熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線使用原理

摘要:對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線的使用原理進(jìn)行了介紹,闡述了操作錯(cuò)誤對(duì)熱電偶溫度測(cè)量結(jié)果的影響,并提出補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用方法,以避免熱電偶的測(cè)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(shí)驗(yàn)室常規(guī)的熱電偶溫度測(cè)量中,經(jīng)常使用到補(bǔ)償導(dǎo)線。如果對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線的使用不恰當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致熱電偶的測(cè)溫結(jié)果出現(xiàn)很大的誤差,直接影響到熱控工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。所以，要對(duì)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的使用方法、原理、注意要點(diǎn)等熟練掌握。
1工作原理
　　熱電偶補(bǔ)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(hù)套、屏蔽層組成，用來(lái)連接熱電偶與測(cè)量裝置，以補(bǔ)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(cè)溫回路的總電勢(shì)不受中間溫度變化的影響,補(bǔ)償導(dǎo)線就是用來(lái)代替貴重材料的,將需要測(cè)溫的熱電偶與測(cè)溫儀器相連,對(duì)原參比端溫度進(jìn)行補(bǔ)償。使用補(bǔ)償導(dǎo)線，不但不影響測(cè)量結(jié)果,還方便操作,更節(jié)約了測(cè)雖成本,經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。采用一支K型熱電偶,用工業(yè)熱電偶自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行熱電偶的周期檢定,在使用補(bǔ)償導(dǎo)線及用普通銅線代替時(shí)各檢定次,檢定點(diǎn)400℃時(shí),未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)定值為16.164,誤差在5.4C左右,使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)定值為16.296,誤差在2℃左右;檢定點(diǎn)600℃時(shí),未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)定值為24.591，誤差在7℃左右,使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)定值為24.875，誤差在0.6℃左右;檢定點(diǎn)800℃時(shí)，未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)定值為33.856,誤差在10℃左右，使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測(cè)定值為33.267,誤差在0.2℃左右。
2補(bǔ)償導(dǎo)線常用術(shù)語(yǔ)及性能
2.1允差
　　允差是由于測(cè)量系統(tǒng)中引用了補(bǔ)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(jí)和普通級(jí)。
2.2絕緣層、護(hù)套、屏蔽層
　　常用的補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層和護(hù)套是以聚氯乙烯為主體材料;耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣層是以聚四氟乙烯為主體材料，護(hù)套是以聚四氟乙烯或無(wú)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(hào)
　　S表示熱電特性為精密級(jí)補(bǔ)償導(dǎo)線。普通級(jí)補(bǔ)償導(dǎo)線不標(biāo)字母;G表示一般用補(bǔ)償導(dǎo)線;H表示耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線;R表示線芯為多股的補(bǔ)償導(dǎo)線。線芯為單股的補(bǔ)償導(dǎo)線不標(biāo)字母;P表示有屏蔽層的補(bǔ)償導(dǎo)線;V表示絕緣層或護(hù)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(hù)套為無(wú)堿玻璃絲材料。
2.4絕緣電阻
　　環(huán)境溫度為15C~35℃,相對(duì)濕度不大于80%時(shí)，補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)經(jīng)受220℃±5℃歷時(shí)24h耐熱性能試驗(yàn)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(wú)裂紋,補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)經(jīng)受環(huán)境溫度40℃±2℃,相對(duì)濕度95%±3%,歷時(shí)24h防潮性能試驗(yàn)后，補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線的選擇
3.1根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境
1)延長(zhǎng)型:合金絲的化學(xué)成分及熱電動(dòng)勢(shì)與配用的熱電偶相同，以熱電偶分度號(hào)+字母“X"表示,如“KX"就表示K型熱電偶用延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線。2)補(bǔ)償型:合金絲的化學(xué)成分與配用的熱電偶不同,但熱電動(dòng)勢(shì)值在0℃~200℃時(shí)與配用熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)相同，以熱電偶分度號(hào)+字母“C”表示，如“KC"就表示K型熱電偶補(bǔ)償型補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線。2)以是否帶屏蔽層分為普通型和屏敞型補(bǔ)償導(dǎo)線。3)防爆專用的安全線路用的補(bǔ)償導(dǎo)線。
