熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的制造與應(yīng)用

熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的制造與應(yīng)用（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

2021年第4期No熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的制造與應(yīng)用（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）.42021電線電纜ElectricWire&Cable2021年8月Aug.,2021熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的制造與應(yīng)用韓惠福(安徽新亞特電纜集團(tuán),安徽巢湖238331)摘要:主要介紹了熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的定義,相關(guān)術(shù)語,主要型號,補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)要求,也介紹了補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇和使用中應(yīng)該注意的問題。關(guān)鍵詞:熱電偶;補(bǔ)償導(dǎo)線;技術(shù)要求;選擇;使用中圖分類號:TM246.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:167226901(2021)0420007203ProductionandApplicationofThermocoupleCompensatingConductorsHANHui2fu(Anhui2XinyateCableGroupCo.,Ltd.,Chaohu238331,China)Abstract:Thispaperpresentsthedefinition,terms,types,constructionrequireprocessofthermocouplecompensatingconductors.Theauthoralsopresentsonofthermocouplecompensatingconductors.Keywords:thermocouple;compensatingconductor;0引言(包括常溫)值相同的一對帶有絕緣層的導(dǎo)線,用它們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。補(bǔ)償導(dǎo)線分為延長型補(bǔ)償導(dǎo)線和補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線。熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的型號較多,在不同的使用溫度和一些特殊環(huán)境條件下,選擇與熱電偶相匹配的補(bǔ)償導(dǎo)線顯得尤為重要。了解熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的有關(guān)術(shù)語,主要型號、結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求、選擇和使用等相關(guān)內(nèi)容,并在使用中處理好一些對它的影響因素,對熱電偶準(zhǔn)確測量溫度有著非常重要的作用。100℃或0～200℃時與配用熱電偶的熱電動勢標(biāo)稱值相同,它用字母“C”附加在熱電偶分度號之后表示,例如“KC”。不同合金絲可以應(yīng)用于同一分度號的熱電偶,并用附加字母區(qū)別,如“KCA”、“KCB”。(3)允差(或允許誤差)。熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的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,該值用微伏(μV)表示,其允差的大小分為精密級和普通級兩種。各種熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的允差應(yīng)符合表1的規(guī)定。(4)往復(fù)電阻。指在20℃時分別對1m長補(bǔ)償導(dǎo)線的正極和負(fù)極測量其電阻值,將正、負(fù)極的電阻值相加之和稱為補(bǔ)償導(dǎo)線的往復(fù)電阻。各種熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線20℃時的往復(fù)電阻應(yīng)符合表2的規(guī)定。1相關(guān)的術(shù)語(1)延長型補(bǔ)償導(dǎo)線。指其合金的名義化學(xué)成分及熱電動勢標(biāo)稱值與配用熱電偶電偶絲相同,它用字母“X”附加在熱電偶分度號之后表示,例如“KX”。