热电偶用补偿导线的使用问题

　　根据热电偶测温原理，热电偶的输出热电势是热电偶两端温度1和t差值的函数。当冷端温度t0不变时,热电势才与热端温度呈单值函数关系。在实际应用中,由于热电偶长度限制，冷端受到被测温度和周围环境温度波动的影响，很难保持恒定,从而造成被测温度失真。工业中一般使用补偿导线来延长热电偶的冷端,远离高温区和温度波动区。了解热电偶用补偿导线的原理、功能、性质、使用方法和注意事项等内容,可以正确选用补偿导线,充分发挥其作用。
1定义及其作用
1定义及其作用
　　热电偶用补偿导线是指在一定温度范围内(包括常温)具有与所匹配热电偶的热电动势的标称值相同的一对带有绝缘层的导线,用它们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。它通常由合金丝、绝缘层、护套或加屏蔽层组成。正确使用补偿导线,可以将热电偶的冷端延伸到温度较恒定的地方,降低测量线路的成本,提高测温正确性,改善热电偶测量线路的物理机械性能,便于敷设。补偿导线只是将热电偶的冷端进行了延长处理,补偿了与热电偶连接处温度波动所产生的误差,并非真正按热电偶分度表(热电偶分度表均按冷端温度为0℃制定)进行的冷端温度补.偿。
2热电偶用补偿导线的分类
2.1按成分可分为延长型和补偿型两类:
2.1.1延长型导线合金丝的名义化学成分与配用的热电偶相同,用字母“X"表示。例如“KX",表示K型热电偶用延长型补偿导线。
2.1.2补偿型导线合金丝的名义化学成分与配用的热电偶不同,但其电动势在0~100℃或0~200℃时与所配用的热电偶的热电动势标称值相同,用字母“C"表示,例如“KC"。不同合金丝可应用于同种型号(分度号)的热电偶,如KCA的合金丝为铁-铜镍22,KCB的合金丝为钢_铜镍40,它们都是K型热电偶用补偿型导线。
2.2按照使用温度范围可分为一般用(标志为G)和耐热用(标志为H)两类。
2.3按照热电特性的允差可分为精密级(标志为S)和普通级(无标志)两类。
2.4补偿导线线芯型式有单股线芯和多股线芯两种。
3补偿导线在使用过程中需要注意的几个问题
3.1热电偶中间温度定律:
 
　　根据热电偶中间温度定律。可以用补偿导线代替热电偶将热电偶的冷端从温度不稳定的te处延长至稳定的t0处。在应用中间温度定律时应注意以下几点:
3.1.1不同分度号的热电偶和不同型号的补偿导线分别具有不同的热电特性。在te~t0之间,只有补偿导线和与其相匹配的热电偶才具有相同的热电势,这时Ecd(te,t0)=EAB+(te,t0),总电动势E(t,t0)=EAB(t,t0)。所以在选择补偿导线型号时,只能与相应型号的热电偶配用,不同型号的补偿导线不能混用,补偿导线和一般导线也不能混用。例如,K型热电偶应该选择KCA、KCB或KX等型号的补偿导线。
3.1.2补偿导线在与热电偶连接时一定要注意极性,正确连接方法为将它们的正极与正极相连,负极与负极相连。当补偿导线极性接反时，ECD(te,t0)=-FEs:(r,t),这样它产生的热电势会抵消一部分热电偶产生的热电势,不但起不到补偿作用,反而会使误差增加一倍,即总电动势减少2EAB(te,t0)。
　　国内生产的补偿导线的型号和极性一般可根据国标GB/T4989-1994《热电偶用补偿导线》中表五规定的其绝缘层颜色来判别.正极的绝缘层着红色，负极绝缘层的着色随着分度号的不同而不同,如KCA、KCB的负极绝缘层着蓝色,KX的负极着黑色,NC、NX的负极着灰色。如果不能确定其型号和极性或者测试数据有问题,可参照以下实验步骤进行判断:
1) 先削去补偿导线两端的绝缘层;2)将两根导线其中一端的合金:丝绞接,放入沸水中，温度恒定为100℃;3)将另一端分别插入冰点槽中,恒定在0C,用钢导线引入电压表测量端;4)所测热电势与各热电.偶分度表中100C对应的数值相比较,与其相符合的热电偶的分度号，即为该补偿导线的型号;5)当测量热电势值为正时,可判断与电压表正接线端连接的一端为补偿导线的正极,另一端为负极。若只判断补.偿导线的极性,仅利用热水进行测试即可。
3.1.3根据工作温度范围、精度要求选择适合的补偿导线。通常使用温度范围在0~100℃之间时,可选择一般用补偿导线,如K型热电偶可选用KCA-G.KCB-G或KX-G型补偿导线;在0~200℃之间时,可选择耐热用补偿导线，如K型热电偶可选用KCA-H.KCB-H或KX-H。温度较高时,KX-H型比KC-H型产生的误差更小。
　　在规定使用温度范围之外,由于补偿导线与热电偶导体材料的不.同，ECD(te,t0)与En(t,1)会产生较严重偏差,故补偿导线必须在规定的温度范围内使用。
　　K型热电偶用补偿导线普通级允差为±2.5℃，精密级允差为士1.5℃。国内生产的可根据其护套颜色来判断允差级别，普通级的护套着黑色,一般用精密级的护套着灰色,耐热用精密级的护套着黄色。
3.2根据使用的不同要求选用适合的补偿导线线径。如与动圈式仪表连接,可选用线径较粗的,减小热电偶回路电阻,利于仪表正常工作。又如在对保温材料进行导热系数测量时,对使用环境热量损失的控制较为严格,应选用线径较细的,以减少因合金丝导热而常走的热量,防止产生较大误差。
3.3两根补偿导线与热电偶两个热电极的接点应临近布置，使其温度相同;与仪表或其他电路相连的两个接点温度也应保持一致。根据热电偶中间导体定律,还应保证电路中其他连接导线、显示仪表、接插件等中间导体两端的温度各自相同,这样才不会对热电偶和补偿导线输出的热电势产生影响。
3.4因为热电偶产生的热电势为微伏级，如果补偿导线使用长度过长,热电势的衰减以及与周围干扰的偶合,足以使信号失真,造成测量和控制温度不正确。这时可使用温度变送器将热电势转换成直流电流进行传输,增强信号抗干扰性。
3.5补偿导线布线时尽量远离动力线和干扰源，必须穿越时,采用交叉布置。在有电磁干扰的环境中,应选用加屏蔽层的补偿导线,并且屏蔽层必须严格接地。
3.6由于补偿导线和热电偶采用不同材料制成,在相同条件下产生的热电势会有细微偏差,因此,在使用补偿导线进行精密测量时,测量结果必须加修正值进行修正后,才允许使用。
4结论
　　补偿导线在一定温度范围内相当于一支热电偶,是对热电偶廉价的延长,它对热电偶正确测温起着非常重要的作用。我们通过对热电偶用补偿导线各项特性进行深入的分析和探讨,进而能够正确选择和使用补偿导线,可以节约成本，使测试的数据更加正确可靠,发挥补偿导线的最大作用。