4使用補(bǔ)償導(dǎo)線常見的問(wèn)題
4.1與熱電偶正負(fù)極接反
　　目前對(duì)熱電偶補(bǔ)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(cè)定時(shí)極易接反,導(dǎo)致檢定結(jié)果誤差。
1)正確連接時(shí),根據(jù)中間導(dǎo)體定律,儀表所接收的總熱電勢(shì)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(shì)為:
E'總=EK(t1,t3)+Ekx(t3,t2)。
對(duì)于KX延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線,有:
E'Kx(t3,t2)=-EKx(t3,t2)=-Ek(t3,t2)。
　　通過(guò)上式計(jì)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(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)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(shí)際溫度就是416℃左右。所以,在連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí),一定要注意導(dǎo)線的極性,避免接反。補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極一般可以根據(jù)導(dǎo)線材料顏色來(lái)判別,但為了保險(xiǎn)起見，可用更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)區(qū)別:將補(bǔ)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(diǎn)槽中,再將銅導(dǎo)線引到直流電位差計(jì)的測(cè)量端。測(cè)量結(jié)果如果與分度表中列出的其中-一個(gè)熱電偶數(shù)值相符合,就可知道該補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)及其正負(fù)極:與直流電位差計(jì)正端連接的電極就是補(bǔ)償導(dǎo)線的正極,與負(fù)端連接的電極即為補(bǔ)償導(dǎo)線的負(fù)極。
4.2與普通導(dǎo)線混用
實(shí)際測(cè)量中，經(jīng)常遇到補(bǔ)償導(dǎo)線長(zhǎng)度不夠的情況，測(cè)量人員圖省事,往往會(huì)用普通導(dǎo)線來(lái)續(xù)接,根據(jù)中間導(dǎo)體定律可知:誤差與所測(cè)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(diǎn)。
4.3補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)不符
        同樣是補(bǔ)償導(dǎo)線,選用時(shí)若與熱電偶的型號(hào)不符,測(cè)量結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)誤差。比如用K型熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線用到S型熱電偶上,根據(jù)中間導(dǎo)體定律計(jì)算后,可知測(cè)量出的溫度比實(shí)際溫度要高。
5補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用
1)正確選擇所需的型號(hào)。補(bǔ)償導(dǎo)線選擇時(shí)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(lái)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(diǎn)連接。在儀表盤內(nèi)接線時(shí),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(bǔ)償導(dǎo)線引到儀表盤后,如果將補(bǔ)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(huì)造成測(cè)量誤差。所以應(yīng)該將補(bǔ)償導(dǎo)線繞過(guò)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(zhǎng)度。熱電偶的信號(hào)比較低,如果補(bǔ)償導(dǎo)線的距離過(guò)長(zhǎng),因?yàn)榄h(huán)境中強(qiáng)電的干擾及本身信號(hào)的衰減,會(huì)使熱電偶測(cè)量值出現(xiàn)誤差。經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，補(bǔ)償導(dǎo)線的長(zhǎng)度在15m內(nèi)時(shí),測(cè)量結(jié)果誤差不大,超過(guò)15m則會(huì)直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。若條件所迫必須使用超過(guò)15m的導(dǎo)線時(shí)，最好使用溫度變送器傳送信號(hào)。
6)布線。動(dòng)力線路和強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)干擾補(bǔ)償導(dǎo)線的傳輸信號(hào),所以,補(bǔ)償導(dǎo)線布線時(shí)要考慮遠(yuǎn)離這些干擾源。穿越動(dòng)力線路時(shí)，要采用交叉方式,不可以與之平行。如果現(xiàn)場(chǎng)干擾源太多且無(wú)法避免，可以采用熱電偶屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線的方法,增強(qiáng)補(bǔ)償導(dǎo)線的抗干擾性。在使用過(guò)程中--定要注意將屏敝層接地,否則反而會(huì)增強(qiáng)干擾,造成測(cè)量誤差更大。