熱電偶補償導線的正確使用

摘要:對補償導線的使用原理進行了介紹闡述了操作錯誤對熱電偶溫度測量結果的影響并提出補償導線的正確使用方法，以避免熱電偶的測溫結果出現較大誤差影響熱控工作其他環節。
在熱控實驗室常規的熱電偶溫度測量中經常使用到補償導線。如果對補償導線的使用不恰當會導致熱電偶的測溫結果出現很大的誤差直接影響到熱控工作的各個環節。所以要對熱電偶補償導線的使用方法、原理、注意要點等熟練掌握。
1工作原理
　　熱電偶補償導線是在一定溫度范圍內(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線,由絕緣層、護套、屏蔽層組成用來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。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償導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行補償。使用補償導線不但不影響測量結果還方便操作更節約了測量成本經濟效益非常明顯。采用一支K型熱電偶用工業熱電偶自動測量系統進行熱電偶的周期檢定在使用補償導線及用普通銅線代替時各檢定次檢定點400℃時未使用補償導線的熱電偶測定值為16.164誤差在5.4℃左右使用補償導線的熱電偶測定值為16.296誤差在2℃左右;檢定點600℃時未使用補償導線的熱電偶測定值為24.591誤差在7℃左右使用補償導線的熱電偶測定值為24.875誤差在0.6℃左右;檢定點800℃時未使用補償導線的熱電偶測定值為33.856誤差在10℃左右使用補償導線的熱電偶測定值為33.267誤差在0.2℃左右。
2補償導線常用術語及性能
2.1允差
　　允差是由于測量系統中引用了補償導線而產生的最大偏差，用微伏表示允差的大小分為精密級和普通級。
2.2絕緣層、護套、屏蔽層
　　常用的補償導線絕緣層和護套是以聚氯乙烯為主體材料;耐熱用補償導線的絕緣層是以聚四氟乙烯為主體材料護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合鋁(銅)帶纏繞。
2.3符號
　　S表示熱電特性為精密級補償導線。普通級補償導線不標字母;G表示-般用補償導線;H表示耐熱用補償導線;R表示線芯為多股的補償導線。線芯為單股的補償導線不標字母;P表示有屏蔽層的補償導線;V表示絕緣層或護套為聚氯乙烯材料(PVC);F表示絕緣層為聚四氟乙烯材料;B表示護套為無堿玻璃絲材料。
2.4絕緣電阻
　　環境溫度為15C~35℃相對濕度不大于80%時補償導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
　　耐熱用補償導線應經受220℃±5℃歷時24h耐熱性能試驗后立即將試樣在5倍其直徑的圓柱體.上彎曲180°后應表面無裂紋補償導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
　　耐熱用補償導線應經受環境溫度40℃±2℃相對濕度95%+3%歷時24h防潮性能試驗后補償導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補償導線的選擇
3.1根據現場環境
1) 延長型:合金絲的化學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償導線。
2)補償型:合金絲的化學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型熱電偶補償型補償導線,“KCA"“KCB”等。
3.2根據工作條件
1)按線芯多少分為單股和多芯補償導線。2)以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補償導線。3)防爆專用的安全線路用的補償導線。
4使用補償導線常見的問題
4.1與熱電偶正負極接反
　　目前對熱電偶補償導線的標注不很規范難以辨認正負極在熱電偶測定時極易接反導致檢定結果誤差。
1)正確連接時根據中間導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延伸型補償導線有:
E'kx(t3,t2)=-Ekx(t3,t2)=-Ek(t3,t2)。
通過上式計算可得產生的誤差為：
E'總-E總=EK(t1,t3)-Ek(t3,t2)-
Ek(t1,t3)-E(t3,t2)=-2Ex(t3,t2)。
　　綜上所述,由此產生的誤差正好是補償導線補償值的2倍,爐溫比控制間的溫度一般高8℃若控制溫度為400℃實際溫度就是416℃左右。所以在連接補償導線時-定要注意導線的極性避免接反。補償導線的正負極一-般可以根據導線材料顏色來判別但為了保險起見可用更準確的實驗方法來區別:將補償導線的兩端各剝去一小段絕緣層將兩根導線的一端擰在一起然后放入沸水中。另-端分別與銅導線連接后插入冰點槽中再將銅導線引|到直流電位差計的測量端。測量結果如果與分度表中列出的其中一個熱電偶數值相符合就可知道該補償導線的型號及其正負極:與直流電位差計正端連接的電極就是補償導線的正極與負端連接的電極即為補償導線的負極。
4.2與普通導線混用
　　實際測量中經常遇到補償導線長度不夠的情況測量人員圖省事往往會用普通導線來續接根據中間導體定律可知:誤差與所測量的熱電偶材料有關通常越貴重金屬制成的熱電偶受到的影響要大點。
4.3補償導線型號不符
　　同樣是補償導線選用時若與熱電偶的型號不符測量結果也會出現誤差。比如用K型熱電偶的補償導線用到S型熱電偶上根據中間導體定律計算后可知測量出的溫度比實際溫度要高。
5補償導線的正確使用
1)正確選擇所需的型號。補償導線選擇時不但要注意熱電偶的種類而且還要根據工作溫度綜合起來正確選擇。
2)正確分清正負極(見上節)。
3)不能與普通導線混用(見上節)。
4)注意接點連接。在儀表盤內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。熱電偶的補償導線引到儀表盤后如果將補償導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。所以應該將補償導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償導線的距離過長因為環境中強電的干擾及本身信號的衰減會使熱電偶測量值出現誤差。經多次試驗驗證補償導線的長度在15m內時測量結果誤差不大超過15m則會直接影響到測量結果的準確性。若條件所迫必須使用超過15m的導線時最好使用溫度變送器傳送信號。
6)布線。動力線路和強磁場會干擾補償導線的傳輸信號所以補償導線布線時要考慮遠離這些干擾源。穿越動力線路時,要采用交叉方式不可以與之平行。如果現場干擾源太多且無法避免可以采用熱電偶屏蔽補償導線的方法增強補償導線的抗干擾性。在使用過程中-定要注意將屏蔽層接地否則反而會增強干擾造成測量誤差更大。