熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用

摘要:對補(bǔ)償導(dǎo)線的使用原理進(jìn)行了介紹闡述了操作錯誤對熱電偶溫度測量結(jié)果的影響并提出補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用方法，以避免熱電偶的測溫結(jié)果出現(xiàn)較大誤差影響熱控工作其他環(huán)節(jié)。
在熱控實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的熱電偶溫度測量中經(jīng)常使用到補(bǔ)償導(dǎo)線。如果對補(bǔ)償導(dǎo)線的使用不恰當(dāng)會導(dǎo)致熱電偶的測溫結(jié)果出現(xiàn)很大的誤差直接影響到熱控工作的各個環(huán)節(jié)。所以要對熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的使用方法、原理、注意要點(diǎn)等熟練掌握。
1工作原理
　　熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)(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(dǎo)線,由絕緣層、護(hù)套、屏蔽層組成用來連接熱電偶與測量裝置以補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線就是用來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(bǔ)償。使用補(bǔ)償導(dǎo)線不但不影響測量結(jié)果還方便操作更節(jié)約了測量成本經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。采用一支K型熱電偶用工業(yè)熱電偶自動測量系統(tǒng)進(jìn)行熱電偶的周期檢定在使用補(bǔ)償導(dǎo)線及用普通銅線代替時各檢定次檢定點(diǎn)400℃時未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測定值為16.164誤差在5.4℃左右使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測定值為16.296誤差在2℃左右;檢定點(diǎn)600℃時未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測定值為24.591誤差在7℃左右使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測定值為24.875誤差在0.6℃左右;檢定點(diǎn)800℃時未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測定值為33.856誤差在10℃左右使用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶測定值為33.267誤差在0.2℃左右。
2補(bǔ)償導(dǎo)線常用術(shù)語及性能
2.1允差
　　允差是由于測量系統(tǒng)中引用了補(bǔ)償導(dǎo)線而產(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(hù)套、屏蔽層
　　常用的補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣層和護(hù)套是以聚氯乙烯為主體材料;耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣層是以聚四氟乙烯為主體材料護(hù)套是以聚四氟乙烯或無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(fù)合鋁(銅)帶纏繞。
2.3符號
　　S表示熱電特性為精密級補(bǔ)償導(dǎo)線。普通級補(bǔ)償導(dǎo)線不標(biāo)字母;G表示-般用補(bǔ)償導(dǎo)線;H表示耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線;R表示線芯為多股的補(bǔ)償導(dǎo)線。線芯為單股的補(bǔ)償導(dǎo)線不標(biāo)字母;P表示有屏蔽層的補(bǔ)償導(dǎo)線;V表示絕緣層或護(hù)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(hù)套為無堿玻璃絲材料。
2.4絕緣電阻
　　環(huán)境溫度為15C~35℃相對濕度不大于80%時補(bǔ)償導(dǎo)線的線芯間和線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(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)經(jīng)受220℃±5℃歷時24h耐熱性能試驗(yàn)后立即將試樣在5倍其直徑的圓柱體.上彎曲180°后應(yīng)表面無裂紋補(bǔ)償導(dǎo)線的線芯間和線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(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)經(jīng)受環(huán)境溫度40℃±2℃相對濕度95%+3%歷時24h防潮性能試驗(yàn)后補(bǔ)償導(dǎo)線的線芯間和線芯與屏蔽層之間的絕緣電阻每米不小于25MΩ.
