補(bǔ)償導(dǎo)線的作用和使用方法

什么是補(bǔ)償導(dǎo)線？ 補(bǔ)償導(dǎo)線是具有與在一定的溫度范圍內(nèi)(包括常溫0 )匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢相同的公稱值的一對帶絕緣層的導(dǎo)線，連接熱電偶和測量裝置，補(bǔ)償由于與熱電偶的連接部位的溫度變化引起的誤差。 子啊，知道什么是補(bǔ)償導(dǎo)線后，補(bǔ)償導(dǎo)線起到了什么作用呢？使用補(bǔ)償導(dǎo)線需要注意哪些問題？ 下篇文章將詳細(xì)分析相關(guān)內(nèi)容。

補(bǔ)償導(dǎo)線的作用:

1 )、有利于熱電偶基準(zhǔn)端溫度的校正和集中控制。

測量儀器一般設(shè)置在遠(yuǎn)離熱源和環(huán)境溫度的場所，但一般的熱電偶端子盒(設(shè)置基準(zhǔn)端的場所)設(shè)置在接近被測量者的場所。 必須用導(dǎo)線將熱電偶的基準(zhǔn)端連接到儀表上。 如果用普通銅線連接，熱電偶的基準(zhǔn)端溫度會變高而變得不穩(wěn)定，測量會產(chǎn)生誤差。 如果延長熱電偶，使熱電偶的基準(zhǔn)端遠(yuǎn)離熱源，理論上是可能的，但是會浪費(fèi)熱電極材料。 補(bǔ)償導(dǎo)線是為了解決這個(gè)矛盾而產(chǎn)生的。 其特征在于，在基準(zhǔn)端溫度可變化的范圍內(nèi)(0-100℃或0-150℃)，由補(bǔ)償導(dǎo)線的兩極構(gòu)成的熱電偶的熱電特性與所配合的熱電偶的熱電特性相同

Ea'； b'； ( tn，0)=Eab(tn，0 )

根據(jù)中間溫度法則，在熱電偶電路中放入補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，其熱電勢僅是測量端溫度t和補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表連接部t0相關(guān)，與基準(zhǔn)端溫度tn的變化無關(guān)，將熱電極延長至儀表部，因此補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是僅延長熱電偶，不能消除基準(zhǔn)端溫度不為0℃時(shí)的影響 因此，必須用0℃恒溫器法、算法、儀表自動(dòng)補(bǔ)償法等方法將熱電偶的基準(zhǔn)端溫度修正為0℃。

2 )、鉑銠10-鉑熱電偶之類的昂貴金屬材料可以大幅節(jié)約，可以選擇廉價(jià)的家族銅-鎳銅補(bǔ)償導(dǎo)線。

使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，請注意以下事項(xiàng)

1 )、各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與對應(yīng)形式的熱電偶共用。

2 )、補(bǔ)償導(dǎo)線有正、負(fù)部分，使用時(shí)不要弄錯(cuò)極性會導(dǎo)致測量誤差。

3 )、熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不得超過規(guī)定的使用溫度。 超出規(guī)定的溫度范圍，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶的熱電特性大不相同，產(chǎn)生測量誤差。

4 )、由于補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶材料的熱電特性不完全相同，如果連接對象的兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不相同，則導(dǎo)入測量誤差。

5 )為了便于安裝，可以選擇多個(gè)補(bǔ)償導(dǎo)線，或者可以根據(jù)需要選擇防水、防腐和防火補(bǔ)償導(dǎo)線。

6 )、粗徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線，可以減小熱電偶電路的電阻，有利于儀表的正常工作和自動(dòng)溫度控制。

如何正確使用熱電偶補(bǔ)償代碼

在利用熱電偶的溫度測量中，一般使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線。 但是，調(diào)查結(jié)果表明，由于補(bǔ)償導(dǎo)線的使用不正確，產(chǎn)生了很多問題。 本文介紹了補(bǔ)償導(dǎo)線的原理，總結(jié)了常見的錯(cuò)誤使用形式，并對同時(shí)發(fā)生的偏差進(jìn)行了理論分析，指出了正確的使用方法和注意事項(xiàng)。

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線廣泛應(yīng)用于熱電偶溫度測量。 如果理解熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理、功能、作用方法、注意事項(xiàng)，就能充分發(fā)揮熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用，否則就相反了。

實(shí)際上，在很多熱電偶測溫現(xiàn)場，用普通銅線配線的占40%，用補(bǔ)償線配線的只占60%。 究其原因有以下兩點(diǎn)

一個(gè)是因?yàn)闊犭娕荚O(shè)備的使用者不理解補(bǔ)償導(dǎo)線的功能，所以既然具有連接功能，那么普通的導(dǎo)線就可以了。

第二，設(shè)備制造商安裝熱電偶時(shí)使用的連接線是普通的導(dǎo)線，但從使用者的立場來看，設(shè)備設(shè)置人員是專家，做法非常正確，不能引起應(yīng)有的疑問。

