熱電偶用補償導(dǎo)線的使用問題

　　根據(jù)熱電偶測溫原理，熱電偶的輸出熱電勢是熱電偶兩端溫度1和t差值的函數(shù)。當(dāng)冷端溫度t0不變時,熱電勢才與熱端溫度呈單值函數(shù)關(guān)系。在實際應(yīng)用中,由于熱電偶長度限制，冷端受到被測溫度和周圍環(huán)境溫度波動的影響，很難保持恒定,從而造成被測溫度失真。工業(yè)中一般使用補償導(dǎo)線來延長熱電偶的冷端,遠(yuǎn)離高溫區(qū)和溫度波動區(qū)。了解熱電偶用補償導(dǎo)線的原理、功能、性質(zhì)、使用方法和注意事項等內(nèi)容,可以正確選用補償導(dǎo)線,充分發(fā)揮其作用。
1定義及其作用
1定義及其作用
　　熱電偶用補償導(dǎo)線是指在一定溫度范圍內(nèi)(包括常溫)具有與所匹配熱電偶的熱電動勢的標(biāo)稱值相同的一對帶有絕緣層的導(dǎo)線,用它們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。它通常由合金絲、絕緣層、護套或加屏蔽層組成。正確使用補償導(dǎo)線,可以將熱電偶的冷端延伸到溫度較恒定的地方,降低測量線路的成本,提高測溫正確性,改善熱電偶測量線路的物理機械性能,便于敷設(shè)。補償導(dǎo)線只是將熱電偶的冷端進行了延長處理,補償了與熱電偶連接處溫度波動所產(chǎn)生的誤差,并非真正按熱電偶分度表(熱電偶分度表均按冷端溫度為0℃制定)進行的冷端溫度補.償。
2熱電偶用補償導(dǎo)線的分類
2.1按成分可分為延長型和補償型兩類:
2.1.1延長型導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶相同,用字母“X"表示。例如“KX",表示K型熱電偶用延長型補償導(dǎo)線。
2.1.2補償型導(dǎo)線合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同,但其電動勢在0~100℃或0~200℃時與所配用的熱電偶的熱電動勢標(biāo)稱值相同,用字母“C"表示,例如“KC"。不同合金絲可應(yīng)用于同種型號(分度號)的熱電偶,如KCA的合金絲為鐵-銅鎳22,KCB的合金絲為鋼_銅鎳40,它們都是K型熱電偶用補償型導(dǎo)線。
2.2按照使用溫度范圍可分為一般用(標(biāo)志為G)和耐熱用(標(biāo)志為H)兩類。
2.3按照熱電特性的允差可分為精密級(標(biāo)志為S)和普通級(無標(biāo)志)兩類。
2.4補償導(dǎo)線線芯型式有單股線芯和多股線芯兩種。
3補償導(dǎo)線在使用過程中需要注意的幾個問題
3.1熱電偶中間溫度定律:
 
　　根據(jù)熱電偶中間溫度定律。可以用補償導(dǎo)線代替熱電偶將熱電偶的冷端從溫度不穩(wěn)定的te處延長至穩(wěn)定的t0處。在應(yīng)用中間溫度定律時應(yīng)注意以下幾點:
3.1.1不同分度號的熱電偶和不同型號的補償導(dǎo)線分別具有不同的熱電特性。在te~t0之間,只有補償導(dǎo)線和與其相匹配的熱電偶才具有相同的熱電勢,這時Ecd(te,t0)=EAB+(te,t0),總電動勢E(t,t0)=EAB(t,t0)。所以在選擇補償導(dǎo)線型號時,只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用,不同型號的補償導(dǎo)線不能混用,補償導(dǎo)線和一般導(dǎo)線也不能混用。例如,K型熱電偶應(yīng)該選擇KCA、KCB或KX等型號的補償導(dǎo)線。
3.1.2補償導(dǎo)線在與熱電偶連接時一定要注意極性,正確連接方法為將它們的正極與正極相連,負(fù)極與負(fù)極相連。當(dāng)補償導(dǎo)線極性接反時，ECD(te,t0)=-FEs:(r,t),這樣它產(chǎn)生的熱電勢會抵消一部分熱電偶產(chǎn)生的熱電勢,不但起不到補償作用,反而會使誤差增加一倍,即總電動勢減少2EAB(te,t0)。
