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G1補(bǔ)償辱線艱運(yùn)田1熟堆：2熱電僅；3卷比端；4計(jì)償導(dǎo)踐；5儻表接蛍端；6二次儀炭由熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱端（又稱測(cè)量端）、參比端（又稱冷端）的熱電勢(shì)有關(guān)，只有參比端溫度ti為零或恒定不變，熱電勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)（見(jiàn)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(cè)量誤差也越大。由于大多數(shù)熱 電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性，所以造成的測(cè)量誤差大致等于上述溫差。以K分度號(hào)的鎳鉻-鎳硅熱電偶為例，當(dāng)t1=50 C, t2=20C時(shí)，如熱端溫度為1000C，則顯示溫度僅969C,誤差達(dá)31 Co實(shí)

2、際應(yīng)用時(shí)，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)溫度既不可能為零，也不可能保持某個(gè)溫度恒定不 變，由此引起測(cè)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(duì)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(jiàn)，關(guān)鍵是如何對(duì)熱電偶的參比端溫度 ti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(gè)問(wèn)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

3、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(cè)溫回路的總電勢(shì)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(lái)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(duì)原參比端溫度進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償導(dǎo)線除了可減少測(cè)量誤差外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：可改善熱電偶測(cè)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(cè)量線路成本。2、補(bǔ)償導(dǎo)線的分類"X"表示，補(bǔ)償型其合金絲名義化學(xué)成從原理上分延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型，延長(zhǎng)

4、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(shì)也相同，在型號(hào)中以"C" 表示分與配用的熱電偶不同，但在其工作溫度范圍內(nèi)，熱電勢(shì)與所配用熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相近，在型號(hào)中以S、R分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線，精密級(jí)的從補(bǔ)償精度分普通級(jí)和精密級(jí)，精密級(jí)補(bǔ)償后的誤差大體上只有普通級(jí)的一半，通常用在測(cè)量精度要求較高的地方。如 允差為士 2.5 C,普通級(jí)的允差為士 5.0C;K、N分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線，精密級(jí)的允差為士 1.5 C,普通級(jí)的允差為士 2.5 C。在型號(hào)中普通級(jí)的不標(biāo)，精密級(jí)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 C （少數(shù)

5、為0 70 "C）;耐熱用工作溫度為0 200 "C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(chǎng)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(gè)問(wèn)題1、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的匹配各種分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相同分度號(hào)的熱電偶配用，否則可能欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償，常用熱電偶在100C和200C時(shí)需補(bǔ)償?shù)臒犭妱?shì)值見(jiàn)表1 :表1常用熱電偶在100C和200C時(shí)的熱電勢(shì)值熱電偶名稱熱電偶分度號(hào)參考端為0C時(shí)的熱電勢(shì)mV100C200C鉑銠10鉑S0.6461.441鉑銠13鉑R0.6471.469鉑銠30鉑銠6B0.0330.178

6、鎳鉻一鎳硅K4.0968.138鎳鉻硅一鎳硅N2.7745.913鎳鉻一銅鎳E6.31913.421鐵一銅鎳J5.26910.779銅一銅鎳T4.2799.288當(dāng)我們用K分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線配用N分度號(hào)的熱電偶，將造成過(guò)補(bǔ)償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線配用K分度號(hào)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(hào)和極性的判斷IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有差異，用這個(gè)方法對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號(hào)和極性常有時(shí)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(guó)內(nèi)新舊標(biāo)準(zhǔn)、 常難以準(zhǔn)確判斷。最可靠最常用的方法是測(cè)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

7、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(dòng)圈式直讀 mV表相連，因測(cè)量時(shí)取電流其讀數(shù)偏低），將測(cè)得的熱電勢(shì)與表1比較，與之最接近的即為補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號(hào)，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(cè)試時(shí)由補(bǔ)償導(dǎo)線構(gòu)成的熱電偶的參比端溫度不一定是0C,例如是20C,則所測(cè)熱電勢(shì)低于參比端為 0C的熱電勢(shì)值。以某種不明分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線為例，如參比端溫度約20C，測(cè)量值如在3.928 ±0.150mV范圍內(nèi)，則可判斷這種補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號(hào)是心3.928是K 分度號(hào)熱電偶100C和20C時(shí)熱電勢(shì)的差值，0.150是K分度號(hào)普通級(jí)補(bǔ)償導(dǎo)線的允差。3、補(bǔ)償導(dǎo)線儀表盤(pán)接線點(diǎn)的位置我

