淺談熱電阻常見故障的分析

摘要：介紹了熱電阻的測量原理及安裝方法，在此基礎上結合生產裝置中經常出現的故障進行了深入分析，并對故障處理進行了詳盡地闡述。
       在煉油化工生產中，溫度是工藝生產及控制中的重要參數，溫度測量的好壞直接影響工藝生產的各項指標。熱電阻是中低溫區常用的一種溫度檢測器，它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精度高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。某石化公司連續重整裝置依據工藝條件和工藝要求使用了大量各種型號的熱電阻。本文依據多年的現場維護經驗，在介紹熱電阻工作原理、安裝要求的基礎上對生產應用中經常出現的故障進行分析，尤其針對重整裝置使用較多的鎧裝熱電阻常見故障進行舉例分析，并得出了相應的處理方法。
1.熱電阻的測量原理、分類及安裝方法
(1)工作原理
       熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。對于絕大多數金屬，電阻隨溫度升高而增大的特性方程為：
Rt=Rto（1+a1t+a2t2+…+antn）
式中：Rt,Rto分別為熱電阻在t℃和t0℃時的電阻值；
a1,a2,......,an為熱電阻的溫度系數（1/℃）。
       溫度系數ai在一定的溫度范圍內，可以近似認為為一個常數，不同的金屬導體，ai取值的范圍不同。通常情況下，它是溫度的函數。由上式可以看出熱電阻和溫度的關系是非線性的，是成二次方、三次方的關系，因二次方、三次方的系數非常小，近似地認為線性關系
(2)熱電阻的安裝要求
       熱電阻通常需配保護套管，套管安裝方式分為螺紋固定式安裝、法蘭安裝和簡單保護套插入安裝。首先安裝套管，注意安裝后要求做到無泄漏，插入熱電阻后連接信號導線。①測溫元件在管道上安裝，應保證測量元件與流體充分接觸，不要在閥門、彎頭及管道和設備的死角附近安裝熱電阻；②如果安裝熱電阻溫度計的管道直徑小于Dg80mm，應將溫度計安裝在加裝的擴大管上；③熱電阻測量元件的工作端應處于管道中流速最大之處；④根據對象選擇合理的插入深度，以減小測量誤差；⑤熱電阻的接線盒蓋應向上，可在保護管外套與保護管之間加裝導熱良好的填充物。
(3)機組熱電阻
       機組預埋式熱電阻測溫原件與常規熱電阻原理相同，尾線可根據要求配置不同的長度。常用于壓縮機的瓦溫測量、電機定子溫度測量等，通常為一用一備。
①機組熱電阻安裝及要求。預埋式熱電阻安裝通常需要機修專業配合拆下機組瓦塊，將熱電阻測量元件端插入瓦塊預制的孔中，如果測量元件尺寸小于開孔的尺寸，可在安裝時涂抹粘固劑以確保電阻安裝牢固。盤好熱電阻尾線后（注意防止轉動設備破壞尾線，同時需注意尾線固定牢固，避免尾線固定不牢發生磨損現象）。
       尾線通過缸體側的開孔引出，采用密封組件密封，注意安裝后應做到無泄漏。目前常用的密封組件由于結構不合理，有時從一個孔引出多根尾線時，容易引起探頭尾線相互絞繞，導致尾線損壞。加之設備長周期運轉，油氣腐蝕會導致密封不好，發生滲油。為避免滲油引發的一系列火災、設備損壞問題，建議采用如下密封結構，可確保長周期生產。

②機組熱電阻安裝注意事項。A.信號導線的絕緣層及護套應避免油漬侵蝕而短路，影響熱電阻的正常工作。B.熱電阻的安裝方法及部位應便于裝、拆、維修。熱電阻周圍應無障礙和便于操作，對于較長的熱電阻，應注意有足夠的空間，可以使熱電阻順利拔出或插入。C.密封組件內的石墨密封件為一次性用品，需做好備件準備。D.在鉗修將軸瓦安裝完畢且尚未扣蓋時再測量一遍熱電阻是否正常，并檢測是否有接地現象。若出現接地現象應更換該熱電阻。E.測溫元件與瓦塊需要粘接劑時，應采用含金屬成份的粘接劑，可確保導熱良好、測溫正確。F.在完成熱電阻與導線的連接后，應將接線盒上的出線孔螺栓擰緊，然后再將接線盒蓋好。
2.常見故障分析
       熱電阻屬于常規測量儀表，現場的使用量與維護量較大，下面是依據長期現場維護經驗總結出的常見故障處理方法。

