熱電偶用補償導線(xiàn)的使用問(wèn)題

　　根據熱電偶測溫原理，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。當冷端溫度t0不變時(shí),熱電勢才與熱端溫度呈單值函數關(guān)系。在實(shí)際應用中,由于熱電偶長(cháng)度限制，冷端受到被測溫度和周?chē)h(huán)境溫度波動(dòng)的影響，很難保持恒定,從而造成被測溫度失真。工業(yè)中一般使用補償導線(xiàn)來(lái)延長(cháng)熱電偶的冷端,遠離高溫區和溫度波動(dòng)區。了解熱電偶用補償導線(xiàn)的原理、功能、性質(zhì)、使用方法和注意事項等內容,可以正確選用補償導線(xiàn),充分發(fā)揮其作用。
1定義及其作用
1定義及其作用
　　熱電偶用補償導線(xiàn)是指在一定溫度范圍內(包括常溫)具有與所匹配熱電偶的熱電動(dòng)勢的標稱(chēng)值相同的一對帶有絕緣層的導線(xiàn),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。正確使用補償導線(xiàn),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(xiàn)路的成本,提高測溫正確性,改善熱電偶測量線(xiàn)路的物理機械性能,便于敷設。補償導線(xiàn)只是將熱電偶的冷端進(jìn)行了延長(cháng)處理,補償了與熱電偶連接處溫度波動(dòng)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(jìn)行的冷端溫度補.償。
2熱電偶用補償導線(xiàn)的分類(lèi)
2.1按成分可分為延長(cháng)型和補償型兩類(lèi):
2.1.1延長(cháng)型導線(xiàn)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(cháng)型補償導線(xiàn)。
2.1.2補償型導線(xiàn)合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同,但其電動(dòng)勢在0~100℃或0~200℃時(shí)與所配用的熱電偶的熱電動(dòng)勢標稱(chēng)值相同,用字母“C"表示,例如“KC"。不同合金絲可應用于同種型號(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線(xiàn)。
2.2按照使用溫度范圍可分為一般用(標志為G)和耐熱用(標志為H)兩類(lèi)。
2.3按照熱電特性的允差可分為精密級(標志為S)和普通級(無(wú)標志)兩類(lèi)。
2.4補償導線(xiàn)線(xiàn)芯型式有單股線(xiàn)芯和多股線(xiàn)芯兩種。
3補償導線(xiàn)在使用過(guò)程中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題
3.1熱電偶中間溫度定律:
 
　　根據熱電偶中間溫度定律?？梢杂醚a償導線(xiàn)代替熱電偶將熱電偶的冷端從溫度不穩定的te處延長(cháng)至穩定的t0處。在應用中間溫度定律時(shí)應注意以下幾點(diǎn):
3.1.1不同分度號的熱電偶和不同型號的補償導線(xiàn)分別具有不同的熱電特性。在te~t0之間,只有補償導線(xiàn)和與其相匹配的熱電偶才具有相同的熱電勢,這時(shí)Ecd(te,t0)=EAB+(te,t0),總電動(dòng)勢E(t,t0)=EAB(t,t0)。所以在選擇補償導線(xiàn)型號時(shí),只能與相應型號的熱電偶配用,不同型號的補償導線(xiàn)不能混用,補償導線(xiàn)和一般導線(xiàn)也不能混用。例如,K型熱電偶應該選擇KCA、KCB或KX等型號的補償導線(xiàn)。
3.1.2補償導線(xiàn)在與熱電偶連接時(shí)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,負極與負極相連。當補償導線(xiàn)極性接反時(shí)，ECD(te,t0)=-FEs:(r,t),這樣它產(chǎn)生的熱電勢會(huì )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(huì )使誤差增加一倍,即總電動(dòng)勢減少2EAB(te,t0)。
