熱電偶補償導線(xiàn)使用原理

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。熱電偶往往是由比較貴重的材料制成，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,更節約了測雖成本,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5.4C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表示一般用補償導線(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敞型補償導線(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=Ex(t1,t3)+EKX(t1,t2)=EK(t3,t2)+EK(t1,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=EK(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)-Ex(t3,t2)-EK(t1,t3)-Ex(t3,t2)=-2Ek(t3,t2)。
　　綜上所述,由此產(chǎn)生的誤差正好是補償導線(xiàn)補償值的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,在連接補償導線(xiàn)時(shí),一定要注意導線(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--小段絕緣層,將兩根導線(xiàn)的一端擰在一起,然后放人沸水中。另一端分別與銅導線(xiàn)連接后插人冰點(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--定要注意將屏敝層接地,否則反而會(huì )增強干擾,造成測量誤差更大。