热电偶补偿导线的正确使用

摘要:对补偿导线的使用原理进行了介绍阐述了操作错误对热电偶温度测量结果的影响并提出补偿导线的正确使用方法，以避免热电偶的测温结果出现较大误差影响热控工作其他环节。
在热控实验室常规的热电偶温度测量中经常使用到补偿导线。如果对补偿导线的使用不恰当会导致热电偶的测温结果出现很大的误差直接影响到热控工作的各个环节。所以要对热电偶补偿导线的使用方法、原理、注意要点等熟练掌握。
1工作原理
　　热电偶补偿导线是在一定温度范围内(包括常温)其热电性能与之匹配的热电偶热电性能非常相近的导线,由绝缘层、护套、屏蔽层组成用来连接热电偶与测量装置以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。热电偶往往是由贵重的材料制成而热电偶测温回路的总电势不受中间温度变化的影响补偿导线就是用来代替贵重材料的将需要测温的热电偶与测温仪器相连对原参比端温度进行补偿。使用补偿导线不但不影响测量结果还方便操作更节约了测量成本经济效益非常明显。采用一支K型热电偶用工业热电偶自动测量系统进行热电偶的周期检定在使用补偿导线及用普通铜线代替时各检定次检定点400℃时未使用补偿导线的热电偶测定值为16.164误差在5.4℃左右使用补偿导线的热电偶测定值为16.296误差在2℃左右;检定点600℃时未使用补偿导线的热电偶测定值为24.591误差在7℃左右使用补偿导线的热电偶测定值为24.875误差在0.6℃左右;检定点800℃时未使用补偿导线的热电偶测定值为33.856误差在10℃左右使用补偿导线的热电偶测定值为33.267误差在0.2℃左右。
2补偿导线常用术语及性能
2.1允差
　　允差是由于测量系统中引用了补偿导线而产生的最大偏差，用微伏表示允差的大小分为精密级和普通级。
2.2绝缘层、护套、屏蔽层
　　常用的补偿导线绝缘层和护套是以聚氯乙烯为主体材料;耐热用补偿导线的绝缘层是以聚四氟乙烯为主体材料护套是以聚四氟乙烯或无碱玻璃丝为主体材料屏蔽层采用镀锡铜丝或镀锌钢丝纺织或用复合铝(铜)带缠绕。
2.3符号
　　S表示热电特性为精密级补偿导线。普通级补偿导线不标字母;G表示-般用补偿导线;H表示耐热用补偿导线;R表示线芯为多股的补偿导线。线芯为单股的补偿导线不标字母;P表示有屏蔽层的补偿导线;V表示绝缘层或护套为聚氯乙烯材料(PVC);F表示绝缘层为聚四氟乙烯材料;B表示护套为无碱玻璃丝材料。
2.4绝缘电阻
　　环境温度为15C~35℃相对湿度不大于80%时补偿导线的线芯间和线芯与屏蔽层之间的绝缘电阻每10m不小于5MΩ。
2.5耐热性能
　　耐热用补偿导线应经受220℃±5℃历时24h耐热性能试验后立即将试样在5倍其直径的圆柱体.上弯曲180°后应表面无裂纹补偿导线的线芯间和线芯与屏蔽层之间的绝缘电阻每米不小于25MΩ。
2.6防潮性能
　　耐热用补偿导线应经受环境温度40℃±2℃相对湿度95%+3%历时24h防潮性能试验后补偿导线的线芯间和线芯与屏蔽层之间的绝缘电阻每米不小于25MΩ.
