唐治林 杨宏波 谯兵
重庆川仪十七厂有限公司 重庆市 400700
摘要：针对常见热电阻型隔离安全栅存在的抗干扰性差、集成度低、功能单一等问题，设计了一种矿用多功能热电阻型隔离安全栅。该安全栅利用带有２路互相隔离输出的ＤＣ／ＤＣ隔离电源模块分别为安全侧和危险侧电路供电，结合信号的光耦隔离实现供电侧、危险侧和安全侧的三端隔离，具有热电阻二次非线性误差修正、热电阻传感器断线故障报警、带迟滞的高温报警及电压电流信号输出转换等功能。样机测试结果表明：２路热电阻可同时工作，阈值比较电路动作稳定；随着输入温度升高，输出电流基本呈线性增加，线性度高达0.15％，对应模拟量输出传输处理误差低于0.5％，符合相关规定要求；有效抑制了尖峰脉冲及各种噪声的干扰，具有较好的抗干扰性；最大相对误差仅为0.667％，低于同类型的ＸＸ6071型安全栅。实际应用结果验证了该安全栅温度测量结果准确，高温报警动作稳定，满足矿用电气设备的实际应用需求。
关键词：防漏端面；热电阻；研究
引言
在炼油化工生产中，温度是工艺生产及控制中的重要参数，温度测量的好坏直接影响工艺生产的各项指标。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，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。某石化公司连续重整装置依据工艺条件和工艺要求使用了大量各种型号的热电阻。本文依据多年的现场维护经验，在介绍热电阻工作原理、安装要求的基础上对生产应用中经常出现的故障进行分析，尤其针对重整装置使用较多的铠装热电阻常见故障进行举例分析，并得出了相应的处理方法。
1热电阻型隔离总体设计
矿用多功能热电阻型隔离安全栅由热电阻信号检测电路、阈值比较电路、电压电流转换电路、线性光耦隔离电路、限能电路等组成。其利用带有２路互相隔离输出的ＤＣ／ＤＣ隔离电源模块分别为安全侧和危险侧电路供电，结合信号的光耦隔离实现供电侧、危险侧和安全侧的三端隔离。热电阻信号检测电路实现热电阻二次非线性误差修正及热电阻传感器断线故障报警功能。阈值比较电路实现带有迟滞比较功能的高温报警，并通过继电器输出开关量。电压电流转换电路用于信号类型转换，实现０～５Ｖ信号和４～２０ｍＡ信号的输出，以兼容不同控制系统模拟量输入要求。线性光耦隔离电路采用ＨＣＮＲ２０１线性光耦实现稳定的模拟量信号隔离传送，光耦隔离电路实现对开关量信号的隔离。限能电路利用快速熔断器、瞬态抑制二极管及限流电阻等元件实现危险侧输入本安保护，保证安全侧能量不会窜入危险侧。
2生产中热电阻的故障分析及处理
热电阻外保护套管采用不锈钢材质，内充高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性能和优良的机械强度。与普通装配式热电阻相比，铠装热电阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长的优点，更适用于严酷的工况，现已得到广泛的应用。连续重整装置大量使用。
2.1指示偏差
工艺人员经常会反映热电阻指示偏高或偏低。其故障原因可能是保护管内有金属屑、灰尘，雨天保护管内进水，或接线端子间有油渍、积灰、脏污。处理方法为除去金属屑，清扫灰尘，晾干积水，清理接线端子等。
2.2热电阻套管渗漏或磨穿
生产现场环境恶劣，热电阻由于长期使用、工况冲刷大。在使用周期后期经常会出现套管砂眼渗漏等情况，维护人员应加强热电阻的现场监护，一旦发现渗漏，在做好防护措施的前提下及时处理。此外，在检维修更换安装新热电阻时，应确认好测量介质流动方向，合理安装套管外防护层，延长热电阻的使用寿命。
2.3故障处理案例解析
