[发明专利]通过PN结温度传感器对电力变压器温度的监测方法

说明书

技术领域

本发明属于机电力测量设备领域，尤其是一种通过PN结温度传感器对电力变压器温度的监测方法。

背景技术

电力变压器是电力系统运行的核心设备之一，变压器温度的高低直接关系到变压器的使用寿命和安全运行。因此要对变压器温度进行监测，使其不超过允许值。现在变压器上广泛应用的温度仪表有压力式温度计、铂热电阻温度计等。

铂热电阻温度计虽具有适合于远传，测温精度较高等优点，但也存在易受线路电阻影响，造成较大误差的缺点。温度传感器在测量过程中的主要误差来源:传感器对分度表的误差,绝缘不良引起的误差,线路电阻引起的误差,测量仪表的误差以及传热误差,动态相应误差,干扰误差等;其中有些误差是在一定条件下才会出现,并且通过一定措施是可以消除和减小的。

在温度测量与控制系统中热电偶﹑铂热电阻﹑热敏电阻用得较多，PN结温度传感器是近期新产品。它们的各自特性如下：

1．热电偶——测温范围宽，重复性好，但灵敏度低，需要线性补偿，参考温场与补偿导线。

2．铂热电阻——稳定性好，灵敏度较高,，测温范围宽，但需要线性补偿，体积较大，热惯性大，价格较贵。

3．热敏电阻——体积小，灵敏度高，价格低，但线性度很差，互换性也差。

导体的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：①电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。②电阻率高，热容量小，反应速度快。③材料的复现性和工艺性好，价格低。④在测温范围内化学物理特性稳定。目前，在工业中应用最广的铂和铜，已制作成标准测温热电阻。在电力行业也在广泛使用铂热电阻。

铂热电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铂热电阻值所对应的温度值，当被测介质中存在温度梯度时，所测量的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。

铂热电阻与温度之间的关系接近于线性，在0～630.74℃范围内可用下式表示Rt＝R0(1+At+Bt2)，在-190～0℃范围内为Rt＝R0(1+At+Bt2+C(t-100)t3) 。式中：RO、Rt为温度0°及t°时铂热电阻的电阻值，t为任意温度，A、B、C为温度系数，由实验确定，A＝3.9083×10-3/℃，B＝-5.775×10-7／℃-2，C＝-4.183×10-l2/℃-4。由公式可看出，当R0值不同时，在同样温度下，其Rt值也不同。

在测温精度要求不高，且测温范围比较小的情况下，可采用铜热电阻做成热电阻材料代替铂热电阻。在-50～150℃的温度范围内，铜热电阻与温度成线性关系，其热电阻与温度关系的表达式为Rt＝R0(1+At)，式中，A＝4.25×10-3～4.28×10-3℃为铜热电阻的温度系数。

热电阻温度传感器的测量由于是以电阻值来代表温度的变化，为了尽肯可能只反映热电阻本身的电阻值变化，消除其他电阻值引入的误差，因此热电阻温度传感器的测量有两线制、三线制、四线制几种接线方式。

两线制：传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。

三线制：要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂热电阻的电路一般是不平衡电桥，铂热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，通过计算可知，Rt=R1R3/R2+R1r/R2-r,当R1=R2时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，但是必须为全等臂电桥，否则不可能完全消除导线电阻的影响，但分析可见，采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差，工业上一般都采用三线制接法。 

四线制：当测量电阻数值很小时，测试线的电阻可能引入明显误差，四线测量用两条附加测试线提供恒定电流，另两条测试线测量未知电阻的电压降，在电压表输入阻抗足够高的条件下，电流几乎不流过电压表，这样就可以精确测量未知电阻上的压降，通过计算得出电阻值。