(2)補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線。指其合金的名義化學(xué)成分與配用熱電偶電偶絲不同,但其熱電動勢值在02主要型號目前,熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)主要有國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB/T4989294(等同IEC6058423標(biāo)準(zhǔn))《熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線》和機(jī)械行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)JB/T949621999《鎢錸熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線》。根據(jù)以上兩個標(biāo)準(zhǔn),熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的主要型號、配用熱電偶、材質(zhì)及絕緣層顏色的規(guī)定和要求見表3。收稿日期:2007210212作者簡介:韓惠福(1978-),男,副總工程師.作者地址:安徽巢湖市無為高溝工業(yè)園[238331].2021年第4期No.42021電線電纜ElectricWire&Cable表1熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電勢及其允差值熱電勢及允差/μV2021年8月Aug.,2021熱電偶分度號補(bǔ)償導(dǎo)線型號熱電勢100℃200℃熱電偶測量端溫度/℃精密級允差普通級±60(±5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±200(±2.5℃)±140(±2.5℃)±60(±1.0℃)±48(±1.0℃)±51(±1.0℃)精密級±30(±2.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±120(±1.5℃)±85(±1.5℃)±30(±0.5℃)--熱電勢普通級±60(±5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±100(±2.5℃)±200(±2.5℃)±140(±2.5℃)±90(±1.5℃)±(±1.5℃)±±1.5)S或RSC或RCKCA±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±60(±1.5℃)±100(±1.5℃)±85(±1.5℃)±48(±0.8)-KKCBKXNEJTWC3WC5NCNXEXJXTXWC3/25WC5/26注:表中的允差有兩個數(shù)值,未帶括號的單位為μV;帶括號的單位為℃表2熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線20℃時的往復(fù)電阻值補(bǔ)償導(dǎo)線型號NC或BCKCAKCBKXEXJXTXNCNWC3/25WC5/26補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)一般有導(dǎo)體、絕緣、護(hù)套或加屏蔽組成,其結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)要求簡單介紹如下:(1)導(dǎo)體。導(dǎo)體材料應(yīng)根據(jù)補(bǔ)償導(dǎo)線的種類選用,具體材料見表3。線芯分為單根導(dǎo)線和多根絞線等兩種,具體的規(guī)格(導(dǎo)線截面)范圍為0.2mm～2.5mm;20℃時往復(fù)電阻值應(yīng)符合表2的要求。(2)絕緣層。普通型補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣材料選用聚氯乙烯絕緣料。絕緣層表面應(yīng)平整、色澤均勻,無機(jī)械損傷;絕緣層厚度允差為標(biāo)稱厚度的-10%,最薄處的厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的90%-0.1mm;絕緣補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲絕緣層著色負(fù)極銅SNC銅鎳(0.6)RNC銅鎳(0.65)KNCA銅鎳(22)KNCB康銅(40)KNX鎳硅(3)NNC銅鎳(18)NNX鎳硅(4)ENX銅鎳(45)JNX銅鎳(45)TNX銅鎳(45)WNC3/25WNC5/26表3熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的主要型號及相關(guān)的要求補(bǔ)償導(dǎo)線型號BCSCRCKCAKCBKXNCNXEXJXTXWC3/25WC5/26配用熱電偶鉑銠302鉑銠6鉑銠102鉑鉑銠102鉑熱電偶分度號正極BSR