3补偿导线的选择
3.1根据现场环境
1) 延长型:合金丝的化学成分及热电动势与配用的热电偶相同以热电偶分度号+字母“X”表示如“KX”就表示K型热电偶用延长型补偿导线。
2)补偿型:合金丝的化学成分与配用的热电偶不同但热电动势值在0℃~200℃时与配用热电偶的热电动势相同以热电偶分度号+字母“C"表示如“KC'’就表示K型热电偶补偿型补偿导线,“KCA"“KCB”等。
3.2根据工作条件
1)按线芯多少分为单股和多芯补偿导线。2)以是否带屏蔽层分为普通型和屏蔽型补偿导线。3)防爆专用的安全线路用的补偿导线。
4使用补偿导线常见的问题
4.1与热电偶正负极接反
　　目前对热电偶补偿导线的标注不很规范难以辨认正负极在热电偶测定时极易接反导致检定结果误差。
1)正确连接时根据中间导体定律仪表所接收的总热电势为:
E总=EK(t1,t3)+Ekx(t1,t3)=Ek(1)+E(t2,t2)=Ek(t1,t2)。
2)若正负极接反则仪表所接收的总热电势为:
E´总=Ex(t1,t3)+Ekx(t3,t2)。
对于KX延伸型补偿导线有:
E'kx(t3,t2)=-Ekx(t3,t2)=-Ek(t3,t2)。
通过上式计算可得产生的误差为：
E'总-E总=EK(t1,t3)-Ek(t3,t2)-
Ek(t1,t3)-E(t3,t2)=-2Ex(t3,t2)。
　　综上所述,由此产生的误差正好是补偿导线补偿值的2倍,炉温比控制间的温度一般高8℃若控制温度为400℃实际温度就是416℃左右。所以在连接补偿导线时-定要注意导线的极性避免接反。补偿导线的正负极一-般可以根据导线材料颜色来判别但为了保险起见可用更准确的实验方法来区别:将补偿导线的两端各剥去一小段绝缘层将两根导线的一端拧在一起然后放入沸水中。另-端分别与铜导线连接后插入冰点槽中再将铜导线引|到直流电位差计的测量端。测量结果如果与分度表中列出的其中一个热电偶数值相符合就可知道该补偿导线的型号及其正负极:与直流电位差计正端连接的电极就是补偿导线的正极与负端连接的电极即为补偿导线的负极。
4.2与普通导线混用
　　实际测量中经常遇到补偿导线长度不够的情况测量人员图省事往往会用普通导线来续接根据中间导体定律可知:误差与所测量的热电偶材料有关通常越贵重金属制成的热电偶受到的影响要大点。
4.3补偿导线型号不符
　　同样是补偿导线选用时若与热电偶的型号不符测量结果也会出现误差。比如用K型热电偶的补偿导线用到S型热电偶上根据中间导体定律计算后可知测量出的温度比实际温度要高。
5补偿导线的正确使用
1)正确选择所需的型号。补偿导线选择时不但要注意热电偶的种类而且还要根据工作温度综合起来正确选择。
2)正确分清正负极(见上节)。
3)不能与普通导线混用(见上节)。
4)注意接点连接。在仪表盘内接线时仪器本身因通电而温度升高使接线端子处的温度高于仪表盘接线端子处的温度。热电偶的补偿导线引到仪表盘后如果将补偿导线接到仪表盘的接线端子上而仪表盘的接线端子与仪表接线端子间用铜线连接，上述温差就会造成测量误差。所以应该将补偿导线绕过仪表盘的接线端子直接与仪表的接线端子相连。
5)注意使用长度。热电偶的信号比较低如果补偿导线的距离过长因为环境中强电的干扰及本身信号的衰减会使热电偶测量值出现误差。经多次试验验证补偿导线的长度在15m内时测量结果误差不大超过15m则会直接影响到测量结果的准确性。若条件所迫必须使用超过15m的导线时最好使用温度变送器传送信号。
6)布线。动力线路和强磁场会干扰补偿导线的传输信号所以补偿导线布线时要考虑远离这些干扰源。穿越动力线路时,要采用交叉方式不可以与之平行。如果现场干扰源太多且无法避免可以采用热电偶屏蔽补偿导线的方法增强补偿导线的抗干扰性。在使用过程中-定要注意将屏蔽层接地否则反而会增强干扰造成测量误差更大。