熱電偶補償導線(xiàn)的正確使用

摘要:對補償導線(xiàn)的使用原理進(jìn)行了介紹闡述了操作錯誤對熱電偶溫度測量結果的影響并提出補償導線(xiàn)的正確使用方法，以避免熱電偶的測溫結果出現較大誤差影響熱控工作其他環(huán)節。
在熱控實(shí)驗室常規的熱電偶溫度測量中經(jīng)常使用到補償導線(xiàn)。如果對補償導線(xiàn)的使用不恰當會(huì )導致熱電偶的測溫結果出現很大的誤差直接影響到熱控工作的各個(gè)環(huán)節。所以要對熱電偶補償導線(xiàn)的使用方法、原理、注意要點(diǎn)等熟練掌握。
1工作原理
　　熱電偶補償導線(xiàn)是在一定溫度范圍內(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線(xiàn),由絕緣層、護套、屏蔽層組成用來(lái)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線(xiàn)就是用來(lái)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(jìn)行補償。使用補償導線(xiàn)不但不影響測量結果還方便操作更節約了測量成本經(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(dòng)測量系統進(jìn)行熱電偶的周期檢定在使用補償導線(xiàn)及用普通銅線(xiàn)代替時(shí)各檢定次檢定點(diǎn)400℃時(shí)未使用補償導線(xiàn)的熱電偶測定值為16.164誤差在5.4℃左右使用補償導線(xiàn)的熱電偶測定值為16.296誤差在2℃左右;檢定點(diǎn)600℃時(shí)未使用補償導線(xiàn)的熱電偶測定值為24.591誤差在7℃左右使用補償導線(xiàn)的熱電偶測定值為24.875誤差在0.6℃左右;檢定點(diǎn)800℃時(shí)未使用補償導線(xiàn)的熱電偶測定值為33.856誤差在10℃左右使用補償導線(xiàn)的熱電偶測定值為33.267誤差在0.2℃左右。
2補償導線(xiàn)常用術(shù)語(yǔ)及性能
2.1允差
　　允差是由于測量系統中引用了補償導線(xiàn)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
　　常用的補償導線(xiàn)絕緣層和護套是以聚氯乙烯為主體材料;耐熱用補償導線(xiàn)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(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合鋁(銅)帶纏繞。
2.3符號
　　S表示熱電特性為精密級補償導線(xiàn)。普通級補償導線(xiàn)不標字母;G表示-般用補償導線(xiàn);H表示耐熱用補償導線(xiàn);R表示線(xiàn)芯為多股的補償導線(xiàn)。線(xiàn)芯為單股的補償導線(xiàn)不標字母;P表示有屏蔽層的補償導線(xiàn);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(wú)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(shí)補償導線(xiàn)的線(xiàn)芯間和線(xiàn)芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每10m不小于5MΩ。
2.5耐熱性能
　　耐熱用補償導線(xiàn)應經(jīng)受220℃±5℃歷時(shí)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°后應表面無(wú)裂紋補償導線(xiàn)的線(xiàn)芯間和線(xiàn)芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每米不小于25MΩ。
2.6防潮性能
　　耐熱用補償導線(xiàn)應經(jīng)受環(huán)境溫度40℃±2℃相對濕度95%+3%歷時(shí)24h防潮性能試驗后補償導線(xiàn)的線(xiàn)芯間和線(xiàn)芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每米不小于25MΩ.