正極紅紅紅紅紅紅紅紅紅紅紅紅紅負(fù)極灰綠綠藍(lán)藍(lán)黑灰灰棕紫白黃橙銅銅(SPC)銅(RNC)鐵(KPGA)鎳鉻2鎳硅K銅(KPGB)鎳鉻(KPX)(10)鎳鉻硅2鎳硅鎳鉻2銅鎳鐵2銅鎳銅2銅鎳鎢錸32鎢錸25鎢錸52鎢錸26鐵(NPC)NEJTWC3WC5鎳鉻硅(NPX)(14)鎳鉻(EPX)(10)鐵(JPX)銅(TPX)WPC3/25WPC5/26?8?2021年第4期No.42021電線電纜ElectricWire&Cable2021年8月Aug.,2021層應(yīng)經(jīng)受交流50Hz、電壓為4000V的火花試驗(yàn)不擊穿,火花試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行速度應(yīng)保證絕緣層每點(diǎn)經(jīng)受電壓作用時間不小于0.1s。耐熱型補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣為聚四氟乙烯。絕緣厚度允差不超過標(biāo)稱值厚度的-20%,最薄處的厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的90%-0.1mm,絕緣線芯外徑允許局部放大,但粗大處外徑不應(yīng)超過最大外徑值。(3)護(hù)套。普通型補(bǔ)償導(dǎo)線的護(hù)套材料選用聚氯乙烯護(hù)套料。其護(hù)套應(yīng)緊密包在線芯的絕緣層上,絕緣層與護(hù)套不粘連,表面應(yīng)平整,顏色均勻;護(hù)套厚度的允許偏差為標(biāo)稱值厚度的-20%,最薄處的厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的80%。耐熱型補(bǔ)償導(dǎo)線的護(hù)套材料選用聚四氟乙烯護(hù)套料或無堿玻璃絲。聚四氟乙烯護(hù)套應(yīng)緊密包在線芯的絕緣層上,絕緣層與護(hù)套不粘連,表面應(yīng)平整,顏色均勻;護(hù)套厚度的允許偏差為標(biāo)稱值厚度的-20%,最薄處的厚度應(yīng)不小于標(biāo)稱值的80%。無堿玻璃絲編織的護(hù)套,其編織密度應(yīng)不小于90%(4)屏蔽層。鋼絲編織、鋁塑復(fù)合帶,。)上,不易松脫;0.8mm。用一般的銅芯絕緣線就可以了。補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接處的溫度低于100℃時可以選用一般護(hù)套的普通型補(bǔ)償導(dǎo)線,當(dāng)溫度在100～200℃之間時,應(yīng)選用耐熱護(hù)套的耐熱型的補(bǔ)償導(dǎo)線,并且以延伸型為宜。在有電磁場干擾的環(huán)境中,為了提高熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線的抗干擾性,應(yīng)選用鍍錫銅絲或鍍鋅鋼絲編織、銅塑帶或鋁塑帶繞包屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線。但是一定要將屏蔽層嚴(yán)格接地,否則屏蔽層不僅沒有起到屏蔽的作用,反而增強(qiáng)干擾。5補(bǔ)償導(dǎo)線的使用補(bǔ)償導(dǎo)線在使用過程中需要注意幾個問題:(1)與熱電偶接線端的兩個接點(diǎn)盡可能近一點(diǎn),盡量保持兩個接點(diǎn)的溫度一致;;儀表柜有,,為微伏級,如,足以使熱電偶的信號失真,造成測量和控制溫度不準(zhǔn)確,嚴(yán)重時會產(chǎn)生溫度波動。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),通常使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的長度應(yīng)控制在15m以下,如果超過15m,建議使用溫度變送器進(jìn)行信號的傳輸。溫度變送器是將溫度對應(yīng)的電勢值轉(zhuǎn)換成直流電流傳送,抗干擾強(qiáng)。(3)補(bǔ)償導(dǎo)線布線一定要遠(yuǎn)離動力線和干擾源,在避免不了必須穿越時,也盡可能采用交叉互換的方式,不要采用平行敷設(shè)。(4)補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極一定要與熱電偶的正負(fù)極相對應(yīng),否則不但起不到補(bǔ)償作用,產(chǎn)生的誤差比不接補(bǔ)償導(dǎo)線還要大,因此補(bǔ)償導(dǎo)線在連接時一定要注意極性。(5)在精密測量中采用補(bǔ)償導(dǎo)線時,測量結(jié)果須加上補(bǔ)償導(dǎo)線的修正值。4補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇4.1選擇補(bǔ)償導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)熱電偶與測量裝置之間使用補(bǔ)償導(dǎo)線,其優(yōu)點(diǎn)如下:(1)改善熱電偶測溫線路的物理性能和機(jī)械性能。