8、們知道，補(bǔ)償導(dǎo)線只是把熱電偶的參比端延長(zhǎng)，起到移動(dòng)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(dòng)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(cè)量誤差。比如在儀表盤(pán)內(nèi)接線時(shí)，由于常用盤(pán)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(pán)接線端子處的溫度。當(dāng)熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線引 進(jìn)儀表盤(pán)后，如果將其接到儀表盤(pán)的接線端子上，而儀表盤(pán)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(cè)量誤差。所以最好將補(bǔ)償導(dǎo) 線跨過(guò)儀表盤(pán)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(duì)早期配熱電偶的動(dòng)圈式儀表來(lái)說(shuō)，有 5Q、15Q兩種線路電阻的要求，當(dāng)熱電

9、偶安裝地點(diǎn)離動(dòng)圈表較遠(yuǎn)時(shí)，或采用分度號(hào)K、N E、J、T等包含有銅鎳材料的補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，其線路電阻較大，選用時(shí)要注意選較大截面的補(bǔ)償導(dǎo)線。比如選用外接15 Q線路電阻E分度號(hào)的動(dòng)圈式儀表時(shí)，其配用的補(bǔ)償導(dǎo)線截面為1.0 mm2、2.5 mm2，而對(duì)應(yīng)的單位長(zhǎng)度線路電阻分別為1.25 Q/m和0.5 Q/m, 則補(bǔ)償導(dǎo)線的最大允許長(zhǎng)度僅為12 m和30 m。設(shè)計(jì)時(shí)如不留心，這個(gè)長(zhǎng)度很容易超過(guò)，造成測(cè)量誤差。5、R、S分度號(hào)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(hào)，分別代表鉑銠13-鉑和鉑銠10-鉑熱電偶，前者在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，但其熱電勢(shì)較大（1600C時(shí)R S分度熱電偶的熱電勢(shì)分別為

10、18.849mV和16.777 mV）,而在低溫段100C時(shí)兩者基本一致（R、S分度號(hào)的熱電勢(shì)分別為0.647 mV和0.646 mV）, 200 C時(shí)稍有差別（R S分度號(hào)的熱電勢(shì)分別為1.467 mV和1.441mV，所以目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上 R S分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線是通用的。如將市場(chǎng)上通常采購(gòu)得到的 S分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo) 線用于R分度號(hào)的熱電偶，在100C以下無(wú)誤差，即使到了耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線的極限溫度 200C，當(dāng)熱電偶的熱端溫度分別為600C、1000C、1300C時(shí)，所引起 的誤差僅為 2.5 C、2.2 C、2.0 Co這一點(diǎn)可作為1節(jié)的一個(gè)特例。在常用熱電偶當(dāng)中，R S分度號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線的精度是最

11、低的，但從溫度使用范圍來(lái)看，060C范圍內(nèi)誤差很小，100150C誤差就比較大了。當(dāng)測(cè)量誤差要求高時(shí)，必須將參比端的溫度保持在 100 C以下。6、補(bǔ)償型與延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的比較K分度號(hào)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(duì)照表2可以供實(shí)際選用時(shí)參考。表2K分度號(hào)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(shì)特性一定溫度范圍內(nèi)，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100C）不受限制（僅取決于絕緣材料）線路電阻低(約 0.8 Q/m, mrr)高(1.5 Q

12、/m, mrr)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(wú)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(shuō)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(hào)B的雙鉑銠（鉑銠30-鉑銠6）熱電偶是一個(gè)例外，它沒(méi)有專用的補(bǔ)償導(dǎo)線，或者換一句話說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用中，它一般沒(méi)有必要使用補(bǔ)償導(dǎo)線。雙鉑銠熱電偶常用于13001600C溫度段的測(cè)溫（W 1300'C通常采用鉑銠-鉑熱電偶），其低溫段的熱電勢(shì)出奇地低，如100C時(shí)的熱電勢(shì)僅0.033mV, 200C 時(shí)的熱電勢(shì)為0.178mV,與整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)（01800 C）每100C的平均熱電勢(shì)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1300C和1600C時(shí)，如參比端溫度t1=100C時(shí)，造成的誤差為士 3.0 C,如t1=120C時(shí)，造成的誤差為士 5, .0 C，均達(dá)到使用普通