熱電偶補償導(dǎo)線使用原理

摘要:對補償導(dǎo)線的使用原理進行了介紹,闡述了操作錯誤對熱電偶溫度測量結(jié)果的影響,并提出補償導(dǎo)線的正確使用方法,以避免熱電偶的測溫結(jié)果出現(xiàn)較大誤差影響熱控工作其他環(huán)節(jié),。
　　在熱控實驗室常規(guī)的熱電偶溫度測量中,經(jīng)常使用到補償導(dǎo)線。如果對補償導(dǎo)線的使用不恰當(dāng),，會導(dǎo)致熱電偶的測溫結(jié)果出現(xiàn)很大的誤差,直接影響到熱控工作的各個環(huán)節(jié),。所以，要對熱電偶補償導(dǎo)線的使用方法,、原理,、注意要點等熟練掌握,。
1工作原理
　　熱電偶補償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫),其熱電性能與之匹配的熱電偶熱電性能非常相近的導(dǎo)線,由絕緣層、護套,、屏蔽層組成,，用來連接熱電偶與測量裝置，以補償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差,。熱電偶往往是由比較貴重的材料制成,，而熱電偶測溫回路的總電勢不受中間溫度變化的影響,補償導(dǎo)線就是用來代替貴重材料的,將需要測溫的熱電偶與測溫儀器相連,對原參比端溫度進行補償。使用補償導(dǎo)線,，不但不影響測量結(jié)果,還方便操作,更節(jié)約了測雖成本,經(jīng)濟效益非常明顯,。采用一支K型熱電偶,用工業(yè)熱電偶自動測量系統(tǒng)進行熱電偶的周期檢定,在使用補償導(dǎo)線及用普通銅線代替時各檢定次,檢定點400℃時,未使用補償導(dǎo)線的熱電偶測定值為16.164,誤差在5.4C左右,使用補償導(dǎo)線的熱電偶測定值為16.296,誤差在2℃左右;檢定點600℃時,未使用補償導(dǎo)線的熱電偶測定值為24.591，誤差在7℃左右,使用補償導(dǎo)線的熱電偶測定值為24.875,，誤差在0.6℃左右;檢定點800℃時,，未使用補償導(dǎo)線的熱電偶測定值為33.856,誤差在10℃左右,，使用補償導(dǎo)線的熱電偶測定值為33.267,誤差在0.2℃左右,。
2補償導(dǎo)線常用術(shù)語及性能
2.1允差
　　允差是由于測量系統(tǒng)中引用了補償導(dǎo)線而產(chǎn)生的最大偏差，用微伏表示,允差的大小分為精密級和普通級,。
2.2絕緣層,、護套、屏蔽層
　　常用的補償導(dǎo)線絕緣層和護套是以聚氯乙烯為主體材料;耐熱用補償導(dǎo)線的絕緣層是以聚四氟乙烯為主體材料,，護套是以聚四氟乙烯或無堿玻璃絲為主體材料,，屏蔽層采用鍍錫銅絲或鍍鋅鋼絲紡織或用復(fù)合鋁(銅)帶纏繞。
2.3符號
　　S表示熱電特性為精密級補償導(dǎo)線,。普通級補償導(dǎo)線不標(biāo)字母;G表示一般用補償導(dǎo)線;H表示耐熱用補償導(dǎo)線;R表示線芯為多股的補償導(dǎo)線,。線芯為單股的補償導(dǎo)線不標(biāo)字母;P表示有屏蔽層的補償導(dǎo)線;V表示絕緣層或護套為聚氯乙烯材料(PVC);F表示絕緣層為聚四氟乙烯材料;B表示護套為無堿玻璃絲材料。
2.4絕緣電阻
　　環(huán)境溫度為15C~35℃,相對濕度不大于80%時,，補償導(dǎo)線的線芯間和線芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每10m不小于5MΩ,。
2.5耐熱性能
　　耐熱用補償導(dǎo)線應(yīng)經(jīng)受220℃±5℃歷時24h耐熱性能試驗后,立即將試樣在5倍其直徑的圓柱體上彎曲180°后應(yīng)表面無裂紋,補償導(dǎo)線的線芯間和線芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每米不小于25MΩ。
2.6防潮性能
　　耐熱用補償導(dǎo)線應(yīng)經(jīng)受環(huán)境溫度40℃±2℃,相對濕度95%±3%,歷時24h防潮性能試驗后,，補償導(dǎo)線的線芯間和線芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每米不小于25MΩ,。
3補償導(dǎo)線的選擇
3.1根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境
1)延長型:合金絲的化學(xué)成分及熱電動勢與配用的熱電偶相同，以熱電偶分度號+字母“X"表示,如“KX"就表示K型熱電偶用延長型補償導(dǎo)線,。2)補償型:合金絲的化學(xué)成分與配用的熱電偶不同,但熱電動勢值在0℃~200℃時與配用熱電偶的熱電動勢相同,，以熱電偶分度號+字母“C”表示，如“KC"就表示K型熱電偶補償型補償導(dǎo)線,“KCA""KCB"等,。