采用多根絞線或小直徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路的可撓性,使接線方便,也可調(diào)節(jié)線路電阻或屏蔽外界的干擾。(2)降低測量線路成本,當(dāng)熱電偶與測量裝置距離很遠(yuǎn),使用補(bǔ)償導(dǎo)線可節(jié)省大量的熱電偶材料,特別是使用貴金屬熱電偶時,經(jīng)濟(jì)效益更明顯。4.2補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇每一種熱電偶都有與其相配的補(bǔ)償導(dǎo)線,選擇補(bǔ)償導(dǎo)線時一定要根據(jù)熱電偶的型號和所使用的場合進(jìn)行正確選擇,否則不但起不到補(bǔ)償?shù)淖饔?可能還會加大誤差。例如,K型熱電偶應(yīng)該選擇K型熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線,根據(jù)使用場合,選擇工作溫度范圍。通常KX窄范圍的工作溫度為-20～100℃,寬范圍的為-25～200℃,普通級溫度允差為±2.5℃,精密級允差為±1.5℃。B型熱電偶常溫下產(chǎn)生的熱電勢非常小,高溫測量時一般可不用補(bǔ)償導(dǎo)線,選6結(jié)束語補(bǔ)償導(dǎo)線作為連接熱電偶和測量設(shè)備之間的連接線,對熱電偶的準(zhǔn)確測量溫度起到非常重要的作用。我們通過對熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)一步的了解和認(rèn)識,能夠正確的選擇和使用補(bǔ)償導(dǎo)線,避免由于選錯或誤用型號造成測溫不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。參考文獻(xiàn):[1]GB/T4989—94,熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線[S].[2]JB/T9496—1999,鎢錸熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線[S].[3]鄭毅然.淺談熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線的選型與使用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2007,(1):1652167.?9?熱電偶溫度傳感器冷端補(bǔ)償和信號線性化錢進(jìn)（長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北437302赤壁，）摘要：介紹各種熱電偶溫度傳感器的基本工作原理及其信號特點(diǎn)，提出了幾種冷端補(bǔ)償辦法，指出了熱電偶溫度信號線性化規(guī)律。關(guān)鍵詞：熱電偶溫度傳感器；冷端補(bǔ)償；變化規(guī)律；信號中圖分類號：TN601文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1009－0908（2004）02－0032－03Cold-junctionCompensationandSignalLinearizationofThermocoupleTemperatureSensorQIANJin(ChangjiangEngineeringVocationalCollege,Chibi,Hubei437302China)Abstract:Basicprincipleandfeaturesofsignalofthermocoupletemperaturesensorareintroduced,severalmethodsofcold-junctioncompensationareprovided,andthelinearizationruleofthermocoupletemperaturesignalisreleasedtoo.Keywords:thermocoupletemperaturesensor;cold-junctioncompensation;transformationrule;signal1前言能獲得實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的溫度傳感器，應(yīng)具備許多條件，如測量范圍寬、精度高、可靠性強(qiáng)、外形尺寸小、耐熱性能好、響應(yīng)速度快、價(jià)格便宜并能大量生產(chǎn)等等。故溫度傳感器多是利用一些金屬或半導(dǎo)體材料的溫度特性制成的。實(shí)際應(yīng)用中，溫度信號的檢測和控制，除了利用有源元件外，多數(shù)是采用熱電阻或熱電偶。其中，熱電偶有著更廣泛的應(yīng)用。在這里介紹熱電偶及熱電偶溫度信號的處理。1.1熱電偶的基本工作原理把兩根不同質(zhì)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體（A和B）聯(lián)接起來組成一個閉合回路，該閉合回路叫熱電回路。