熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理與選擇

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1、熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理

1 )熱電偶的測溫原理

已知熱電偶的工作原理是由兩種不同材質(zhì)的均勻?qū)w構(gòu)成的閉合電路，當(dāng)導(dǎo)體的兩端存在溫度差時(shí)，電流流過導(dǎo)體的兩端，形成熱電動(dòng)勢。 將儀表放入電路后，儀表將該熱電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度。 圖1 :

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a、b兩種導(dǎo)體的一端通過焊接形成節(jié)點(diǎn)，是工作端，位于測量對象介質(zhì)上。 另一端連接測溫計(jì)，作為基準(zhǔn)端。

為了更好地理解以下內(nèi)容，將由上述測溫電路形成的熱電動(dòng)勢表示為EAB(T1，T0 )

由a、b兩種導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶理解為工作端溫度為T1、基準(zhǔn)端溫度為T0、所形成的熱電動(dòng)勢為EAB(T1、T0)。

特別要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，熱電偶的測溫始終是測量熱電偶兩端的熱電動(dòng)勢。 測量儀將熱電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換為溫度，因此可以看到溫度的數(shù)值。

1 )熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理:

在實(shí)際應(yīng)用中，測量和控制儀始終與熱電偶有一定的距離。 如圖2所示

在這種情況下，為了測量熱電偶的信號(hào)，必須在熱電偶(圖中a、b )的后面連接另一根導(dǎo)線

表。 圖中的c、d是連接熱電偶和測溫計(jì)的導(dǎo)線。

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圖中，工作端溫度T1、a、b與c、d連接部位的溫度為T2，計(jì)測器端(基準(zhǔn)端)的溫度為T0.

總回路的總電動(dòng)勢e可分為兩個(gè)熱電動(dòng)勢之和，即a、b分為一級(jí)，熱電動(dòng)勢分為EAB(T1、T2)、c、d分為另一級(jí)，熱電動(dòng)勢分為ECD(T2、T0)

E= EAB(T1，T2)+ ECD(T2，T0 ) (熱電偶中間導(dǎo)體定律) (1)

在上圖中，如果c、d的材質(zhì)與a、b完全相同，則相當(dāng)于c為a、d為b，熱電偶a、b在T2(中間溫度)形成了連接點(diǎn)，在這種情況下，環(huán)路總電位如下所示

E= EAB(T1，T2)+ EAB(T2，T0)= EAB(T1，T0 ) (熱電偶中間溫度定律) (2)

由式(2)可知，在相同的熱電偶中，如果在中間形成連接點(diǎn)，則總電位與連接點(diǎn)的溫度(中間溫度)無關(guān)，僅與工作端和基準(zhǔn)端的溫度有關(guān)。 這就是我們想要的。 熱電偶接線不需要考慮中間的連接點(diǎn)的有無和連接點(diǎn)的溫度，與熱電偶連接在介質(zhì)和儀表上的情況相同。

讓我們比較一下公式(2)和公式(1)。 如果能找到某種材料c、d，那么可以滿足以下條件

ECD(T2，T0)= EAB(T2，T0) (3)

式(1)為

E= EAB(T1，T2)+ ECD(T2，T0)= EAB(T1，T2)+ EAB(T2，T0)= EAB(T1，T0) (4)

滿足式(3)的材料c、d稱為熱電偶a、b的補(bǔ)償導(dǎo)線。

還可以理解，盡管式(4)使用補(bǔ)償導(dǎo)線將T2擴(kuò)展到T0，但是zui之后的測量結(jié)果是使用導(dǎo)線c和d來補(bǔ)償由于在T2處的連接導(dǎo)致的附加電勢，與T2無關(guān)。 這就是為什么c、d被稱為補(bǔ)償導(dǎo)線

1、為什么用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線？

既然熱電偶能達(dá)到測溫目的，為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線呢

讓我們看看測量的實(shí)際應(yīng)用。

一般來說，為了便于監(jiān)視和操作測量儀器，測量儀器的溫度幾乎一定，非常方便

放置操作臺(tái)離實(shí)際測溫點(diǎn)有一定的距離。 在這個(gè)距離上，一般情況很復(fù)雜

例如通過動(dòng)力源，有電磁干擾等，有可能經(jīng)常受到外力的作用。 使用熱電偶線會(huì)導(dǎo)致測量誤差，使用時(shí)容易破損，存在頻繁更換等問題。 另外，熱電偶線材的材料一般很貴，長距離使用的話成本也非常高。 這些都是使用補(bǔ)償導(dǎo)線的理由。