在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶作為溫度傳感器廣泛用于溫度測量和控制，但在使用中如不注意正確的使用方法，測溫和控制溫度會產(chǎn)生較大偏差，嚴(yán)重時(shí)會直接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，因此值得重視。

一、熱電偶測溫原理介紹

由兩種均質(zhì)材料a、b構(gòu)成的電路稱為熱電偶。 連接在a、b材料的兩端的接點(diǎn)分別用J1、J2表示，J1、J2的接點(diǎn)溫度T1與T2不同時(shí)，在電路中產(chǎn)生電位，稱為通常熱電勢。 當(dāng)a、b的材料一定時(shí)，熱電勢的大小依賴于T1、T2之間的溫度差，由下式表示

EAB(T1，T2 ) = eab ( t1 ) + EBA ( T2 ) = eab ( t1 )-eab ( T2 ) (1)

式中: EAB(T1、t2)> <； br/>； <； br/>； 材料是a、b熱電偶，接點(diǎn)溫度T1、T2間的溫度差電位。

eab(t1)> <； br/>； <； br/>； a、b接點(diǎn)溫度為T1時(shí)的電位。

eAB(T2 )、eba(t1)> <； br/>； <； br/>； a、b接點(diǎn)溫度為T2時(shí)的電位，這2項(xiàng)的大小相等，符號相反。

為了統(tǒng)一和規(guī)范熱電偶材料，國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了構(gòu)成熱電偶材料a、b的成分、純度，給出了a、b材料的組合形式，統(tǒng)一用一個(gè)字母命名型號，如k型、s型等。 為了便于使用，將各種型號的熱電偶溫度值和電位關(guān)系統(tǒng)一為相對于0℃的電位值，這里用T0表示，制作各種型號的熱電偶索引表，容易調(diào)查計(jì)算。

雙熱電偶補(bǔ)償代碼

1 .連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律

首先，分析熱電偶的連接導(dǎo)體規(guī)律和中間溫度規(guī)律，

在實(shí)際應(yīng)用中，儀表和熱電偶總是有距離的。 c、d也是2種均質(zhì)材料，根據(jù)熱電偶的中間導(dǎo)體定律，導(dǎo)出測量的總電位EZ的公式如下

EZ=EAB(T1，T3)+ECD(T3，T2) (3)

式(3)是熱電偶連接導(dǎo)體的定律。 如果連接不是段，則總電位EZ類似地也是每個(gè)部分的和。 在圖2的測定中，測定端的總電位為熱電偶EAB(T1、T2)，希望進(jìn)行控制，以使在儀表測定中中間連接不產(chǎn)生附加電位

EAB(T1，T2)=EZ=EAB(T1，T3)+EAB(T3，T2) (4)

由于式(4)中T3稱為中間溫度，因此也稱為中間溫度的規(guī)律。 這樣，就要求找到某種材料c、d。 他的特性如下

ECD(T3，T2)=EAB(T3，T2)(5)

滿足式(5)的材料稱為熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線。 由于熱電偶的種類很多，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的種類也很多。

2 .正確使用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行工業(yè)溫度測量和溫度控制

在工業(yè)溫度測量控制中，熱電偶使用的位置始終與測量控制表(以下簡稱儀表)有一定的距離，因此必須用補(bǔ)償導(dǎo)線從熱電偶的輸出端連接到測量控制表的輸入端。 由于熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極，配線時(shí)請連接正極和正極、負(fù)極和負(fù)極。

由于T3和T2之間的溫差會導(dǎo)致測量誤差，因此補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是T3和T2，通過補(bǔ)償不同類型的熱電偶，不能使用對應(yīng)類型的補(bǔ)償導(dǎo)線混合使用不同類型的補(bǔ)償導(dǎo)線。

三、常見補(bǔ)償導(dǎo)線使用中的錯(cuò)誤和產(chǎn)生的誤差

1 .熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線正負(fù)極和熱電偶相反

將熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極與熱電偶的正負(fù)極相反，熱電偶的正負(fù)極與儀表的正極正確連接，以k型偶數(shù)為例如圖4所示。 這種錯(cuò)誤在應(yīng)用中比較普遍，因?yàn)檫B接后被控制對象的溫度變化趨勢與顯示儀表一致。 除此之外，目前熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線產(chǎn)品的很多標(biāo)記都不規(guī)范，有些制造商的顏色可能會錯(cuò)誤。 下面分析這種情況產(chǎn)生的誤差。

正確連接后，儀表接收的總熱電勢

EZ=EK(T1，T3)+EKX(T3，T2)=EK(T1，T3)+EK(T3，T2 )

