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精密級補償導(dǎo)線的用途
精密級補償導(dǎo)線的用途
什么是補償導(dǎo)線？補償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)（包括常溫0）具有與所匹配熱電偶熱電動勢相同標(biāo)稱值的一對帶有絕緣層的到導(dǎo)線,，用他們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(chǎn)生的誤差。子啊知道了何謂補償導(dǎo)線后,，那么補償導(dǎo)線有什么作用呢,？使用補償導(dǎo)線要注意哪些問題呢？接下來的文章將仔細分析相關(guān)內(nèi)容,。
補償導(dǎo)線的作用：
1）,、利于熱電偶參考端溫度的修正和集中控制,。
測量儀表一般安裝在遠離熱源和環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，而普通熱電偶的接線盒（參考端安裝的地方）距被測對象很近,。必須用導(dǎo)線把熱電偶參考端與儀表連接,。若用普通銅導(dǎo)線連接則熱電偶參考端溫度較高而且不穩(wěn)定，給測量帶來誤差,。若將熱電偶延長使熱電偶參考端遠離熱源,，理論上是可以的，但會造成熱電極材料的浪費,。補償導(dǎo)線就是為解決這個矛盾而產(chǎn)生的,。它的特點是在參考端溫度可能的變化范圍內(nèi)（0-100℃或0-150℃）由補償導(dǎo)線兩極組成的熱電偶其熱電特性與所配熱電偶的熱電特性相同，即：
Ea'b'（tn,，0）=Eab（tn，0）
根據(jù)中間溫度定律可知,，熱電偶回路中加入補償導(dǎo)線后,，其熱電勢僅與測量端溫度t和補償導(dǎo)線與儀表連接處t0有關(guān)，而與參考端溫度tn的變化無關(guān),，就象把熱電極延長到儀表處,，所以補償導(dǎo)線的作用只是延長了熱電偶，它并不能消除參考端溫度不為0℃時的影響,。因此還必須利用諸如0℃恒溫器法,、計算法、儀表自動補償法等方法將熱電偶參考端溫度修正到0℃,。
2）,、可節(jié)省大量價格昂貴的金屬材料，如鉑銠10-鉑熱電偶,，可選用廉家屬銅-鎳銅補償導(dǎo)線,。
使用補償導(dǎo)線應(yīng)注意：
1）、各種補償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號的熱電偶配用,。
2）,、補償導(dǎo)線有正、負極之分,，使用時極性不可接錯,，否則會造成測量誤差。
3）,、熱電偶和補償導(dǎo)線連接點的溫度不得超過規(guī)定的使用溫度,，因超過規(guī)定溫度范圍，補償導(dǎo)線與熱電偶的熱電特性相差較大而產(chǎn)生測量誤差,。
4）,、由于補償導(dǎo)線與熱電偶材料熱電特性并不*相同,，所以要求連接處的兩個接點溫度相同，否則將引入測量誤差,。
5）為便于安裝,，可選用多股補償導(dǎo)線，也可以根據(jù)需要選用防水,、防腐,、防火的補償導(dǎo)線。
6）,、用粗直徑和導(dǎo)電系數(shù)大的補償導(dǎo)線,，可以減小熱電偶回路的電阻，利于儀表正常工作和自動控溫,。
如何正確使用熱電偶補償導(dǎo)線
在使用熱電偶進行溫度測量中,，熱電偶補償導(dǎo)線的使用比較普遍。但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),，很多地方由于沒有正確使用補償導(dǎo)線而出現(xiàn)很多問題,。本文介紹了補償導(dǎo)線的原理，對常見錯誤使用的形式進行歸納,，同時從理論上分析所產(chǎn)生的偏差,，指出正確使用方法和注意事項。
熱電偶補償導(dǎo)線已經(jīng)廣泛用于熱電偶溫度測量中,。如果了解了熱電偶補償導(dǎo)線的原理,、功能、作用方法和注意事項,，就能充分發(fā)揮熱電偶補償導(dǎo)線的作用,，否則就會適得其反。
實際上在眾多熱電偶測溫現(xiàn)場,，筆者發(fā)現(xiàn)用普通銅導(dǎo)線作連線的占40%,，而使用補償導(dǎo)線作連接線的僅占60%。究其原因有二：
一是由于熱電偶設(shè)備使用操作人員不了解補償導(dǎo)線功能,，認為既然只要起到連接作用,，普通導(dǎo)線即可。
二是設(shè)備制造商在安裝熱電偶時,，用的連接線即為普通導(dǎo)線,，而在使用者角度總認為設(shè)備安裝人員都是專業(yè)人員，做法總是正確的,，沒能引起應(yīng)有的懷疑,。
在工業(yè)生產(chǎn)中，雖然熱電偶作為溫度傳感器，已經(jīng)廣泛使用于溫度測量和控制,，人們對此也比較熟悉,，但如果在使用中不注意正確的使用方法，就會給測溫和控溫造成很大的偏離,，嚴重時會直接造成經(jīng)濟損失,，所以應(yīng)該引起重視。
