熱電偶補償導線的正確使用

張 麗

(山西省電力建設(shè)四公司，山西太原 030012)

在熱控實驗室常規(guī)的熱電偶溫度測量中，經(jīng)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(jié)果出現(xiàn)很大的誤差，直接影響到熱控工作的各個環(huán)節(jié)。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(nèi)(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(chǎn)生的誤差。熱電偶往往是由比較貴重的材料制成，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(jié)果，還方便操作，更節(jié)約了測量成本，經(jīng)濟效益非常明顯。采用一支K型熱電偶，用VSP．R-992工業(yè)熱電偶自動測量系統(tǒng)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(shù)語及性能

2．1 允差

允差是由于測量系統(tǒng)中引用了補償導線而產(chǎn)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(fù)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表示一般用補償導線;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(huán)境溫度為15℃ ～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10 m不小于5 MΩ。

2．5 耐熱性能

耐熱用補償導線應(yīng)經(jīng)受220℃ ±5℃歷時24 h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(yīng)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25 MΩ。

2．6 防潮性能

耐熱用補償導線應(yīng)經(jīng)受環(huán)境溫度40℃ ±2℃，相對濕度95% ±3%，歷時24 h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25 MΩ。

3 補償導線的選擇

3．1 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)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(jù)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

因各個廠家目前對熱電偶補償導線的標注不很規(guī)范，難以辨認正負極，在熱電偶測定時極易接反，導致檢定結(jié)果誤差。

1)正確連接時，根據(jù)中間導體定律，儀表所接收的總熱電勢為:

2)若正負極接反，則儀表所接收的總熱電勢為:

對于KX延伸型補償導線，有:

通過上式計算可得產(chǎn)生的誤差為:

綜上所述，由此產(chǎn)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，一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(jù)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(qū)別:將補償導線的兩端各剝?nèi)ヒ恍《谓^緣層，將兩根導線的一端擰在一起，然后放入沸水中。另一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(jié)果如果與分度表中列出的其中一個熱電偶數(shù)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(jīng)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(xù)接，根據(jù)中間導體定律可知:誤差與所測量的熱電偶材料有關(guān)，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(jié)果也會出現(xiàn)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(jù)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(jù)工作溫度，綜合起來正確選擇。

2)正確分清正負極(見上節(jié))。

3)不能與普通導線混用(見上節(jié))。

4)注意接點連接。在儀表盤內(nèi)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(yīng)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(huán)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(xiàn)誤差。經(jīng)多次試驗驗證，補償導線的長度在15 m內(nèi)時，測量結(jié)果誤差不大，超過15 m則會直接影響到測量結(jié)果的準確性。若條件所迫必須使用超過15 m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(xiàn)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。在使用過程中一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。