當(dāng)兩導(dǎo)體兩個接時，回路中就有一定的電流流點(diǎn)1和2處于不同溫度T和T0過，表明回路有電勢產(chǎn)生，該電勢稱為熱電勢，這種產(chǎn)生熱電勢的效應(yīng)叫作熱電效應(yīng)。常用的熱電偶由兩根化學(xué)成分不同的金屬導(dǎo)線組成，它們的一端焊接在一起，放入被測介質(zhì)中，叫做熱端。與測量儀表相聯(lián)的那一端叫冷端。當(dāng)熱端與冷端有溫差時，測量儀表便能測出被測介質(zhì)的溫度。熱電偶由溫差產(chǎn)生的熱電勢是隨介質(zhì)溫度變化而變化的，其關(guān)系可由下式表示，即Et=eAB(T)－eAB(T0)式中：Et——熱電偶的熱電勢（V）；eAB(T)——溫度為T時的接觸電勢（V）；eAB(T0)——溫度為T0時的接觸電勢（V）。當(dāng)熱電偶的材料均勻時，熱電偶的熱電勢大小與電極的幾何尺寸無關(guān)，僅與熱電偶材料的成分和熱、冷端的溫差有關(guān)。在通常的測量中要求冷端的溫度恒定，此時熱電偶的熱電勢就是被測介質(zhì)溫度的單值函數(shù)，即Et=f(T)。1.2熱電偶檢測到的信號特點(diǎn)組成熱電偶的兩根熱偶絲稱作為熱電極，常用的熱電偶一般用合金熱電極的較多，例如銅—康銅熱電偶、鎳鉻—考銅熱電偶、鎳鉻—鎳硅熱電偶、鉑銠—鉑熱電偶等等。從一些常用熱電偶的熱電勢與溫度的理想關(guān)系曲線中，可以看出熱電偶檢測到的溫度信號有如下特點(diǎn)：（1）能用到高溫的熱電偶，信號都較小，最大的幾十mv，最小的十幾mv。這就意味著對檢測到的信號要進(jìn)行放大。－32－錢進(jìn)熱電偶溫度傳感器冷端補(bǔ)償和信號線性化（2）熱電偶分度表中給出的數(shù)據(jù)是以0℃為參考點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用時，環(huán)境常常不是0℃。為熱電偶冷端創(chuàng)造一個環(huán)境0℃，通常的作法是進(jìn)行冷端補(bǔ)償。（3）熱電偶的溫度信號實(shí)際上非線性很大，并且，各種熱電偶隨溫度的升高，在某一溫度下，熱電勢的增加量變小。這就使線性化變得困難。由于上述原因，熱電偶的溫度信號調(diào)理電路就比較復(fù)雜。2冷端補(bǔ)償由熱電偶測溫原理可知，只有當(dāng)熱電偶的冷端溫度保持不變，熱電勢才是被測溫度的單值函數(shù)。而且，在工程技術(shù)上使用的熱電偶分度表和根據(jù)分度表刻劃的測溫顯示儀表的刻度都是根據(jù)冷端溫度為0℃而制作的。另外在實(shí)際使用時，由于熱電偶的熱端（測量端）與冷端離得很近，冷端又暴露于空氣中，容易受到環(huán)境溫度的影響，因而冷端溫度很難保持恒定。為此采用下列幾種處理方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償。（1）補(bǔ)償導(dǎo)線法。為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定（最好是0℃），一般采用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來，使其置于恒溫環(huán)境中進(jìn)行測量。延伸用的導(dǎo)線在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）又具有和所連熱電偶相同的熱電性能。使用補(bǔ)償導(dǎo)線時應(yīng)當(dāng)注意：①不同的熱電偶要配用不同的補(bǔ)償導(dǎo)線，不能用錯，更不能用銅導(dǎo)線代替，否則就達(dá)不到補(bǔ)償目的。②補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極不能接錯。③100熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接處的溫度不應(yīng)超出℃，否則將會產(chǎn)生一定的測量誤差。（2）冷端溫度校正法。盡管采用補(bǔ)償導(dǎo)線可使熱電偶冷端延伸到溫度恒定的地方，但只要冷端溫度不等于0℃，就必須對測溫儀表指示值加以修正。例如，冷端溫度高于0℃，但恒定于t0，則測得的熱電勢要小于該熱電偶的分度值，這時不能對照分度表查出被測溫度。為求得真實(shí)溫度可利用下式進(jìn)行修正，即E(T,0℃)=E(T,t0)+E(t0,0℃)式中：E(T,0℃)—被測介質(zhì)實(shí)際溫度對應(yīng)的熱電勢；E(T,t0)—在恒溫t0條件下測得的熱電勢；E(t0,0℃)—在恒溫t0條件下熱電偶產(chǎn)生的熱電勢，可查分度表求得。經(jīng)上面修正后的實(shí)際熱電勢，再由分度表中查出與其對應(yīng)的實(shí)際被測介質(zhì)溫度。3熱電偶溫度信號的線性化在理想的情況下熱電偶的熱電勢才是被測溫度的單值種：①冰浴法：把冷端放在冰水混合物中，使冷端溫度保持在0℃。這種方式精度高，但在工程上使用不便，多用在實(shí)驗(yàn)室中。②鐵匣法：把冷端固定在鐵匣內(nèi)，利用鐵匣有較大的熱容量這一特點(diǎn)，使冷端溫度變化不大或變化緩慢。