=EK(T1，T2)(6)

由于連接錯(cuò)誤，根據(jù)中間導(dǎo)體法則，儀表受到的總熱電勢

E&prime； Z=EK(T1，T3)+EKX(T3，T2)(7)

在KX擴(kuò)展型補(bǔ)償導(dǎo)線中

E&prime； KX(T3，T2)=-EKX(T3，T2)=-EK(T3，T2)(8)

計(jì)算時(shí)，儀表的測量值產(chǎn)生誤差: EZ&prime； -EZ=EK(T1，T3)-EK(T3，T2)-EK(T1，T3)-EK(T3，T2 )

=2EK(T3，T2)(9)

一般工業(yè)爐附近的溫度至少比控制間的溫度高8℃。 由此產(chǎn)生的誤差恰好是補(bǔ)償導(dǎo)線的補(bǔ)償值的2倍。 在k型偶數(shù)情況下，微分電位值大致為40℃/(&mu； v )左右，測量溫度比實(shí)際溫度約低16℃。 將控制溫度設(shè)定為600℃時(shí)，實(shí)際溫度應(yīng)為616℃左右。

根據(jù)以上分析，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極相反，不僅沒有補(bǔ)償作用，誤差也比不連接補(bǔ)償導(dǎo)線倍，因此補(bǔ)償導(dǎo)線在連接時(shí)必須注意極性。

不知道熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的極性時(shí)，取下補(bǔ)償導(dǎo)線，將其一端絕緣后擰緊，放入熱水杯中，用普通的測試器直流電壓范圍zui低速級測量另一端的2條線，測試器上顯示測量電壓的正負(fù)，信號的正極成為補(bǔ)償導(dǎo)線的正極。

2 .使用的補(bǔ)償代碼的形式不同

在同種補(bǔ)償導(dǎo)線上組合同種熱電偶，如果選擇的補(bǔ)償導(dǎo)線種類不同，也會產(chǎn)生同樣的誤差。 假設(shè)使用s型熱電偶，選擇k型偶數(shù)的補(bǔ)償導(dǎo)線KX

根據(jù)中間導(dǎo)體定律，儀表受到的總熱電勢為: E&prime； Z(T1，T2)=ES(T1，T3)+EKX(T3，T2)(10 )

如果正確使用s型偶補(bǔ)償代碼SC，則在不考慮補(bǔ)償代碼本身的誤差的情況下，儀表測量的總電位為EZ(T1，T2)=ES(T1，T3)=ES(T3，T2)(11 )

由于弄錯(cuò)補(bǔ)償導(dǎo)線計(jì)的測定值而產(chǎn)生的誤差為式( 10)-式( 11 )

EZ&prime； -EZ=EK(T3，T2)-ES(T3，T2)-EK(T3，T2)-ES(T3，T2)(12 )

即使在s型熱電偶的工作溫度為900℃、控制期間的環(huán)境溫度為25℃的情況下，在T3-T2=8℃下分別調(diào)查s偶數(shù)和k偶數(shù)尺度時(shí)，也出現(xiàn)了EK(T3，T2)-ES(T3，T2)=0.278mV的電位差

儀表的測量溫度高于實(shí)際溫度。 儀表控制在900℃時(shí)，實(shí)際值只有875.1℃，誤差只有24.9℃。

上述情況又使極性相反，儀表的測量值升高，儀表顯示900℃時(shí)，實(shí)際溫度為933.2℃，誤差為33.2℃。

四、補(bǔ)償導(dǎo)線使用注意事項(xiàng)

1 .補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇

根據(jù)使用的熱電偶種類和使用情況，必須正確選擇補(bǔ)償導(dǎo)線。 例如，選擇k型偶數(shù)或k型偶數(shù)的補(bǔ)償導(dǎo)線，根據(jù)使用情況選擇工作溫度范圍。 通常KX的工作溫度為-20~100℃，大范圍為-25~200℃。 普通級誤差為±； 2.5℃，精密級為±； 1.5℃。

2 .接點(diǎn)連接

盡量接近熱電偶端子的2個(gè)觸點(diǎn)，盡量使2個(gè)觸點(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 .使用長度

由于熱電偶信號較低，在微伏級，使用距離過長，信號衰減和環(huán)境中強(qiáng)電場干擾耦合，熱電偶信號失真，測量和控制溫度不準(zhǔn)確，控制過程中嚴(yán)重時(shí)發(fā)生溫度變動(dòng)。

根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，通常較好將熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的長度控制在15米以內(nèi)。 如果超過15米，建議使用溫度變送器發(fā)出信號。 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)線的接線必須遠(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)償代碼

為了提高熱電偶連接線的抗干擾性，可采用屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線。 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。

本文熱電偶高頻詞： 補(bǔ)償導(dǎo)線  測量 

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