻的使用虽然简单，但因为测量回路线路电阻的影响，必要根据现实使用情况选择三线制或四线制接法及响应的表现控制仪，切不可随意短接表现控制仪侧的端子，否则必然存在温度虚高征象。假如现实使用中已采用两线制Pt100铂热电阻，且现场环境重新布线未便的条件下，也可以考虑测量出表现控制仪至Pt100的控制电缆电阻，将该阻值换算为温度后，可直接在表现控制仪ZY-C803-01-09-HL-N-T上通过Pb1参数，直接减去该部分温度，抵消线路电阻带来的测量偏差。