　　國內(nèi)生產(chǎn)的補償導(dǎo)線的型號和極性一般可根據(jù)國標(biāo)GB/T4989-1994《熱電偶用補償導(dǎo)線》中表五規(guī)定的其絕緣層顏色來判別.正極的絕緣層著紅色，負(fù)極絕緣層的著色隨著分度號的不同而不同,如KCA、KCB的負(fù)極絕緣層著藍(lán)色,KX的負(fù)極著黑色,NC、NX的負(fù)極著灰色。如果不能確定其型號和極性或者測試數(shù)據(jù)有問題,可參照以下實驗步驟進行判斷:
1) 先削去補償導(dǎo)線兩端的絕緣層;2)將兩根導(dǎo)線其中一端的合金:絲絞接,放入沸水中，溫度恒定為100℃;3)將另一端分別插入冰點槽中,恒定在0C,用鋼導(dǎo)線引入電壓表測量端;4)所測熱電勢與各熱電.偶分度表中100C對應(yīng)的數(shù)值相比較,與其相符合的熱電偶的分度號，即為該補償導(dǎo)線的型號;5)當(dāng)測量熱電勢值為正時,可判斷與電壓表正接線端連接的一端為補償導(dǎo)線的正極,另一端為負(fù)極。若只判斷補.償導(dǎo)線的極性,僅利用熱水進行測試即可。
3.1.3根據(jù)工作溫度范圍、精度要求選擇適合的補償導(dǎo)線。通常使用溫度范圍在0~100℃之間時,可選擇一般用補償導(dǎo)線,如K型熱電偶可選用KCA-G.KCB-G或KX-G型補償導(dǎo)線;在0~200℃之間時,可選擇耐熱用補償導(dǎo)線，如K型熱電偶可選用KCA-H.KCB-H或KX-H。溫度較高時,KX-H型比KC-H型產(chǎn)生的誤差更小。
　　在規(guī)定使用溫度范圍之外,由于補償導(dǎo)線與熱電偶導(dǎo)體材料的不.同，ECD(te,t0)與En(t,1)會產(chǎn)生較嚴(yán)重偏差,故補償導(dǎo)線必須在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)使用。
　　K型熱電偶用補償導(dǎo)線普通級允差為±2.5℃，精密級允差為士1.5℃。國內(nèi)生產(chǎn)的可根據(jù)其護套顏色來判斷允差級別，普通級的護套著黑色,一般用精密級的護套著灰色,耐熱用精密級的護套著黃色。
3.2根據(jù)使用的不同要求選用適合的補償導(dǎo)線線徑。如與動圈式儀表連接,可選用線徑較粗的,減小熱電偶回路電阻,利于儀表正常工作。又如在對保溫材料進行導(dǎo)熱系數(shù)測量時,對使用環(huán)境熱量損失的控制較為嚴(yán)格,應(yīng)選用線徑較細(xì)的,以減少因合金絲導(dǎo)熱而常走的熱量,防止產(chǎn)生較大誤差。
3.3兩根補償導(dǎo)線與熱電偶兩個熱電極的接點應(yīng)臨近布置，使其溫度相同;與儀表或其他電路相連的兩個接點溫度也應(yīng)保持一致。根據(jù)熱電偶中間導(dǎo)體定律,還應(yīng)保證電路中其他連接導(dǎo)線、顯示儀表、接插件等中間導(dǎo)體兩端的溫度各自相同,這樣才不會對熱電偶和補償導(dǎo)線輸出的熱電勢產(chǎn)生影響。
3.4因為熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為微伏級，如果補償導(dǎo)線使用長度過長,熱電勢的衰減以及與周圍干擾的偶合,足以使信號失真,造成測量和控制溫度不正確。這時可使用溫度變送器將熱電勢轉(zhuǎn)換成直流電流進行傳輸,增強信號抗干擾性。
3.5補償導(dǎo)線布線時盡量遠(yuǎn)離動力線和干擾源，必須穿越時,采用交叉布置。在有電磁干擾的環(huán)境中,應(yīng)選用加屏蔽層的補償導(dǎo)線,并且屏蔽層必須嚴(yán)格接地。
3.6由于補償導(dǎo)線和熱電偶采用不同材料制成,在相同條件下產(chǎn)生的熱電勢會有細(xì)微偏差,因此,在使用補償導(dǎo)線進行精密測量時,測量結(jié)果必須加修正值進行修正后,才允許使用。
4結(jié)論
　　補償導(dǎo)線在一定溫度范圍內(nèi)相當(dāng)于一支熱電偶,是對熱電偶廉價的延長,它對熱電偶正確測溫起著非常重要的作用。我們通過對熱電偶用補償導(dǎo)線各項特性進行深入的分析和探討,進而能夠正確選擇和使用補償導(dǎo)線,可以節(jié)約成本，使測試的數(shù)據(jù)更加正確可靠,發(fā)揮補償導(dǎo)線的最大作用。