深度好文:热电阻软击穿故障分析

温度在上业生产流程控制中有着极其重要的作用，温度测量系统为工业生产过程中监测和自动控制提供准确的数据，反映测点中的温度高低，确保生产的安全、经济、高效的运行。温度测量系统主要由温度敏感元件、转换单元和显示或控制单元构成，一般转换单元和显示或控制单元由电子电路完成，其故障分析遵循一般电路分析规律。本文主要对热电阻温度元件的常见故障作简单分析。

热电阻元件工作原理
热电阻元件常用的有铜热电阻和铂热电阻两类，由于这两种金属的电导率跟随温度基本呈线性变化，故采取检测元件阻值的方法达到检测温度的目的。温度元件在温度为0℃时的阻值称为元件的分度号，现在最常见的有Cu50、Pt100两种。

热电阻测温元件常见故障分类
热电阻测温系统工作相对较为稳定可靠，热电阻元件使用周期平均可达2年，一些常见故障可以分为以下4类：
1、断
热电阻元件断路，故障现象一般表现为显示数据正溢出。原因可能是温度元件开路，连接导线接触不良或断开。一般测点振动较大或元件保护套管固定不牢等，可导致系统工作时元件被振断或接头振松，造成此故障的出现。

2、短
温度元件短路，主要是指温度元件的完全或局部短路，故障现象一般表现为温度显示值为负数。温度元件质量差、工作环境振动太大、连接导线短路可造成此故障的出现。

3、穿
穿指热电阻软击穿，故障表现为显示有时正常、有时不正常，不正常现象为跳变或示值不准确，偏离正确值。

4、透
多见于含有流动的固体颗粒的测温环境中，负压时表现为显示值偏离真实值而接近于室温，原因是元件的保护套管被流动的固体介质磨透，因漏风而导致测量温度偏向于室温。如实际温度高于室温，则显示温度低，反之亦然。正压时，会出现检测介质污染元件影响测量的现象。若介质导电，会出现短路的现象；若介质不导电，则现象不明显。

热电阻软击穿的现象
热电阻软击穿后，现象较为奇怪：故障出现时，维护周期有的平均仅有1周，每次维护只要更换元件即可解决问题，但换下来的元件经测量完全正常。即使元件不拆，在运行环境中用万用表测阻值也很正常，测量电阻换算后的温度值与实际值也相对应。整个系统在重新送电的情况下可恢复正常，稍后又出现故障系统不正常时，有时显示为溢出，有时显示不稳定，有时偏低。

热电阻软击穿的特点
通过总结，温度元件软击穿有以下几个重要特点：
1、铂电阻元件质量较差时易出现此故障。经过统计，此类故障占总故障的86%由此可以看出，铂电阻元件质量较差是导致铂电阻软击穿的主要原因。铂电阻元件质量差表现在骨架绝缘低、铂(铜)金属质量差、制作工艺水平低等。

2、热电阻温度元件的工作温度超过其工作范围的上限或在上限附近时易出现此故障。如Pt100若经常工作在500℃的环境中，则发生故障的几率很高。

3、热电阻元件在脱离工作环境后能恢复正常，低温下能正常工作，软击穿故障消失，这是温度元件软击穿的重要特点。

热电阻软击穿的电学机理
热电阻温度元件软击穿后，将失去原有的电学特性。热电阻元件在其正常工作范围内的任一温度下应具有普通电阻的基本特性。在热电阻软击穿后，其U、I曲线不再线性，在电流达到一定值时绝缘下降，热电阻击穿，阻值下降，阻值与温度之间不再具有对应关系。热电阻软击穿元件的实际UI特性图如下图所示。



经过实际测量，已发生软击穿故障的热电阻击穿温度约为350℃，击穿最小电流为0.6-0.8mA不等，一般测量回路的测量电流为.06mA，有的为增强灵敏度，电流甚至达1mA以上，所以对于质量较差的温度元件在温度较高的工作状态下测量回路电流大于.06mA时易出现软击穿故障。当回路电流小于0.6mA时，软击穿现象消失，因为万用表电阻档测量回路电流仅为0.1mA左右，所以用万用表难以检测出软击穿元件的故障。

热电阻测温故障解决办法
根据热电阻测温的各种故障原理做相应处理，见表1

热电阻软击穿的原因及热电阻软击穿故障处理