一种高精度温差测量系统

　　1　引　言

　　在采用联合制碱工艺生产纯碱和氯化铵的流程中,在氯化铵结晶系统的外冷器内通过液氨与母液间接换热,使母液温度降低,然后在结晶器内将氯化铵结晶析出。外冷器母液进、出口的温差是否能保持在合适的范围内,直接决定外冷器生产作业周期的长短、氯化铵结晶质量的好坏和外冷器冷量消耗的大小,因此是氯化铵生产过程中一个非常重要的指标。但由于外冷器母液的工作温度一般在6.5~9℃(设计值为7℃),其进、出口的温差仅0.4~0.8℃(设计值为0.5℃)。如果采用常规的工业铂热电阻测量温度的办法来测量该温差,需在外冷器进、出口处各安装一支热电阻,分别测得母液进、出口的温度,然后通过二次仪表将这两个温度相减,从而求得其温差。根据国际温标(“ITS-90”)的规定,A级热电阻的容许误差为:

　　|δt|=0.15+0.2% | t | (℃)

　　按外冷器母液的正常工作温度为7℃计算,单点的测量误差的绝对值即达0.164℃。如果这两支热电阻的误差值的大小相同、并且误差的方向也相同(即两支热电阻完全匹配,并且其连接电缆的所有参数也完全相同),那么通过二次仪表将这两个温度相减,从而求得的温差值是能满足要求的。但如果两支热电阻的误差方向相反,则相减的结果误差可达0.328℃(这还不包括两支热电阻的连接电缆的参数误差造成的附加影响)。该误差达到真实温差值的60%以上,可见这个测量结果是无法用于外冷器母液进、出口温差的测量与自动控制。因此该温差测量多年来一直是联碱行业未能解决的一个难题。

　　2　影响测量精度的因素分析和高精度测量系统的技术要点

　　(1)测量系统的误差构成分析。

　　在用铂热电阻测量温差的系统中,系统误差主要由以下几个部分构成:①热电阻阻值(Rt)的误差δRt;②两根连接电缆的电阻值误差及其温度漂移误差δL;③温差测量仪表的误差δm。

　　此外,还有工业现场各种电磁干扰引起的误差。但这种误差在测量系统各单元正确安装(尤其是正确地进行屏蔽接地和电源接地)的情况下,这种干扰应是偶然的,幅值较小。

　　上述三部分误差中,δL通过采用相同特性参数(从同一卷电缆中截取)、相同长度、将两根电缆并行屏蔽安装等措施,可以使两根电缆产生的附加测量误差基本上相互抵消。测量仪表的误差和测温元件(铂热电阻)的误差就成为测量系统误差的主要来源。

　　(2)高精度测量系统的技术要点。

　　开发高精度温差测量系统时,在技术先进、精度较高和稳定可靠的前提下,还必须考虑以下几个基本因素:①系统的投资必须经济合理。现在市场上已有标称精度达到0.01℃的温度测量元件,但其价格昂贵;②必须与现有测量元件和仪表的安装方式具有互换性;③元器件应有方便可靠的来源。基于以上考虑,将技术重点放在以软件修正硬件误差上,开发出一套高精度温差测量系统。