為了改善溫度的恒定性，常把鐵匣做成帶水套的，然后讓水套通以流動的冷卻水。③油浸法：把冷端放在盛油的容器內(nèi)，利用油的熱惰性，保持冷端溫度恒定。④埋地法：把冷端置于充滿絕緣物的鐵管中，把鐵管埋在1.5～2m深的地下保持恒溫。⑤加熱恒溫法：把冷端放在加熱的恒溫盒中，恒溫盒用電加熱，并用自動控制方法保持這一金屬容器內(nèi)溫度恒定。一個恒溫盒內(nèi)可以裝數(shù)個熱電偶的冷端，恒溫盒恒定溫度的選擇要根據(jù)具體條件而定。一般恒溫盒溫度應(yīng)當(dāng)超過周圍環(huán)境溫度的上限。應(yīng)當(dāng)指出，除了冰浴法以外，其它幾種恒溫法都不是將冷端保持在0℃，因此還必須進(jìn)行校正。（5）采用PN結(jié)溫度傳感器作冷端補(bǔ)償。補(bǔ)償電路如圖1所示。其原理是熱電偶產(chǎn)生的電勢經(jīng)放大器A1放大后有一定的靈敏度（mv/℃），采用PN結(jié)傳感器組成的測量電橋（置于熱遇偶冷端處）的輸出經(jīng)放大器A2放大后也有相同的靈敏度。將這兩個放大后的信號再通過增益為1的電壓跟隨器A3相加，則可以自動補(bǔ)償冷端溫度變化引起的誤差。一般在0～50℃。（3）電橋補(bǔ)償法。電橋補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度不在0℃時引起的熱電勢變化值。使用補(bǔ)償電橋時，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：①不同分度號的熱電偶要配用與熱電偶同型號的補(bǔ)償電橋。②補(bǔ)償電橋與熱電偶、電源和測量儀表連接時，要接線正確，特別是電源正、負(fù)極不可接反。③不平衡電橋的輸出電壓隨直流電源的電壓而變，因此直流電源的電壓要恒定不變。④20因?yàn)檫@種補(bǔ)償器設(shè)計(jì)在冷端溫度為℃時電橋處于平衡狀態(tài)。所以在使用前要把測量毫伏表的指針調(diào)到20℃的刻度上。（4）冷端恒溫法。目前采用的冷端恒溫法有以下幾－33－20046212年月長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)第卷第期（放大級），放大倍數(shù)的大小是根據(jù)線性化和輸出的標(biāo)準(zhǔn)要求決定的，不同的熱電偶放大倍數(shù)是不同的；信號調(diào)理電路的最后部分，即為輸出信號的標(biāo)準(zhǔn)化處理，是由用戶的要求決定的，可以是電壓信號，也可以是電流信號。由于熱電偶所產(chǎn)生的信號較小，一般需要對信號進(jìn)行放大。圖3是一種由運(yùn)算放大器組成的典型的熱電偶放大電路，由轉(zhuǎn)換開關(guān)K改變放大倍數(shù)以滿足幾種不同熱電偶的放大倍數(shù)的需要。圖1PN結(jié)溫度傳感放大器作熱電偶冷端補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟砗瘮?shù)。實(shí)際上，熱電偶溫度信號非線性是比較大的，溫度從0℃升高到1800℃，熱電勢從0mv變化到13.585mv，每100℃熱電勢增加最大值約為最小值的8倍。其它熱電偶都存在類似的問題，這又給線性化增加了難度。從這一特性出發(fā)，熱電偶溫度信號的線性化主要有如下幾種方法。（1）單反饋法。利用負(fù)反饋，可以改善其線性，但是很有限。幾種非線性稍小的熱電偶，在溫區(qū)要求不寬的情況下，可以采用這種方法。有時，由于在某一溫區(qū)有精度要求，那么就在該溫區(qū)對信號進(jìn)行調(diào)理，達(dá)到要求的目標(biāo)；在沒有精度要求溫區(qū)可以放寬，只作監(jiān)視用。（2）折線近似法。這是一種對非線性較大信號處理的較好方法，處理得好可以達(dá)到較高的精度。它普遍適用于各種熱電偶的整個正信號溫區(qū)，電路原理如圖2所示。圖3熱電偶放大器A1、A2采用ICL7650型CMOS斬波自穩(wěn)零高精度運(yùn)算放大器，A3采用OP07型高精度運(yùn)算放大器，用以保證放大器有較高的輸入阻抗及測量精度。A4為低通濾波器，可消除外界干擾，并有較好的帶負(fù)載能力。其冷端補(bǔ)償采用PN結(jié)溫度傳感器，它的信號輸入A/D變換后與單片機(jī)連接，利用單片機(jī)運(yùn)算進(jìn)行自動補(bǔ)償。在工業(yè)上廣泛地應(yīng)用動圈式儀表作為溫度指示儀表，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。它由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、調(diào)整電阻及儀表組成。儀表內(nèi)有冷端補(bǔ)償器及磁電式動圈測量結(jié)構(gòu)。以上主要介紹的是熱電偶冷端補(bǔ)償和信號線性化處理，用鉑電阻作冷端補(bǔ)償，簡單實(shí)用。實(shí)踐證明，用分段線性化方法，對各種熱電偶，包括整個正信號溫區(qū)，信號處理的精度都可以達(dá)到0.5%以上。這里提出的線性化方法也適用于其它非線性信號的線性化處理。