3.2根據(jù)工作條件
1)按線芯多少分為單股和多芯補償導(dǎo)線,。2)以是否帶屏蔽層分為普通型和屏敞型補償導(dǎo)線。3)防爆專用的安全線路用的補償導(dǎo)線,。
4使用補償導(dǎo)線常見的問題
4.1與熱電偶正負(fù)極接反
　　目前對熱電偶補償導(dǎo)線的標(biāo)注不很規(guī)范,，難以辨認(rèn)正負(fù)極,在熱電偶測定時極易接反,導(dǎo)致檢定結(jié)果誤差,。
1)正確連接時,根據(jù)中間導(dǎo)體定律,儀表所接收的總熱電勢為:
E總=Ex(t1,t3)+EKX(t1,t2)=EK(t3,t2)+EK(t1,t2)=EK(t1,t2)。
2)若正負(fù)極接反,則儀表所接收的總熱電勢為:
E'總=EK(t1,t3)+Ekx(t3,t2),。
對于KX延伸型補償導(dǎo)線,有:
E'Kx(t3,t2)=-EKx(t3,t2)=-Ek(t3,t2),。
　　通過上式計算可得產(chǎn)生的誤差為:
E'總-E總=Ek(t1,t3)-Ex(t3,t2)-EK(t1,t3)-Ex(t3,t2)=-2Ek(t3,t2)。
　　綜上所述,由此產(chǎn)生的誤差正好是補償導(dǎo)線補償值的2倍,爐溫比控制間的溫度--般高8℃,若控制溫度為400℃,實際溫度就是416℃左右,。所以,在連接補償導(dǎo)線時,一定要注意導(dǎo)線的極性,避免接反,。補償導(dǎo)線的正負(fù)極一般可以根據(jù)導(dǎo)線材料顏色來判別,但為了保險起見，可用更準(zhǔn)確的實驗方法來區(qū)別:將補償導(dǎo)線的兩端各剝?nèi)?-小段絕緣層,將兩根導(dǎo)線的一端擰在一起,然后放人沸水中,。另一端分別與銅導(dǎo)線連接后插人冰點槽中,再將銅導(dǎo)線引到直流電位差計的測量端。測量結(jié)果如果與分度表中列出的其中-一個熱電偶數(shù)值相符合,就可知道該補償導(dǎo)線的型號及其正負(fù)極:與直流電位差計正端連接的電極就是補償導(dǎo)線的正極,與負(fù)端連接的電極即為補償導(dǎo)線的負(fù)極,。
4.2與普通導(dǎo)線混用
實際測量中,，經(jīng)常遇到補償導(dǎo)線長度不夠的情況，測量人員圖省事,往往會用普通導(dǎo)線來續(xù)接,根據(jù)中間導(dǎo)體定律可知:誤差與所測量的熱電偶材料有關(guān),通常越貴重金屬制成的熱電偶受到的影響要大點,。
4.3補償導(dǎo)線型號不符
        同樣是補償導(dǎo)線,選用時若與熱電偶的型號不符,測量結(jié)果也會出現(xiàn)誤差,。比如用K型熱電偶的補償導(dǎo)線用到S型熱電偶上,根據(jù)中間導(dǎo)體定律計算后,可知測量出的溫度比實際溫度要高。
5補償導(dǎo)線的正確使用
1)正確選擇所需的型號,。補償導(dǎo)線選擇時不但要注意熱電偶的種類,而且還要根據(jù)工作溫度,綜合起來正確選擇,。
2)正確分清正負(fù)極(見上節(jié))。
3)不能與普通導(dǎo)線混用(見上節(jié)),。
4)注意接點連接,。在儀表盤內(nèi)接線時,儀器本身因通電而溫度升高,使接線端子處的溫度高于儀表盤接線端子處的溫度。熱電偶的補償導(dǎo)線引到儀表盤后,如果將補償導(dǎo)線接到儀表盤的接線端子上,而儀表盤的接線端子與儀表接線端子間用銅線連接,，上述溫差就會造成測量誤差,。所以應(yīng)該將補償導(dǎo)線繞過儀表盤的接線端子直接與儀表的接線端子相連。
5)注意使用長度,。熱電偶的信號比較低,如果補償導(dǎo)線的距離過長,因為環(huán)境中強電的干擾及本身信號的衰減,會使熱電偶測量值出現(xiàn)誤差,。經(jīng)多次試驗驗證，補償導(dǎo)線的長度在15m內(nèi)時,測量結(jié)果誤差不大,超過15m則會直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,。若條件所迫必須使用超過15m的導(dǎo)線時,，最好使用溫度變送器傳送信號。
6)布線,。動力線路和強磁場會干擾補償導(dǎo)線的傳輸信號,所以,補償導(dǎo)線布線時要考慮遠(yuǎn)離這些干擾源,。穿越動力線路時，要采用交叉方式,不可以與之平行,。如果現(xiàn)場干擾源太多且無法避免,，可以采用熱電偶屏蔽補償導(dǎo)線的方法,增強補償導(dǎo)線的抗干擾性。在使用過程中--定要注意將屏敝層接地,否則反而會增強干擾,造成測量誤差更大,。