深度好文:熱電阻軟擊穿故障分析

溫度在上業(yè)生產(chǎn)流程控制中有著極其重要的作用，溫度測量系統(tǒng)為工業(yè)生產(chǎn)過程中監(jiān)測和自動控制提供準確的數(shù)據(jù)，反映測點中的溫度高低，確保生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟、高效的運行。溫度測量系統(tǒng)主要由溫度敏感元件、轉(zhuǎn)換單元和顯示或控制單元構(gòu)成，一般轉(zhuǎn)換單元和顯示或控制單元由電子電路完成，其故障分析遵循一般電路分析規(guī)律。本文主要對熱電阻溫度元件的常見故障作簡單分析。

熱電阻元件工作原理
熱電阻元件常用的有銅熱電阻和鉑熱電阻兩類，由于這兩種金屬的電導(dǎo)率跟隨溫度基本呈線性變化，故采取檢測元件阻值的方法達到檢測溫度的目的。溫度元件在溫度為0℃時的阻值稱為元件的分度號，現(xiàn)在最常見的有Cu50、Pt100兩種。

熱電阻測溫元件常見故障分類
熱電阻測溫系統(tǒng)工作相對較為穩(wěn)定可靠，熱電阻元件使用周期平均可達2年，一些常見故障可以分為以下4類：
1、斷
熱電阻元件斷路，故障現(xiàn)象一般表現(xiàn)為顯示數(shù)據(jù)正溢出。原因可能是溫度元件開路，連接導(dǎo)線接觸不良或斷開。一般測點振動較大或元件保護套管固定不牢等，可導(dǎo)致系統(tǒng)工作時元件被振斷或接頭振松，造成此故障的出現(xiàn)。

2、短
溫度元件短路，主要是指溫度元件的完全或局部短路，故障現(xiàn)象一般表現(xiàn)為溫度顯示值為負數(shù)。溫度元件質(zhì)量差、工作環(huán)境振動太大、連接導(dǎo)線短路可造成此故障的出現(xiàn)。

3、穿
穿指熱電阻軟擊穿，故障表現(xiàn)為顯示有時正常、有時不正常，不正常現(xiàn)象為跳變或示值不準確，偏離正確值。

4、透
多見于含有流動的固體顆粒的測溫環(huán)境中，負壓時表現(xiàn)為顯示值偏離真實值而接近于室溫，原因是元件的保護套管被流動的固體介質(zhì)磨透，因漏風而導(dǎo)致測量溫度偏向于室溫。如實際溫度高于室溫，則顯示溫度低，反之亦然。正壓時，會出現(xiàn)檢測介質(zhì)污染元件影響測量的現(xiàn)象。若介質(zhì)導(dǎo)電，會出現(xiàn)短路的現(xiàn)象；若介質(zhì)不導(dǎo)電，則現(xiàn)象不明顯。

熱電阻軟擊穿的現(xiàn)象
熱電阻軟擊穿后，現(xiàn)象較為奇怪：故障出現(xiàn)時，維護周期有的平均僅有1周，每次維護只要更換元件即可解決問題，但換下來的元件經(jīng)測量完全正常。即使元件不拆，在運行環(huán)境中用萬用表測阻值也很正常，測量電阻換算后的溫度值與實際值也相對應(yīng)。整個系統(tǒng)在重新送電的情況下可恢復(fù)正常，稍后又出現(xiàn)故障系統(tǒng)不正常時，有時顯示為溢出，有時顯示不穩(wěn)定，有時偏低。

熱電阻軟擊穿的特點
通過總結(jié)，溫度元件軟擊穿有以下幾個重要特點：
1、鉑電阻元件質(zhì)量較差時易出現(xiàn)此故障。經(jīng)過統(tǒng)計，此類故障占總故障的86%由此可以看出，鉑電阻元件質(zhì)量較差是導(dǎo)致鉑電阻軟擊穿的主要原因。鉑電阻元件質(zhì)量差表現(xiàn)在骨架絕緣低、鉑(銅)金屬質(zhì)量差、制作工藝水平低等。

2、熱電阻溫度元件的工作溫度超過其工作范圍的上限或在上限附近時易出現(xiàn)此故障。如Pt100若經(jīng)常工作在500℃的環(huán)境中，則發(fā)生故障的幾率很高。

3、熱電阻元件在脫離工作環(huán)境后能恢復(fù)正常，低溫下能正常工作，軟擊穿故障消失，這是溫度元件軟擊穿的重要特點。

熱電阻軟擊穿的電學(xué)機理
熱電阻溫度元件軟擊穿后，將失去原有的電學(xué)特性。熱電阻元件在其正常工作范圍內(nèi)的任一溫度下應(yīng)具有普通電阻的基本特性。在熱電阻軟擊穿后，其U、I曲線不再線性，在電流達到一定值時絕緣下降，熱電阻擊穿，阻值下降，阻值與溫度之間不再具有對應(yīng)關(guān)系。熱電阻軟擊穿元件的實際UI特性圖如下圖所示。



經(jīng)過實際測量，已發(fā)生軟擊穿故障的熱電阻擊穿溫度約為350℃，擊穿最小電流為0.6-0.8mA不等，一般測量回路的測量電流為.06mA，有的為增強靈敏度，電流甚至達1mA以上，所以對于質(zhì)量較差的溫度元件在溫度較高的工作狀態(tài)下測量回路電流大于.06mA時易出現(xiàn)軟擊穿故障。當回路電流小于0.6mA時，軟擊穿現(xiàn)象消失，因為萬用表電阻檔測量回路電流僅為0.1mA左右，所以用萬用表難以檢測出軟擊穿元件的故障。

熱電阻測溫故障解決辦法
根據(jù)熱電阻測溫的各種故障原理做相應(yīng)處理，見表1

熱電阻軟擊穿的原因及熱電阻軟擊穿故障處理