圖2折線近似法4熱電偶測溫指示儀表及應(yīng)用電路如前所述，熱電偶的輸出信號較小，此外，線性化過程也是以犧牲信號的強(qiáng)度為代價(jià)的。因此，完整的熱電偶信號調(diào)理電路，除了前邊介紹的冷端補(bǔ)償和線性化部分外，還應(yīng)包括放大和輸出電路。作為信號調(diào)理電路的前級－34－熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測溫的誤差分析及其實(shí)驗(yàn)研究查美生清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院北京市100084【摘要】本文根據(jù)熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線的測溫原理,進(jìn)行了測溫誤差分析,給出了鎳鉻-鎳硅(鋁熱電偶配用銅-康銅補(bǔ)償線的測溫誤差修正值,并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。敘詞:溫度測量誤差分析和修正熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線TheErrorAnalysisandCorrectionforTemperatureMeasurementofaThermocouplewithCompensationLeadandExperimentalStudyZhaMeishengInstituteofNuclearEnergyTechnology,TsinghuaUniversity,Beijing100084Abstract:Onthebasisoftheprincipleoftemperaturewithcompensationlead,thispaperpresentstheerroranalysisandcorrectionmethodfortemperaturemea-surementofathermocoupewithcompensationlead.Thecorrectiontemperaturevalueofthetypeofk(NiCr-NiSithermocouplewithcopper-constantanleadwaspresented.Itwastestedbyexperiment.KeyWords:TemperatureMeasurement,ErrorAnalysisandCorrection,Thermo-coupleandCompensationLead.一、引言熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測量溫度十分普遍,有關(guān)的使用手冊中規(guī)定補(bǔ)償導(dǎo)線的使用溫度范圍是0~100℃或0~150℃。大多數(shù)用戶誤認(rèn)為,只要使用溫度沒有超值,測溫就是準(zhǔn)確的,實(shí)際并非如此,例如,某電廠使用鎳鉻-鎳硅配用補(bǔ)償導(dǎo)線測量主蒸汽的溫度,由于熱電偶偶絲與補(bǔ)償導(dǎo)線連結(jié)處的溫度高達(dá)150℃,以致產(chǎn)生很大的溫度測量誤差,當(dāng)時也沒有意識到,結(jié)果發(fā)生了嚴(yán)重的事故,造成了一定的損失,事后查明原因是,連結(jié)點(diǎn)的溫度太高。熱電偶配用補(bǔ)償線的原理測量誤差的大小,實(shí)際使用時,要把連接點(diǎn)放在合適的溫度處,或根據(jù)連結(jié)點(diǎn)的溫度進(jìn)行誤差修正。本文運(yùn)用熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測溫原理,分析了測溫誤差,提出了誤差修正的方法,給出了鎳鉻-鎳硅熱電偶配用銅-康銅作補(bǔ)償線的測溫誤差修正值,并經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)證了本文的分析結(jié)果。二、熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測量溫度的原理熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的連接方式如圖1所示,圖中A、B為熱電偶偶絲,A′B′為補(bǔ)償導(dǎo),,31第6期·元件與應(yīng)用·圖1熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖勢為:E=EAB(t,tn+AA′B′(tn,t0(1式中tn———偶絲和補(bǔ)償導(dǎo)線連結(jié)點(diǎn)的溫度在某一溫度范圍內(nèi),下式近似成立:EAB(tn,t0=AA′B′(tn,t0(2將(2式代入(1式得:E=EAB(t,tn+AAB(tn,t0E=EAB(t,t0(3(3式就是熱電偶使用補(bǔ)償導(dǎo)線的測溫原理,公式說明,使用補(bǔ)償導(dǎo)線后,相當(dāng)于把熱電偶的參比端移到溫度t0處,另外,(3式成立的條件是,在某一溫度tn時,EA′B′(tn,t0=AAB(tn,t0,或者在tn的某一范圍內(nèi),EA′B′(tn,t0≈EAB(tn,t0,此時會引入測溫誤差。