热电阻在生产装置应用广泛，掌握其故障分析与处理方法对于仪表维修工来说至关重要，下面介绍一个热电阻故障分析与处理的典型案例。①故障现象。TISA2601是重整装置增压氢压缩机高压缸轴瓦温度测量点。工艺人员发现该测点发生频繁波动现象，造成压缩机高压缸的轴瓦温度不能正常监测。
３ 测试验证
3.1 样机测试结果
在实验室完成了样机调试，测试了矿用多功能热电阻型隔离安全栅的各种功能。结果表明，２路热电阻可同时工作，阈值比较电路动作稳定。设温度阈值为６０℃，温度滞回区间为５７～６３℃，对２５～７５℃范围内的１６个温度点下安全栅输出电流进行检测。
3.2 性能对比分析
选取一种外形及大小与测试样机均相同的ＸＸ６０７１型热电阻型隔离式安全栅进行对比。在２级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验条件下，即在电源模块输入端引入电压峰值为１ｋＶ、重复频率为５ｋＨｚ的脉冲群，采用可调电位器（阻值调节范围为１００～１５０Ω，间隔为５Ω）作为输入，比较测试样机与ＸＸ６０７１型安全栅的性能，其中最大相对误差指实际测量值与理论计算值相对误差的最大值。
3.3经验分享
三线制热电阻有两根线是短接在一起的，所以在热电阻与系统AI模块接线时注意区分三根线就行。通常为1根红线，2根白线。在处理热电阻故障无指示问题时，如果两根白线间电阻无穷大，红线与其中一根白线间电阻值正常则说明有一根白线断路，若无条件马上更换备件，可用一根短接线将两根白线的接线端子短接，代替断路的这根白线接入系统，该测点也可正常指示。B.因为热电阻阻值与温度近似为线性关系，我们可以通过用万用表测量现场热电阻一次元件的阻值来估算仪表测量的实际温度，以Pt100型热电阻为例，100Ω对应0℃，138.5Ω对应100℃，那么100Ω以上每增加1Ω对应增加2.6℃，以此计算，如果热电阻阻值为110Ω，实际测量温度大约26℃，通过此方法可以简单的判断热电阻一次元件的完好性。为保证热电阻阻值测量的准确性，用万用表测量阻值前应将热电阻和系统之间的接线断开。
结语
综合上述，温度点为0℃和100℃，这两个温度点基本覆盖了规程对被检铂热电阻的测量范围。在0℃时允差为±0．30℃，评定的扩展不确定度为0．05℃，在100℃时允差为±0．80℃，评定的扩展不确定度为0．07℃，由上述数据可得其扩展不确定度都不大于被检热电阻允许误差绝对值的1/4，满足规程对于计量器具控制的选用要求，测量结果可信。在此次评定中发现不确定度数值较大的分量来自于电测设备，也就是说电测设备是此次不确定度评定的主要来源，因此在检定铂电阻的过程中要密切关注电测设备，首先应保证电测设备在工作时始终处在符合其环境条件要求的工作场所，一般应保证温度在(20±2)℃，相对湿度在(45～75)%ＲH范围内，周围无振动无电磁干扰。其次按照电测设备说明书的要求对其进行定期保养和维护，使用时认真填写运行使用记录，及时发现运行过程中的影响准确度的隐患。要定期对电测设备进行溯源校准和期间核查，频繁使用时更要加大期间核查的频次。为保证检定结果的可信度，除了对电测设备进行必要关注外，标准温度计属精密测量仪器，在放置和拿取的过程中应轻拿轻放。另外在放置标准铂电阻和被检铂电阻时还要保证它们在恒温槽中有足够的深度，使其热损失尽可能小。注意到以上几个因素并在日常检定工作中认真执行就能保证测量结果的准确可靠。
参考文献
［１］任慧．矿用刮板输送机状态监测信号隔离安全栅的开发与应用［Ｄ］．太原：太原理工大学，２０１４
［２］ 岳周，冯伟．新型信号隔离器和安全栅的特点及扩展应用［Ｊ］．自动化仪表，２００７，２８（增刊１）：４０－４２．
［３］ 曲阳，王建辉，徐林，等．现场总线本质安全概念安全栅的研究开发［Ｊ］．仪器仪表学报，２００６，２７（９）：１００４－１００７．