一,、熱電偶的測溫原理簡介
由2種不同均質(zhì)材料A,、B組成的回路稱為熱電偶。A,、B材料2端連接的接點分別用J1,、J2表示，如果J1,、J2的接點溫度T1和T2不一樣,，在回路中就會產(chǎn)生電勢，通常稱為熱電勢,。當(dāng)A,、B的材料一定時，熱電勢的大小取決于T1,、T2之間的溫度差，用公式表示為
EAB(T1,，T2)=eAB（T1）+eBA（T2）=eAB（T1）-eAB(T2) (1)
式中：EAB（T1,，T2）———材料為A、B的熱電偶,，接點溫度T1,、T2之間的溫差電勢。
eAB（T1)———A,、B接點溫度為T1時的電勢,。
eAB（T2）、eBA（T1）———A,、B接點溫度為T2時的電勢,，這2項大小相等，符號相反,。
為了統(tǒng)一熱電偶材料并進行規(guī)范,，國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了組成熱電偶材料A、B的成分,、純度,，并且給出了A、B材料的組合形式，統(tǒng)一用一個字母命名型號,，如K型,、S型等。為了使用方便,，將各種型號的熱電偶溫度值與電勢關(guān)系,，統(tǒng)一為相對于0℃時的電勢值，這里用T0表示,，制成各種型號的熱電偶分度表,，便于查閱和計算。
二 熱電偶補償導(dǎo)線
1. 連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律
首先我們來分析熱電偶的連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律,，
實際應(yīng)用中,，測量和控制儀表與熱電偶總是有一段距離，所示,。C,、D也是2種均質(zhì)材料，根據(jù)熱電偶的中間導(dǎo)體定律,，可以導(dǎo)出測量的總電勢EZ的表達式為：
EZ=EAB（T1,，T3）+ECD（T3，T2） （3）
式(3)就是熱電偶連接導(dǎo)體定律,。如果連接的不是一段,，總電勢EZ同樣為各個部分之和。在圖2的測量中,，我們希望測量端的總電勢為熱電偶EAB（T1,，T2），便于控制儀表測量中不至于中間連接產(chǎn)生附加電勢,，表達式為：
EAB（T1,，T2）=EZ=EAB（T1，T3）+EAB（T3,，T2） （4）
式(4)中T3稱為中間溫度,，所以也稱為中間溫度定律。這樣就要求我們找到某種材料C,、D,，他的特性為：
ECD（T3，T2）=EAB（T3,，T2）（5）
滿足式(5)的材料我們稱為熱電偶的補償導(dǎo)線,。因為熱電偶的種類較多，所以熱電偶補償導(dǎo)線的種類也較多,。
2. 在工業(yè)溫度測量和溫度控制中正確使用補償導(dǎo)線
工業(yè)溫度測量,、控制中,，熱電偶使用的位置總是距測量、控制表（下面簡稱儀表）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(dǎo)線連接,。由于熱電偶和補償導(dǎo)線均有正負極,，故接線時應(yīng)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,，補償導(dǎo)線的作用就是補償T3和T2,不同種類的熱電偶，要使用相應(yīng)型號的補償導(dǎo)線,，不同型號的補償導(dǎo)線不能混用,。
三、 常見補償導(dǎo)線使用中的錯誤和產(chǎn)生的誤差
1. 熱電偶補償導(dǎo)線正負極與熱電偶接反
如果將熱電偶補償導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)線產(chǎn)品很多標(biāo)注不規(guī)范,，難以辨認,；有些甚至是生產(chǎn)廠家將顏色標(biāo)錯。下面分析由于這種情況所產(chǎn)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(jù)中間導(dǎo)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(dǎo)線,，有
E′KX（T3,，T2）=-EKX（T3，T2）=-EK（T3,，T2）（8）
計算,，儀表測量值由此產(chǎn)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(yè)爐附近的溫度,，至少比控制間的溫度高8℃,。那么由此產(chǎn)生誤差正好是補償導(dǎo)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(shè)定在600℃,，實際溫度應(yīng)該在616℃左右,。
從上面的分析可以看出，當(dāng)熱電偶補償導(dǎo)線正負極接反,，不僅沒有起到補償作用,，誤差比不接補償導(dǎo)線還增加一倍，因此補償導(dǎo)線在連接時一定要注意極性,。