　　國內生產(chǎn)的補償導線(xiàn)的型號和極性一般可根據國標GB/T4989-1994《熱電偶用補償導線(xiàn)》中表五規定的其絕緣層顏色來(lái)判別.正極的絕緣層著(zhù)紅色，負極絕緣層的著(zhù)色隨著(zhù)分度號的不同而不同,如KCA、KCB的負極絕緣層著(zhù)藍色,KX的負極著(zhù)黑色,NC、NX的負極著(zhù)灰色。如果不能確定其型號和極性或者測試數據有問(wèn)題,可參照以下實(shí)驗步驟進(jìn)行判斷:
1) 先削去補償導線(xiàn)兩端的絕緣層;2)將兩根導線(xiàn)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(diǎn)槽中,恒定在0C,用鋼導線(xiàn)引入電壓表測量端;4)所測熱電勢與各熱電.偶分度表中100C對應的數值相比較,與其相符合的熱電偶的分度號，即為該補償導線(xiàn)的型號;5)當測量熱電勢值為正時(shí),可判斷與電壓表正接線(xiàn)端連接的一端為補償導線(xiàn)的正極,另一端為負極。若只判斷補.償導線(xiàn)的極性,僅利用熱水進(jìn)行測試即可。
3.1.3根據工作溫度范圍、精度要求選擇適合的補償導線(xiàn)。通常使用溫度范圍在0~100℃之間時(shí),可選擇一般用補償導線(xiàn),如K型熱電偶可選用KCA-G.KCB-G或KX-G型補償導線(xiàn);在0~200℃之間時(shí),可選擇耐熱用補償導線(xiàn)，如K型熱電偶可選用KCA-H.KCB-H或KX-H。溫度較高時(shí),KX-H型比KC-H型產(chǎn)生的誤差更小。
　　在規定使用溫度范圍之外,由于補償導線(xiàn)與熱電偶導體材料的不.同，ECD(te,t0)與En(t,1)會(huì )產(chǎn)生較嚴重偏差,故補償導線(xiàn)必須在規定的溫度范圍內使用。
　　K型熱電偶用補償導線(xiàn)普通級允差為±2.5℃，精密級允差為士1.5℃。國內生產(chǎn)的可根據其護套顏色來(lái)判斷允差級別，普通級的護套著(zhù)黑色,一般用精密級的護套著(zhù)灰色,耐熱用精密級的護套著(zhù)黃色。
3.2根據使用的不同要求選用適合的補償導線(xiàn)線(xiàn)徑。如與動(dòng)圈式儀表連接,可選用線(xiàn)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(jìn)行導熱系數測量時(shí),對使用環(huán)境熱量損失的控制較為嚴格,應選用線(xiàn)徑較細的,以減少因合金絲導熱而常走的熱量,防止產(chǎn)生較大誤差。
3.3兩根補償導線(xiàn)與熱電偶兩個(gè)熱電極的接點(diǎn)應臨近布置，使其溫度相同;與儀表或其他電路相連的兩個(gè)接點(diǎn)溫度也應保持一致。根據熱電偶中間導體定律,還應保證電路中其他連接導線(xiàn)、顯示儀表、接插件等中間導體兩端的溫度各自相同,這樣才不會(huì )對熱電偶和補償導線(xiàn)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，如果補償導線(xiàn)使用長(cháng)度過(guò)長(cháng),熱電勢的衰減以及與周?chē)蓴_的偶合,足以使信號失真,造成測量和控制溫度不正確。這時(shí)可使用溫度變送器將熱電勢轉換成直流電流進(jìn)行傳輸,增強信號抗干擾性。
3.5補償導線(xiàn)布線(xiàn)時(shí)盡量遠離動(dòng)力線(xiàn)和干擾源，必須穿越時(shí),采用交叉布置。在有電磁干擾的環(huán)境中,應選用加屏蔽層的補償導線(xiàn),并且屏蔽層必須嚴格接地。
3.6由于補償導線(xiàn)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(huì )有細微偏差,因此,在使用補償導線(xiàn)進(jìn)行精密測量時(shí),測量結果必須加修正值進(jìn)行修正后,才允許使用。
4結論
　　補償導線(xiàn)在一定溫度范圍內相當于一支熱電偶,是對熱電偶廉價(jià)的延長(cháng),它對熱電偶正確測溫起著(zhù)非常重要的作用。我們通過(guò)對熱電偶用補償導線(xiàn)各項特性進(jìn)行深入的分析和探討,進(jìn)而能夠正確選擇和使用補償導線(xiàn),可以節約成本，使測試的數據更加正確可靠,發(fā)揮補償導線(xiàn)的最大作用。