補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理及其應(yīng)用

1、補(bǔ)償導(dǎo)線工作原理及其應(yīng)用一、概述由熱電偶的測溫原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與熱端（又稱測量端）、參比端（又稱冷端）的熱電勢有關(guān)，只有參比端溫度t1 為零或恒定不變，熱電勢才是熱端溫度的單值函數(shù)（見圖1）。如果不補(bǔ)償?shù)脑?，則熱電偶的參比端溫度與儀表接線端溫度t2間的溫差t1-t2越大，測量誤差也越大。由于大多數(shù)熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性，所以造成的測量誤差大致等于上述溫差。以K 分度號的鎳鉻-鎳硅熱電偶為例，當(dāng)t1=50，t2=20時，如熱端溫度為1000，則顯示溫度僅969，誤差達(dá)31。實(shí)際應(yīng)用時，由于熱電偶參比端的接線盒通常暴露在大氣中，溫度變化較大，如不采取措施，接線盒內(nèi)溫度既不可

2、能為零，也不可能保持某個溫度恒定不變，由此引起測量誤差。由于與熱電偶相連的二次儀表（如顯示器、記錄儀）、I/O插卡等均帶環(huán)境溫度補(bǔ)償，可對這些裝置與熱電偶的接線點(diǎn)（即儀表接線端）溫度t2進(jìn)行補(bǔ)償。由此可見，關(guān)鍵是如何對熱電偶的參比端溫度t1 進(jìn)行補(bǔ)償。目前有多種參比端補(bǔ)償方法，如恒溫法、補(bǔ)償電橋法、補(bǔ)償熱電偶法、補(bǔ)償導(dǎo)線法等，但最常用的就是補(bǔ)償導(dǎo)線法。本文首先敘述補(bǔ)償導(dǎo)線的原理和分類，然后介紹補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用中通常需要了解的幾個問題。二、補(bǔ)償導(dǎo)線的工作原理及分類1、補(bǔ)償導(dǎo)線的工作原理在一定溫度范圍內(nèi)，熱電性能與熱電偶熱電性能很相近的導(dǎo)線稱為熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線。按熱電偶中間溫度定則，熱電偶測溫回路的總

3、電勢值只與熱端和參比端的溫度有關(guān)，而不受中間溫度變化的影響，所以可用與熱電偶材料相匹配的補(bǔ)償導(dǎo)線來代替需要延伸的貴重?zé)犭娕疾牧?，將參比端由熱電偶接線盒延伸到儀表接線端，由補(bǔ)償導(dǎo)線對原參比端溫度進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償導(dǎo)線除了可減少測量誤差外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：可改善熱電偶測溫線路的物理性能和機(jī)械性能，如采用多股線芯或小直徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路的柔韌性，使連接方便，也易于屏蔽外界干擾；可降低測量線路成本。2、補(bǔ)償導(dǎo)線的分類從原理上分延長型和補(bǔ)償型，延長型其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶相同，因而熱電勢也相同，在型號中以X表示，補(bǔ)償型其合金絲名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但在其工作溫度范圍內(nèi)，熱電勢與所配用

4、熱電偶的熱電勢標(biāo)稱值相近，在型號中以C表示。從補(bǔ)償精度分普通級和精密級，精密級補(bǔ)償后的誤差大體上只有普通級的一半，通常用在測量精度要求較高的地方。如S、R分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線，精密級的允差為2.5,普通級的允差為5.0;K 、N分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線，精密級的允差為1.5,普通級的允差為2.5。在型號中普通級的不標(biāo)，精密級的加S表示。從工作溫度分一般用和耐熱用，一般用工作溫度為0 100（少數(shù)為0 70）;耐熱用工作溫度為0 200。此外，可以線芯多少分為單股和多芯（軟線）補(bǔ)償導(dǎo)線，以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線，還有專用于防爆場合的本質(zhì)安全電路用的補(bǔ)償導(dǎo)線。三、應(yīng)用中的幾個問題1、補(bǔ)償導(dǎo)線與

5、熱電偶的匹配各種分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相同分度號的熱電偶配用，否則可能欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償，常用熱電偶在100和200時需補(bǔ)償?shù)臒犭妱葜狄姳?：表1 常用熱電偶在100和200時的熱電勢值熱電偶名稱熱電偶分度號參考端為 0時的熱電勢 mV100200鉑銠10鉑S0.6461.441鉑銠13鉑R0.6471.469鉑銠30鉑銠6B0.0330.178鎳鉻鎳硅K4.0968.138鎳鉻硅鎳硅N2.7745.913鎳鉻銅鎳E6.31913.421鐵銅鎳J5.26910.779銅銅鎳T4.2799.288當(dāng)我們用K分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線配用N分度號的熱電偶，將造成過補(bǔ)償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線配

6、用K分度號的熱電偶，將造成欠補(bǔ)償，顯示溫度偏低。2、補(bǔ)償導(dǎo)線分度號和極性的判斷有時可根據(jù)資料所列補(bǔ)償導(dǎo)線的材料、絕緣層及護(hù)套顏色判斷，但由于國內(nèi)新舊標(biāo)準(zhǔn)、IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有差異，用這個方法對補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號和極性常常難以準(zhǔn)確判斷。最可靠最常用的方法是測試法，就是將補(bǔ)償導(dǎo)線的兩端剝?nèi)ソ^緣層，把兩根導(dǎo)線絞合在一起制成熱電偶的熱端，放到沸騰的水中，兩根導(dǎo)線的另一端與直流電位差計(jì)相連（不應(yīng)該與動圈式直讀mV 表相連，因測量時取電流其讀數(shù)偏低），將測得的熱電勢與表1比較，與之最接近的即為補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號，根據(jù)電位差計(jì)的正負(fù)極可確定補(bǔ)償導(dǎo)線的極性。由于測試時由補(bǔ)償導(dǎo)線構(gòu)成的熱電偶的參比端溫度不一定是0，例