3補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇
3.1根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境
1) 延長型:合金絲的化學(xué)成分及熱電動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型熱電偶用延長型補(bǔ)償導(dǎo)線。
2)補(bǔ)償型:合金絲的化學(xué)成分與配用的熱電偶不同但熱電動勢值在0℃~200℃時與配用熱電偶的熱電動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(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線,“KCA"“KCB”等。
3.2根據(jù)工作條件
1)按線芯多少分為單股和多芯補(bǔ)償導(dǎo)線。2)以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線。3)防爆專用的安全線路用的補(bǔ)償導(dǎo)線。
4使用補(bǔ)償導(dǎo)線常見的問題
4.1與熱電偶正負(fù)極接反
　　目前對熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的標(biāo)注不很規(guī)范難以辨認(rèn)正負(fù)極在熱電偶測定時極易接反導(dǎo)致檢定結(jié)果誤差。
1)正確連接時根據(jù)中間導(dǎo)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(fù)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(bǔ)償導(dǎo)線有:
E'kx(t3,t2)=-Ekx(t3,t2)=-Ek(t3,t2)。
通過上式計算可得產(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(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線時-定要注意導(dǎo)線的極性避免接反。補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極一-般可以根據(jù)導(dǎo)線材料顏色來判別但為了保險起見可用更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)方法來區(qū)別:將補(bǔ)償導(dǎo)線的兩端各剝?nèi)ヒ恍《谓^緣層將兩根導(dǎo)線的一端擰在一起然后放入沸水中。另-端分別與銅導(dǎo)線連接后插入冰點(diǎn)槽中再將銅導(dǎo)線引|到直流電位差計的測量端。測量結(jié)果如果與分度表中列出的其中一個熱電偶數(shù)值相符合就可知道該補(bǔ)償導(dǎo)線的型號及其正負(fù)極:與直流電位差計正端連接的電極就是補(bǔ)償導(dǎo)線的正極與負(fù)端連接的電極即為補(bǔ)償導(dǎo)線的負(fù)極。
4.2與普通導(dǎo)線混用
　　實(shí)際測量中經(jīng)常遇到補(bǔ)償導(dǎo)線長度不夠的情況測量人員圖省事往往會用普通導(dǎo)線來續(xù)接根據(jù)中間導(dǎo)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(bǔ)償導(dǎo)線型號不符
　　同樣是補(bǔ)償導(dǎo)線選用時若與熱電偶的型號不符測量結(jié)果也會出現(xiàn)誤差。比如用K型熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線用到S型熱電偶上根據(jù)中間導(dǎo)體定律計算后可知測量出的溫度比實(shí)際溫度要高。
5補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用
1)正確選擇所需的型號。補(bǔ)償導(dǎo)線選擇時不但要注意熱電偶的種類而且還要根據(jù)工作溫度綜合起來正確選擇。
2)正確分清正負(fù)極(見上節(jié))。
3)不能與普通導(dǎo)線混用(見上節(jié))。
4)注意接點(diǎn)連接。在儀表盤內(nèi)接線時儀器本身因通電而溫度升高使接線端子處的溫度高于儀表盤接線端子處的溫度。熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線引到儀表盤后如果將補(bǔ)償導(dǎo)線接到儀表盤的接線端子上而儀表盤的接線端子與儀表接線端子間用銅線連接，上述溫差就會造成測量誤差。所以應(yīng)該將補(bǔ)償導(dǎo)線繞過儀表盤的接線端子直接與儀表的接線端子相連。
5)注意使用長度。熱電偶的信號比較低如果補(bǔ)償導(dǎo)線的距離過長因?yàn)榄h(huán)境中強(qiáng)電的干擾及本身信號的衰減會使熱電偶測量值出現(xiàn)誤差。經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證補(bǔ)償導(dǎo)線的長度在15m內(nèi)時測量結(jié)果誤差不大超過15m則會直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。若條件所迫必須使用超過15m的導(dǎo)線時最好使用溫度變送器傳送信號。
6)布線。動力線路和強(qiáng)磁場會干擾補(bǔ)償導(dǎo)線的傳輸信號所以補(bǔ)償導(dǎo)線布線時要考慮遠(yuǎn)離這些干擾源。穿越動力線路時,要采用交叉方式不可以與之平行。如果現(xiàn)場干擾源太多且無法避免可以采用熱電偶屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線的方法增強(qiáng)補(bǔ)償導(dǎo)線的抗干擾性。在使用過程中-定要注意將屏蔽層接地否則反而會增強(qiáng)干擾造成測量誤差更大。