三、熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測溫誤差分析對于同一介質(zhì)溫度t,使用熱電偶和同種偶絲材料作延長線,以及熱電偶和別的金屬絲作補(bǔ)償導(dǎo)線這兩種測溫體系來測定,連結(jié)點(diǎn)的溫度為tn,測量簡圖如圖2所示,這兩種測量體系所測得的熱電勢分別為:圖2測量簡圖EABBA(t,t0=EAB(t,tn+EAB(tn,t0(4EABB′A′(t,t0=EAB(t,tn+EA′B′(tn,t0(5令ΔE=EABBA(t,t0-EABB′A′(t,t0(6將(4和(5式代入(6式得:ΔE=〔EAB(t,tn-EAB(t,tn〕+〔EAB(tn,t0-EA′B′(tn,t0〕ΔE=EAB(tn,t0-EA′B′(tn,t0(7(7式說明,使用補(bǔ)償導(dǎo)線后,兩種測溫體系測得的總的熱電偶差值為在溫差tn-t0下,熱電偶偶絲和補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電勢之差。這個差值便是使用補(bǔ)償導(dǎo)線后引入的誤差。(7式還說明,ΔE是tn和t0的函數(shù),在t0不變時,ΔE只與tn有關(guān),也就是說,使用補(bǔ)償導(dǎo)線引入的測溫誤差與偶絲和補(bǔ)償導(dǎo)線連結(jié)點(diǎn)處的溫度tn有關(guān),在知道了熱電偶材料、補(bǔ)償導(dǎo)線材料和tn后,這個測溫誤差是可以修正的。表1是鎳鉻-鎳硅(鋁熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線銅-康銅t0=0℃,tn=0~200℃時的熱電勢及它們之間的差值。從表1中可以清楚地看出,在0℃和40℃時,它們的熱電勢相等,即tn=40℃,使用補(bǔ)償導(dǎo)線測量溫度與使用熱電偶的測量值相等,不存在測溫偏差。表1鎳鉻-鎳硅(鋁和銅-康銅熱電偶在0~200℃時的熱電勢值溫度(℃鎳鉻—鎳硅(鋁熱電勢(mV銅—康銅熱電勢(mV差值(mV0000.7890.7890.009401.6111.6110803.2663.357-0.0911004.0954.277-0.1821506.1376.702-0.5652008.1379.286-1.149四、熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測量溫度誤差修正由(7式可知,測溫誤差引入的根本原因是,由于熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線在tn-t0下的熱電勢不同造成的,即由于ΔE≠0所造成的。但是進(jìn)行測溫誤差修正時,不能簡單地把ΔE的mV值直接轉(zhuǎn)化成溫度℃,原因是熱電偶的mV-℃關(guān)系不是線性的。正確的修正方法見圖3所示的計(jì)算方法,為敘述方便起見,32儀表技術(shù)與傳感器1998年(K型熱電偶,補(bǔ)償導(dǎo)線是銅-康銅(T型熱電偶。圖3測溫誤差修正計(jì)算方法簡圖對于別的型號的熱電偶和配用的補(bǔ)償線的測溫誤差修正計(jì)算方法是一樣的,只要將不同型號的熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線代入即可。圖3所示的測溫誤差修正計(jì)算方法是精確的熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測溫誤差修正方法,其本質(zhì)是公式(7,考慮到mV-℃關(guān)系是非線性的,直接引入tn溫度后,即確定了ΔE值所在溫度區(qū)間,直接取用熱電偶的分度值,便能精確進(jìn)行測溫誤差修正值的計(jì)算。表2是根據(jù)圖3所示的計(jì)算方法得到的K型熱電偶配用T型熱電偶作補(bǔ)償線,tn在-50~150℃范圍內(nèi)部分溫度時的修正值。表2測溫誤差修正表tn℃ΔtK-T℃tn℃ΔtK-T℃-50.001.9470.001.39-30.000.9280.002.20-10.000.23903.190.000.00100.004.3910.00-0.15110.005.8520.00-0.22120.007.5430.00-0.17130.009.4840.000.00140.0011.6650.000.31150.0014.0860.000.76應(yīng)用舉例:用鎳鉻-鎳硅(鋁熱電偶、配,測量指示值為250℃,連結(jié)點(diǎn)溫度為100℃,求介質(zhì)的實(shí)際溫度值。解:由tn=100℃在銅-康銅熱電偶分度表中查得MVT=4.277mV,由MVT=4.277mV在鎳鉻-鎳硅(硅熱電偶分度表中查得Ktn=104.39℃∴ΔtK-T=104.39℃-100.00=4.39℃∴介質(zhì)實(shí)際溫度=250-4.39=245.61℃五、實(shí)驗(yàn)研究1.實(shí)驗(yàn)裝置簡述實(shí)驗(yàn)的目的是,選擇有代表性的溫度點(diǎn),驗(yàn)證上述分析,實(shí)驗(yàn)選用常用的鎳鉻-鎳硅(鋁熱電偶,配用