3.生產中熱電阻的故障分析及處理
       鎧裝熱電阻外保護套管采用不銹鋼材質，內充高密度氧化物絕緣體，具有很強的抗污染性能和優良的機械強度。與普通裝配式熱電阻相比，鎧裝熱電阻具有直徑小、易彎曲、抗震性好、熱響應時間快、使用壽命長的優點，更適用于嚴酷的工況，現已得到廣泛的應用。連續重整裝置大量使用了三線制的鎧裝熱電阻。其常見故障及分析方法如下：
（1）指示偏差。工藝人員經常會反映熱電阻指示偏高或偏低。其故障原因可能是保護管內有金屬屑、灰塵，雨天保護管內進水，或接線端子間有油漬、積灰、臟污。處理方法為除去金屬屑，清掃灰塵，晾干積水，清理接線端子等。
（2）熱電阻套管滲漏或磨穿。生產現場環境惡劣，熱電阻由于長期使用、工況沖刷大。在使用周期后期經常會出現套管砂眼滲漏等情況，維護人員應加強熱電阻的現場監護，一旦發現滲漏，在做好防護措施的前提下及時處理。此外，在檢維修更換安裝新熱電阻時，應確認好測量介質流動方向，合理安裝套管外防護層，延長熱電阻的使用壽命。
（3）故障處理案例解析。熱電阻在生產裝置應用廣泛，掌握其故障分析與處理方法對于儀表維修工來說至關重要，下面介紹一個熱電阻故障分析與處理的典型案例。
①故障現象。TISA2601是重整裝置增壓氫壓縮機高壓缸軸瓦溫度測量點。工藝人員發現該測點發生頻繁波動現象，造成壓縮機高壓缸的軸瓦溫度不能正常監測。TISA2601發生波動時的測量值趨勢圖如圖2所示。

②故障分析與處理。儀表維護人員到現場，測量了故障熱電阻的電阻值，發現電阻值時有時無，判斷故障原因是預埋式熱電阻引出線將斷未斷，造成熱電阻指示波動。經測量發現，該預埋式雙支熱電阻的備線電阻值指示正常，無故障現象，儀表維護人員將備線接入TISA2601測量通道后，儀表指示正常，故障現象消失。
       在停車檢修時儀表維護人員又將壓縮機解體，認真地進行了檢查和分析，發現這支熱電阻斷路的原因是由于熱電阻引線處于壓縮機高壓缸潤滑油回油口的上方由于潤滑油的流動和沖刷，使熱電阻的引線和機殼不斷摩擦，結果使鎧裝層破壞，起不到保護作用，進而造成引線的故障。
       在回裝時，儀表維護人員把熱電阻的引線從潤滑油回油口移開，并且把引線規則地固定牢固，從而徹底解決了問題。
③經驗分享。A.三線制熱電阻有兩根線是短接在一起的，所以在熱電阻與系統AI模塊接線時注意區分三根線就行。通常為1根紅線，2根白線。在處理熱電阻故障無指示問題時，如果兩根白線間電阻無窮大，紅線與其中一根白間電阻值正常則說明有一根白線斷路，若無條件馬上更換備件，可用一根短接線將兩根白線的接線端子短接，代替斷路的這根白線接入系統，該測點也可正常指示。B.因為熱電阻阻值與溫度近似為線性關系，我們可以通過用萬用表測量現場熱電阻一次元件的阻值來估算儀表測量的實際溫度，以Pt100型熱電阻為例，100Ω對應0℃，138.5Ω對應100℃，那么100Ω以上每增加1Ω對應增加2.6℃，以此計算，如果熱電阻阻值為110Ω，實際測量溫度大約26℃，通過此方法可以簡單的判斷熱電阻一次元件的完好性。為保證熱電阻阻值測量的正確性，用萬用表測量阻值前應將熱電阻和系統之間的接線斷開。
4.維護注意事項及保養
（1）使用前，應用萬用表R×1擋檢查電阻值，若萬用表指示“∞”處，則熱電阻已斷路，不能使用。（2）熱電阻應當防潮、防水，否則將造成熱電阻短路。（3）嚴格按計量器具周期檢定計劃送檢，檢定合格后才能使用。（4）使用時要將引出導線與熱電阻接線板街頭螺絲擰緊。（5）注意檢查套管焊口及螺紋處是否有泄漏。（6）注意檢查保護蓋、絲堵、格蘭處密封完好。（7）熱電阻感溫元件抽出保護管后，應將保護管內的銹蝕或油污清除掉；（8）鉑電阻不應用手直接接觸鉑絲，也不應將鉑絲拆下；銅電阻也不應將漆包線從骨架拆下；（9）調整溫度為0時的電阻R0時，R0值的增減應在末端進行。若R0過小，對銅電阻可以焊接同樣線徑的漆包線來增大；對于鉑電阻可用工具輕微拉長來增大；（10）將感溫元件裝入保護管時，若發現引出線過短，對銅電阻可用同樣直徑的銅導線接長；對鉑電阻可用同樣直徑的銀導線接長。
5.總結
       熱電阻是常見且使用廣泛的一種測溫儀表，作為儀表維護工作者來說，具備熱電阻常見故障的分析能力是解決生產中熱電阻故障的必備條件。本文依據多年現場維護經驗，對熱電阻的各種故障現象提出了分析方法以及解決問題的途徑，當然文中難免存在缺陷與不足之處，希望能得到同行的批評指正。