一、熱電偶補償導線概述
在工業溫度測量和溫度控制中正確使用補償導線，工業溫度測量、控制中,熱電偶使用的位置總是距測量、控制表有一定的距離,因而從熱電偶的輸出端到測量、控制表的輸入端,需使用補償導線連接。由于熱電偶和補償導線均有正負極,故接線時應該正極與正極連接,負極與負極連接。由于T3和T2的溫度差會給測量帶來誤差,熱電偶補償導線的作用就是補償T3和T2,不同種類的熱電偶,要使用相應型號的補償導線,不同型號的補償導線不能混用。
二、 常見補償導線使用中的錯誤和產生的誤差
1. 熱電偶補償導線正負極與熱電偶接反
如果將熱電偶補償導線的正負極與熱電偶正負極接反,而熱電偶的正負極與儀表的正極連接是正確的,以K型偶為例見圖4所示。這種錯誤在應用中比較普遍,因為連接后,被控制對象的溫度變化趨勢與顯示儀表是一致的。加之目前熱電偶補償導線產品很多標注不規范,難以辨認；有些甚至是生產廠家將顏色標錯。下面分析由于這種情況所產生的誤差。
如果正確連接,儀表所接收的總熱電勢為
EZ=EK（T1,T3）+EKX（T3,T2）=EK（T1,T3）+EK（T3,T2）
=EK（T1,T2）（6）
因為連接的錯誤,根據中間導體定律,儀表所接收的總熱電勢為
E′Z=EK（T1,T3）+EKX（T3,T2）（7）
對于KX延伸型補償導線,有
E′KX（T3,T2）=-EKX（T3,T2）=-EK（T3,T2）（8）
計算,儀表測量值由此產生誤差為
EZ′-EZ=EK（T1,T3）-EK（T3,T2）-EK（T1,T3）-EK（T3,T2）
=2EK（T3,T2）（9）
一般工業爐附近的溫度,至少比控制間的溫度高8℃。那么由此產生誤差正好是補償導線補償值的2倍。對于K型偶,微分電勢值基本在40℃/（μV）左右,測量溫度大約比實際溫度低16℃。如果控制溫度設定在600℃,實際溫度應該在616℃左右。
從上面的分析可以看出,當熱電偶補償導線正負極接反,不僅沒有起到補償作用,誤差比不接補償導線還增加一倍,因此補償導線在連接時一定要注意極性。
如果不能確定熱電偶補償導線極性時,可以取一段補償導線,將一端絕緣去掉后擰在一起,放在熱水杯中,用普通萬用表直流電壓量程最低檔測量另一端的2根線,萬用表上會顯示測量電壓的正負,信號的正極為補償導線的正極。
2. 使用的補償導線型號不對
同種補償導線配同種熱電偶,如果所選的補償導線種類不對,一樣產生誤差。假設使用S型熱電偶,選擇了K型偶的補償導線KX,如圖5所示。
根據中間導體定律,儀表所接收的總熱電勢為
E′Z（T1,T2）=ES（T1,T3）+EKX（T3,T2）（10）
如果正確使用S型偶補償導線SC,不考慮補償導線自身誤差,儀表測量的總電勢為EZ（T1,T2）=ES（T1,T3）=ES（T3,T2）（11）
由于選錯了補償導線儀表測量值由此產生誤差為式(10)-式(11)
EZ′-EZ=EK（T3,T2）-ES（T3,T2）-EK（T3,T2）-ES（T3,T2）（12）
如果S型熱電偶工作溫度為900℃,控制間環境溫度為25℃,仍按照T3-T2=8℃,分別查S偶和K偶分度表,得出電勢差為
EK（T3,T2）-ES（T3,T2）=0.278mV
儀表測量溫度比實際溫度高。如果儀表控制在900℃時,實際值只有875.1℃,誤差24.9℃。
如果上述情況又將極性接反,儀表測量值偏高,儀表顯示900℃時,實際溫度為933.2℃,誤差33.2℃。
3. 補償導線與導線混用
在實際應用中,經常會發現由于補償導線不夠長用普通導線連接,或補償導線斷后接上一段普通導線,見圖6所示。
圖6中給出了2種補償導線和普通導線混用的情況。對于圖6(B)的情況,用中間導體定律來分析,假定熱電偶的型號為Y（Y表示熱電偶分度號中的任一種）,補償導線為YX,儀表測量端的總熱電勢為
E′Z=EY（T1,T3）+EYX（T3,Tn）+EC（Tn,T2）（13）
如果Tn與T2溫度基本相等,EC（Tn,T2）=0,用導線連接沒有影響。
如果Tn與T2溫度不相等,因為有一段補償導線,接點Tn也是遠離熱工設備周圍,Tn總是小于T3,在室溫下與T2差別不大時,EC（Tn,T2)電勢較小,用導線連接影響不大。
對于圖6(A)的情況,用中間導體定律來分析,為
E′Z=EY（T1,T3）+eYX1C（Tn1）+eCY1X（Tn2）+ETX（T3,T2）（14）
對于式(14)中,eYX1C（Tn1）、eCY1X（Tn2）、為補償導線中的任1個電極與連接導線的電勢。
如果Tn1=Tn2,eYX1C（Tn1）+eCY1X（Tn2）=0,中間連接導線沒有影響。
如果Tn1≠Tn2,eYX1C（Tn1）+eCY1X（Tn2）≠0,中間連接導線影響取決于補償導線的材料YX1與連接導線材料C的電勢以及Tn1、Tn2差值。eYX1C（Tn1）+eCY1X（Tn2）有可能是正,也有可能是負。折合成溫度值與采用的何種熱電偶有關。通常廉金屬熱電偶的微分電勢要大于貴金屬熱電偶。因此上述影響折合成溫度,貴金屬熱電偶影響要大些。
三、 補償導線使用中注意事項
1. 補償導線的選擇
補償導線一定要根據所使用的熱電偶種類和所使用的場合進行正確選擇。例如,K型偶應該選擇K型偶的補償導線,根據使用場合,選擇工作溫度范圍。通常KX工作溫度為-20～100℃,寬范圍的為-25～200℃。普通級誤差為±2.5℃,精密級為±1.5℃。
2. 熱電偶補償導線接點連接
與熱電偶接線端2個接點盡可能近一點,盡量保持2個接點溫度一致。與儀表接線端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風扇的地方,接點處要保護不要使得風扇直吹到接點。
3. 熱電偶補償導線使用長度
因為熱電偶的信號很低,為微伏級,如果使用的距離過長,信號的衰減和環境中強電的干擾偶合,足可以使熱電偶的信號失真,造成測量和控制溫度不準確,在控制中嚴重時會產生溫度波動。
根據我們的經驗,通常使用熱電偶補償導線的長度控制在15米內比較好,如果超過15米,建議使用溫度變送器進行傳送信號。溫度變送器是將溫度對應的電勢值轉換成直流電流傳送,抗干擾強。
4. 熱電偶補償導線布線
補償導線布線一定要遠離動力線和干擾源。在避免不了穿越的地方,也盡可能采用交叉方式,不要平行。
5. 屏蔽補償導線
為了提高熱電偶連接線的抗干擾性,可以采用屏蔽補償導線。對于現場干擾源較多的場合,效果較好。但是一定要將屏蔽層嚴格接地,否則屏蔽層不僅沒有起到屏蔽的作用,反而增強干擾。
來源:
http://www.testeck.com.cn/wenda/139.html
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