7、如是20，則所測熱電勢低于參比端為0的熱電勢值。以某種不明分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線為例，如參比端溫度約20，測量值如在3.9280.150mV范圍內(nèi)，則可判斷這種補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號是K。3.928是K分度號熱電偶100和20時熱電勢的差值，0.150是K分度號普通級補(bǔ)償導(dǎo)線的允差。3、補(bǔ)償導(dǎo)線儀表盤接線點(diǎn)的位置我們知道，補(bǔ)償導(dǎo)線只是把熱電偶的參比端延長，起到移動參比端位置的作用，延伸后的參比端溫度應(yīng)當(dāng)恒定或配用本身具有參比端溫度自動補(bǔ)償?shù)难b置，否則仍可能因新的參比端溫度變化引起測量誤差。比如在儀表盤內(nèi)接線時，由于常用盤裝顯示器、記錄儀本身因通電而發(fā)熱，使其接線端子處的溫度高于儀表盤接線端子處的溫度。當(dāng)熱

8、電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線引進(jìn)儀表盤后，如果將其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，則因上述溫差存在將造成測量誤差。所以最好將補(bǔ)償導(dǎo)線跨過儀表盤的接線端子直接與儀表的接線端子相連。4、補(bǔ)償導(dǎo)線的線路電阻對早期配熱電偶的動圈式儀表來說，有5、15兩種線路電阻的要求，當(dāng)熱電偶安裝地點(diǎn)離動圈表較遠(yuǎn)時，或采用分度號K、N、E、J、T等包含有銅鎳材料的補(bǔ)償導(dǎo)線時，其線路電阻較大，選用時要注意選較大截面的補(bǔ)償導(dǎo)線。比如選用外接15 線路電阻 E分度號的動圈式儀表時，其配用的補(bǔ)償導(dǎo)線截面為1.0 mm2、2.5 mm2 ，而對應(yīng)的單位長度線路電阻分別為 1.25/m和 0.5/m， 則

9、補(bǔ)償導(dǎo)線的最大允許長度僅為 12 m和 30 m。設(shè)計(jì)時如不留心，這個長度很容易超過，造成測量誤差。5、R、S分度號熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線同稱為鉑銠-鉑的熱電偶有R、S兩種分度號，分別代表鉑銠13-鉑和鉑銠10-鉑熱電偶，前者在國內(nèi)應(yīng)用較少， 但其熱電勢較大（1600100 時兩者基本一致（R、S 分度號的熱電勢分別為 0.647 mV和0.646 mV），200 時稍有差別（R、S 分度號的熱電勢分別為 1.467 mV和1.441mV），所以目前國內(nèi)市場上R、S分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線是通用的。如將市場上通常采購得到的S分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線用于R分度號的熱電偶，在100以下無誤差，即使到了耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線的極

10、限溫度200，當(dāng)熱電偶的熱端溫度分別為600、1000、1300時，所引起的誤差僅為 2.5、2.2、2.0。這一點(diǎn)可作為1節(jié)的一個特例。在常用熱電偶當(dāng)中，R、S 分度號補(bǔ)償導(dǎo)線的精度是最低的，但從溫度使用范圍來看，060范圍內(nèi)誤差很小，100150誤差就比較大了。當(dāng)測量誤差要求高時，必須將參比端的溫度保持在100 以下。6、補(bǔ)償型與延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的比較K 分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線有補(bǔ)償型KC補(bǔ)償導(dǎo)線與延伸型KX補(bǔ)償導(dǎo)線，以下性能對照表2可以供實(shí)際選用時參考。表2 K分度號補(bǔ)償型與延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的性能比較性 能補(bǔ) 償 型 KC延 伸 型 KX材質(zhì)與熱電偶材質(zhì)不同與熱電偶材質(zhì)相同熱電勢特性一定溫度范圍內(nèi)

11、，與配用熱電偶相近與配用熱電偶相同誤差曲線非線性，隨溫度而變線性使用溫度范圍受限制（如一般用補(bǔ)償導(dǎo)線為100）不受限制（僅取決于絕緣材料）線路電阻低（約0.8/m，mm2）高（1.5/m，mm2）補(bǔ)償接點(diǎn)干擾因兩種不同材料構(gòu)成補(bǔ)償接點(diǎn)，可能產(chǎn)生干擾無補(bǔ)償精度低高價(jià)格低高（約高12倍）7、雙鉑銠熱電偶不用補(bǔ)償導(dǎo)線前面講了這么多，都是說要用補(bǔ)償導(dǎo)線去補(bǔ)償熱電偶參比端溫度，但在常用熱電偶中，分度號B的雙鉑銠（鉑銠30-鉑銠6）熱電偶是一個例外，它沒有專用的補(bǔ)償導(dǎo)線，或者換一句話說，在實(shí)際應(yīng)用中，它一般沒有必要使用補(bǔ)償導(dǎo)線。雙鉑銠熱電偶常用于13001600 溫度段的測溫（1300 通常采用鉑銠-鉑熱電偶），其低溫段的熱電勢出奇地低，如100時的熱電勢僅 0.033mV， 200時的熱電勢為0.178mV，與整個測溫范圍內(nèi)（01800 ）每100的平均熱電勢為0 .700mV 比較,相差懸殊，所以即使不補(bǔ)償，造成的誤差也很小。例如當(dāng)熱端溫度為1300和1600時，如參比端溫度t1=100 時，造成的誤差為3.0，如t1=120 時，造成的誤差為5，.0 ，均