摘 要 在使用热电偶进行温度测量中,热电偶补偿导线的使用比较普遍。但经调查发现,很多地方由于没有正确使用补偿导线而出现很多问题。本文介绍了补偿导线的原理,对常见错误使用的形式进行归纳,同时从理论上分析所产生的偏差,指出正确使用方法和注意事项。
关键词 热电偶 补偿导线 使用方法 误差
热电偶补偿导线已经广泛用于热电偶温度测量中。如果了解了热电偶补偿导线的原理、功能、作用方法和注意事项,就能充分发挥热电偶补偿导线的作用,否则就会适得其反。
某钢管生产企业新引进的一套球化炉装置,装置的二十多个测温点由于设备安装人员将热电偶正负极接反,且补偿导线还存在多接头现象,再加上设备使用人员对此知识的贫乏,在工作中因炉温不正确导致炉内产品报废,直接经济损失达一百多万元,教训不可谓不深刻。
实际上在众多热电偶测温现场,笔者发现用普通铜导线作连线的占40%,而使用补偿导线作连接线的仅占60%。究其原因有二：
一是由于热电偶设备使用操作人员不了解补偿导线功能,认为既然只要起到连接作用,普通导线即可。
二是设备制造商在安装热电偶时,用的连接线即为普通导线,而在使用者角度总认为设备安装人员都是专业人员,做法总是正确的,没能引起应有的怀疑。
在工业生产中,虽然热电偶作为温度传感器,已经广泛使用于温度测量和控制,人们对此也比较熟悉,但如果在使用中不注意正确的使用方法,就会给测温和控温造成很大的偏离,严重时会直接造成经济损失,所以应该引起重视。
一、热电偶的测温原理简介
由2种不同均质材料A、B组成的回路（见图1）称为热电偶。A、B材料2端连接的接点分别用J1、J2表示,如果J1、J2的接点温度T1和T2不一样,在回路中就会产生电势,通常称为热电势。当A、B的材料一定时,热电势的大小取决于T1、T2之间的温度差,用公式表示为
EAB(T1,T2)=eAB（T1）+eBA（T2）=eAB（T1）-eAB(T2) (1)
式中：EAB（T1,T2）———材料为A、B的热电偶,接点温度T1、T2之间的温差电势。
eAB（T1)———A、B接点温度为T1时的电势。
eAB（T2）、eBA（T1）———A、B接点温度为T2时的电势,这2项大小相等,符号相反。
为了统一热电偶材料并进行规范,国家有关标准规定了组成热电偶材料A、B的成分、纯度,并且给出了A、B材料的组合形式,统一用一个字母命名型号,如K型、S型等。为了使用方便,将各种型号的热电偶温度值与电势关系,统一为相对于0℃时的电势值,这里用T0表示,制成各种型号的热电偶分度表,便于查阅和计算。
这样相对于图1中的形式,公式（1）转化为
EAB（T1,T2)=EAB（T1,T0）-EAB（T2,T0） (2)
公式（2）就是我们目前使用的实用公式,只要知道T1、T2,可以从分度表中查出EAB（T1,T0）和EAB（T2,T0）。
图1中左图为原理图,该图中对于热电势无法测量；右图为目前实际使用的测量电路,在热电偶的2极用测量导线连接,根据热电偶中间导体定律,只要右图中接点J2、J3的温度相同,均为T2,并且连接导线均为同种均质材料,图1中的右图与左图是等效的。
二 热电偶补偿导线
1. 连接导体定律和中间温度定律
首先我们来分析热电偶的连接导体定律和中间温度定律,如图2。
实际应用中,测量和控制仪表与热电偶总是有一段距离,如图2所示。C、D也是2种均质材料,根据热电偶的中间导体定律,可以导出测量的总电势EZ的表达式为：
EZ=EAB（T1,T3）+ECD（T3,T2） （3）
式(3)就是热电偶连接导体定律。如果连接的不是一段,总电势EZ同样为各个部分之和。在图2的测量中,我们希望测量端的总电势为热电偶EAB（T1,T2）,便于控制仪表测量中不至于中间连接产生附加电势,表达式为：
EAB（T1,T2）=EZ=EAB（T1,T3）+EAB（T3,T2） （4）
式(4)中T3称为中间温度,所以也称为中间温度定律。这样就要求我们找到某种材料C、D,他的特性为：
ECD（T3,T2）=EAB（T3,T2）（5）
满足式(5)的材料我们称为热电偶的补偿导线。因为热电偶的种类较多,所以热电偶补偿导线的种类也较多。
2. 在工业温度测量和温度控制中正确使用补偿导线
工业温度测量、控制中,热电偶使用的位置总是距测量、控制表（下面简称仪表）有一定的距离,因而从热电偶的输出端到测量、控制表的输入端,需使用补偿导线连接。由于热电偶和补偿导线均有正负极,故接线时应该正极与正极连接,负极与负极连接。见图3所示。
图3中由于T3和T2的温度差会给测量带来误差,补偿导线的作用就是补偿T3和T2,不同种类的热电偶,要使用相应型号的补偿导线,不同型号的补偿导线不能混用。
三、 常见补偿导线使用中的错误和产生的误差
1. 热电偶补偿导线正负极与热电偶接反
如果将热电偶补偿导线的正负极与热电偶正负极接反,而热电偶的正负极与仪表的正极连接是正确的,以K型偶为例见图4所示。这种错误在应用中比较普遍,因为连接后,被控制对象的 |
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