3補償導線(xiàn)的選擇
3.1根據現場(chǎng)環(huán)境
1) 延長(cháng)型:合金絲的化學(xué)成分及熱電動(dòng)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(cháng)型補償導線(xiàn)。
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(dòng)勢值在0℃~200℃時(shí)與配用熱電偶的熱電動(dòng)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線(xiàn),“KCA"“KCB”等。
3.2根據工作條件
1)按線(xiàn)芯多少分為單股和多芯補償導線(xiàn)。2)以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補償導線(xiàn)。3)防爆專(zhuān)用的安全線(xiàn)路用的補償導線(xiàn)。
4使用補償導線(xiàn)常見(jiàn)的問(wèn)題
4.1與熱電偶正負極接反
　　目前對熱電偶補償導線(xiàn)的標注不很規范難以辨認正負極在熱電偶測定時(shí)極易接反導致檢定結果誤差。
1)正確連接時(shí)根據中間導體定律儀表所接收的總熱電勢為:
E總=EK(t1,t3)+Ekx(t1,t3)=Ek(1)+E(t2,t2)=Ek(t1,t2)。
2)若正負極接反則儀表所接收的總熱電勢為:
E´總=Ex(t1,t3)+Ekx(t3,t2)。
對于KX延伸型補償導線(xiàn)有:
E'kx(t3,t2)=-Ekx(t3,t2)=-Ek(t3,t2)。
通過(guò)上式計算可得產(chǎn)生的誤差為：
E'總-E總=EK(t1,t3)-Ek(t3,t2)-
Ek(t1,t3)-E(t3,t2)=-2Ex(t3,t2)。
　　綜上所述,由此產(chǎn)生的誤差正好是補償導線(xiàn)補償值的2倍,爐溫比控制間的溫度一般高8℃若控制溫度為400℃實(shí)際溫度就是416℃左右。所以在連接補償導線(xiàn)時(shí)-定要注意導線(xiàn)的極性避免接反。補償導線(xiàn)的正負極一-般可以根據導線(xiàn)材料顏色來(lái)判別但為了保險起見(jiàn)可用更準確的實(shí)驗方法來(lái)區別:將補償導線(xiàn)的兩端各剝去一小段絕緣層將兩根導線(xiàn)的一端擰在一起然后放入沸水中。另-端分別與銅導線(xiàn)連接后插入冰點(diǎn)槽中再將銅導線(xiàn)引|到直流電位差計的測量端。測量結果如果與分度表中列出的其中一個(gè)熱電偶數值相符合就可知道該補償導線(xiàn)的型號及其正負極:與直流電位差計正端連接的電極就是補償導線(xiàn)的正極與負端連接的電極即為補償導線(xiàn)的負極。
4.2與普通導線(xiàn)混用
　　實(shí)際測量中經(jīng)常遇到補償導線(xiàn)長(cháng)度不夠的情況測量人員圖省事往往會(huì )用普通導線(xiàn)來(lái)續接根據中間導體定律可知: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(diǎn)。
4.3補償導線(xiàn)型號不符
　　同樣是補償導線(xiàn)選用時(shí)若與熱電偶的型號不符測量結果也會(huì )出現誤差。比如用K型熱電偶的補償導線(xiàn)用到S型熱電偶上根據中間導體定律計算后可知測量出的溫度比實(shí)際溫度要高。
5補償導線(xiàn)的正確使用
1)正確選擇所需的型號。補償導線(xiàn)選擇時(shí)不但要注意熱電偶的種類(lèi)而且還要根據工作溫度綜合起來(lái)正確選擇。
2)正確分清正負極(見(jiàn)上節)。
3)不能與普通導線(xiàn)混用(見(jiàn)上節)。
4)注意接點(diǎn)連接。在儀表盤(pán)內接線(xiàn)時(shí)儀器本身因通電而溫度升高使接線(xiàn)端子處的溫度高于儀表盤(pán)接線(xiàn)端子處的溫度。熱電偶的補償導線(xiàn)引到儀表盤(pán)后如果將補償導線(xiàn)接到儀表盤(pán)的接線(xiàn)端子上而儀表盤(pán)的接線(xiàn)端子與儀表接線(xiàn)端子間用銅線(xiàn)連接，上述溫差就會(huì )造成測量誤差。所以應該將補償導線(xiàn)繞過(guò)儀表盤(pán)的接線(xiàn)端子直接與儀表的接線(xiàn)端子相連。
5)注意使用長(cháng)度。熱電偶的信號比較低如果補償導線(xiàn)的距離過(guò)長(cháng)因為環(huán)境中強電的干擾及本身信號的衰減會(huì )使熱電偶測量值出現誤差。經(jīng)多次試驗驗證補償導線(xiàn)的長(cháng)度在15m內時(shí)測量結果誤差不大超過(guò)15m則會(huì )直接影響到測量結果的準確性。若條件所迫必須使用超過(guò)15m的導線(xiàn)時(shí)最好使用溫度變送器傳送信號。
6)布線(xiàn)。動(dòng)力線(xiàn)路和強磁場(chǎng)會(huì )干擾補償導線(xiàn)的傳輸信號所以補償導線(xiàn)布線(xiàn)時(shí)要考慮遠離這些干擾源。穿越動(dòng)力線(xiàn)路時(shí),要采用交叉方式不可以與之平行。如果現場(chǎng)干擾源太多且無(wú)法避免可以采用熱電偶屏蔽補償導線(xiàn)的方法增強補償導線(xiàn)的抗干擾性。在使用過(guò)程中-定要注意將屏蔽層接地否則反而會(huì )增強干擾造成測量誤差更大。