熱電偶用補償導線的使用問題

　　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,熱電勢才與熱端溫度呈單值函數關系。在實際應用中,由于熱電偶長度限制，冷端受到被測溫度和周圍環境溫度波動的影響，很難保持恒定,從而造成被測溫度失真。工業中一般使用補償導線來延長熱電偶的冷端,遠離高溫區和溫度波動區。了解熱電偶用補償導線的原理、功能、性質、使用方法和注意事項等內容,可以正確選用補償導線,充分發揮其作用。
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勢的標稱值相同的一對帶有絕緣層的導線,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,可以將熱電偶的冷端延伸到溫度較恒定的地方,降低測量線路的成本,提高測溫正確性,改善熱電偶測量線路的物理機械性能,便于敷設。補償導線只是將熱電偶的冷端進行了延長處理,補償了與熱電偶連接處溫度波動所產生的誤差,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)進行的冷端溫度補.償。
2熱電偶用補償導線的分類
2.1按成分可分為延長型和補償型兩類:
2.1.1延長型導線合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶相同,用字母“X"表示。例如“KX",表示K型熱電偶用延長型補償導線。
2.1.2補償型導線合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶不同,但其電動勢在0~100℃或0~200℃時與所配用的熱電偶的熱電動勢標稱值相同,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。
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。
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(無標志)兩類。
2.4補償導線線芯型式有單股線芯和多股線芯兩種。
3補償導線在使用過程中需要注意的幾個問題
3.1熱電偶中間溫度定律:
 
　　根據熱電偶中間溫度定律。可以用補償導線代替熱電偶將熱電偶的冷端從溫度不穩定的te處延長至穩定的t0處。在應用中間溫度定律時應注意以下幾點:
3.1.1不同分度號的熱電偶和不同型號的補償導線分別具有不同的熱電特性。在te~t0之間,只有補償導線和與其相匹配的熱電偶才具有相同的熱電勢,這時Ecd(te,t0)=EAB+(te,t0),總電動勢E(t,t0)=EAB(t,t0)。所以在選擇補償導線型號時,只能與相應型號的熱電偶配用,不同型號的補償導線不能混用,補償導線和一般導線也不能混用。例如,K型熱電偶應該選擇KCA、KCB或KX等型號的補償導線。
3.1.2補償導線在與熱電偶連接時一定要注意極性,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。當補償導線極性接反時，ECD(te,t0)=-FEs:(r,t),這樣它產生的熱電勢會抵消一部分熱電偶產生的熱電勢,不但起不到補償作用,反而會使誤差增加一倍,即總電動勢減少2EAB(te,t0)。
　　國內生產的補償導線的型號和極性一般可根據國標GB/T4989-1994《熱電偶用補償導線》中表五規定的其絕緣層顏色來判別.正極的絕緣層著紅色，負極絕緣層的著色隨著分度號的不同而不同,如KCA、KCB的負極絕緣層著藍色,KX的負極著黑色,NC、NX的負極著灰色。如果不能確定其型號和極性或者測試數據有問題,可參照以下實驗步驟進行判斷:
1) 先削去補償導線兩端的絕緣層;2)將兩根導線其中一端的合金: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槽中,恒定在0C,用鋼導線引入電壓表測量端;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，即為該補償導線的型號;5)當測量熱電勢值為正時,可判斷與電壓表正接線端連接的一端為補償導線的正極,另一端為負極。若只判斷補.償導線的極性,僅利用熱水進行測試即可。
3.1.3根據工作溫度范圍、精度要求選擇適合的補償導線。通常使用溫度范圍在0~100℃之間時,可選擇一般用補償導線,如K型熱電偶可選用KCA-G.KCB-G或KX-G型補償導線;在0~200℃之間時,可選擇耐熱用補償導線，如K型熱電偶可選用KCA-H.KCB-H或KX-H。溫度較高時,KX-H型比KC-H型產生的誤差更小。
　　在規定使用溫度范圍之外,由于補償導線與熱電偶導體材料的不.同，ECD(te,t0)與En(t,1)會產生較嚴重偏差,故補償導線必須在規定的溫度范圍內使用。
　　K型熱電偶用補償導線普通級允差為±2.5℃，精密級允差為士1.5℃。國內生產的可根據其護套顏色來判斷允差級別，普通級的護套著黑色,一般用精密級的護套著灰色,耐熱用精密級的護套著黃色。
3.2根據使用的不同要求選用適合的補償導線線徑。如與動圈式儀表連接,可選用線徑較粗的,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行導熱系數測量時,對使用環境熱量損失的控制較為嚴格,應選用線徑較細的,以減少因合金絲導熱而常走的熱量,防止產生較大誤差。
3.3兩根補償導線與熱電偶兩個熱電極的接點應臨近布置，使其溫度相同;與儀表或其他電路相連的兩個接點溫度也應保持一致。根據熱電偶中間導體定律,還應保證電路中其他連接導線、顯示儀表、接插件等中間導體兩端的溫度各自相同,這樣才不會對熱電偶和補償導線輸出的熱電勢產生影響。
3.4因為熱電偶產生的熱電勢為微伏級，如果補償導線使用長度過長,熱電勢的衰減以及與周圍干擾的偶合,足以使信號失真,造成測量和控制溫度不正確。這時可使用溫度變送器將熱電勢轉換成直流電流進行傳輸,增強信號抗干擾性。
3.5補償導線布線時盡量遠離動力線和干擾源，必須穿越時,采用交叉布置。在有電磁干擾的環境中,應選用加屏蔽層的補償導線,并且屏蔽層必須嚴格接地。
3.6由于補償導線和熱電偶采用不同材料制成,在相同條件下產生的熱電勢會有細微偏差,因此,在使用補償導線進行精密測量時,測量結果必須加修正值進行修正后,才允許使用。
4結論
　　補償導線在一定溫度范圍內相當于一支熱電偶,是對熱電偶廉價的延長,它對熱電偶正確測溫起著非常重要的作用。我們通過對熱電偶用補償導線各項特性進行深入的分析和探討,進而能夠正確選擇和使用補償導線,可以節約成本，使測試的數據更加正確可靠,發揮補償導線的最大作用。