總之，使用補(bǔ)償導(dǎo)線具有以下優(yōu)點(diǎn)

1 )改善熱電偶的測溫線路的物理性能和機(jī)械性能，采用多芯線芯或小徑補(bǔ)償導(dǎo)線可以提高線路的撓性，配線方便，還可以調(diào)節(jié)線路電阻或隔斷干擾

2 )降低測量線路成本，在熱電偶和測量裝置之間的距離遠(yuǎn)的情況下，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約很多熱電偶材料，特別是在使用貴金屬熱電偶的情況下。

2、熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的分類

熱電偶補(bǔ)償代碼可分為兩類:

1 )延長型補(bǔ)償導(dǎo)線

延長型補(bǔ)償引線也稱為延長型引線，其合金線名義化學(xué)成分和熱電動(dòng)勢的公稱值與配合的熱電偶相同，字母&ldquo； X&rdquo； 在熱電偶分度代號(hào)后附加，例如&ldquo； KX&rdquo； 表示k型熱電偶用延長型補(bǔ)償導(dǎo)線。

2 )補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償型補(bǔ)償引線也稱為補(bǔ)償型引線，其合金線的名義化學(xué)成分與配合的熱電偶不同，但其熱電動(dòng)勢值在0-100℃或0-200℃時(shí)與配合的熱電偶的熱電動(dòng)勢公稱值相同，字母&ldquo； C&rdquo； 在熱電偶分度代號(hào)后附加，例如&ldquo； KC&rdquo； 的雙曲馀弦值。 不同的合金線適用于同一索引號(hào)的熱電偶，可以用字母區(qū)分。

3、正確選擇熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的方法

1 )補(bǔ)償導(dǎo)線的分度代號(hào)必須與使用的熱電偶一致。 例如，k型熱電偶必須使用k型偶補(bǔ)償導(dǎo)線。

2 )根據(jù)使用環(huán)境的溫度進(jìn)行選擇時(shí)，補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度范圍較低，一般分為0-100℃和0-200℃兩種，0-100℃的價(jià)格較低，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

3 )現(xiàn)場干擾源較多時(shí)，可選擇抗干擾性強(qiáng)的屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線。

4 )同時(shí)存在多個(gè)測溫點(diǎn)時(shí)，可選擇內(nèi)置多組補(bǔ)償導(dǎo)線的電纜。

4 .補(bǔ)償導(dǎo)線使用注意事項(xiàng)

1 )補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇補(bǔ)償導(dǎo)線必須根據(jù)使用的熱電偶種類和使用時(shí)正確選擇。 例如，應(yīng)該選擇k型偶數(shù)或k型偶數(shù)補(bǔ)償導(dǎo)線。

2 )接點(diǎn)連接和熱電偶端子的2個(gè)接點(diǎn)盡量接近，盡量使2個(gè)接點(diǎn)的溫度一致。 與儀表端子的連接部盡量保持溫度一致，保護(hù)儀表盤上有風(fēng)扇的場所、觸點(diǎn)部不使風(fēng)扇直接接觸觸點(diǎn)。

3 )由于使用長度為熱電偶信號(hào)較低，為微伏級(jí)，使用距離過長時(shí)，信號(hào)衰減和環(huán)境中強(qiáng)電場的干擾耦合可使熱電偶信號(hào)失真，測量和控制溫度不正確，嚴(yán)重情況下產(chǎn)生溫度變動(dòng)。 一般情況下，較好使用熱電偶將導(dǎo)線長度控制在15米以內(nèi)，但如果超過15米，則建議使用溫度變送器發(fā)送信號(hào)。 溫度變送器將對應(yīng)于溫度的電位值轉(zhuǎn)換為直流電流并傳送，因而抗噪聲能力強(qiáng)。

4 )配線補(bǔ)償導(dǎo)線的配線必須遠(yuǎn)離動(dòng)力線和噪聲源。 在不可避免的地方，盡量采用交叉方式，不要平行。

5 )屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線可以采用屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線，以提高熱電偶連接線的抗干擾性。 現(xiàn)場噪聲源較多時(shí)，效果較好。 但是，必須嚴(yán)密地接地屏蔽層。 屏蔽層不僅不起屏蔽的作用，還增強(qiáng)噪聲

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