熱電偶補償導線(xiàn)的應用

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熱電偶補償導線(xiàn)的應用

點(diǎn)擊次數：565 發(fā)布時(shí)間：2015-09-09

1． 熱電偶補償導線(xiàn)的原理

1）   熱電偶的測溫原理

我們知道，熱電偶的工作原理是兩種不同材質(zhì)的均勻導體組成的閉合回路，在導體兩端存在溫差時(shí)，導體兩端就會(huì )有電流通過(guò)，形成熱電動(dòng)勢。在回路中接入儀表，儀表就把此熱電動(dòng)勢轉換成相應的溫度。如圖1：

A,B 兩種導體，一端通過(guò)焊接形成結點(diǎn)，為工作端，位于待測介質(zhì)。另一端接測溫儀表，為參考端。

    為更好地理解下面的內容，我們將以上測溫回路中形成的熱電動(dòng)勢表示為EAB（T1,T0）,

理解為：A、B兩種導體組成的熱電偶，工作端溫度為T(mén)1,參考端溫度為T(mén)0，形成的熱電動(dòng)勢為EAB（T1,T0）。

     需要特別強調的是：熱電偶測溫，歸根結底是測量熱電偶兩端的熱電動(dòng)勢。測量?jì)x表能夠讓我們看到溫度數值，是因為它已經(jīng)將熱電動(dòng)勢轉換成了溫度。

1）   熱電偶補償導線(xiàn)的原理：

實(shí)際應用中，測量或控制儀表離熱電偶總有一定的距離。如圖2.

此時(shí)需要在熱電偶（圖中A、B）后再接一段導線(xiàn)，才能將熱電偶的信號接到測溫

表上。圖中C、D即為連接熱電偶和測溫儀表的導線(xiàn)。

圖中，工作端溫度T1, A、B與C、D連接處溫度為T(mén)2, 測量?jì)x表端（參考端）溫度為T(mén)0.

我們可以把總回路的總電動(dòng)勢 E 分成兩段熱電動(dòng)勢的和，即A、B為一段，熱電動(dòng)勢為EAB（T1,T2），C、D為另一段，熱電動(dòng)勢為ECD（T2,T0）, 即：

          E= EAB（T1,T2）+ ECD（T2,T0）            （熱電偶中間導體定律）   （1）

   在上圖中，如果C、D的材質(zhì)和A、B完全一樣，即C即為A，D即為B,相當于熱電偶A、B 在T2（中間溫度）處產(chǎn)生了一個(gè)連接點(diǎn)，此時(shí)，回路總電勢為：

          E= EAB（T1,T2）+ EAB（T2,T0）= EAB（T1,T0）    （熱電偶中間溫度定律）   （2）從式（2）我們可以看出，只要是相同的熱電偶，中間產(chǎn)生了連接點(diǎn)，則總電勢與連接點(diǎn)的溫度（中間溫度）無(wú)關(guān)，而只與工作端和參考端的溫度有關(guān)。這正是我們希望得到的。我們在熱電偶布線(xiàn)中，不需要考慮中間有沒(méi)有連接點(diǎn)，也不需要考慮連接點(diǎn)的溫度，而是和一根熱電偶連接到介質(zhì)和測量?jì)x表一樣。

     再來(lái)比較式（2）和式（1）。如果我們能找到某種材料C、D，它能滿(mǎn)足：

                 ECD（T2,T0）= EAB（T2,T0）                                  （3）

則式（1）成為：

     E= EAB（T1,T2）+ ECD（T2,T0）= EAB（T1,T2）+ EAB（T2,T0）= EAB（T1,T0）        （4）

     滿(mǎn)足式（3）的材料C、D我們稱(chēng)為熱電偶A、B的補償導線(xiàn)。

     式（4）還告訴我們，使用了補償導線(xiàn)，我們將T2延伸到了T0，但zui后我們的測量結果與T2無(wú)關(guān)，這樣我們也可以理解為，因為我們使用了導線(xiàn)C、D，是它補償了T2處連接所產(chǎn)生的附加電勢，而使得我們zui終測量不需要再考慮T2，這也是C、D為什么叫補償導線(xiàn)的原因，

1， 為什么要使用熱電偶補償導線(xiàn)。

大家會(huì )問(wèn)，既然熱電偶能夠達到測溫目的，為什么還要使用補償導線(xiàn)呢？這要從溫度

測量的實(shí)際使用來(lái)看。

一般來(lái)說(shuō)，為了便于測量?jì)x表的監控與操作，測量?jì)x表都會(huì )放在溫度基本恒定并便于

放置的操控臺上，離實(shí)際的測溫點(diǎn)都有一定的距離。在這個(gè)距離中，一般來(lái)說(shuō)情況比較復雜，

比如會(huì )經(jīng)過(guò)動(dòng)力源，有電磁干擾等等，并且可能經(jīng)常會(huì )受到外力的作用。而使用熱電偶線(xiàn)就可能造成測量的誤差，使用起來(lái)易于損壞，需經(jīng)常更換等等。并且，熱電偶絲的材料一般都比較貴重，如果長(cháng)距離使用，成本也非常高。這些，都是使用補償導線(xiàn)的原因。

總結起來(lái)，使用補償導線(xiàn)有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）  改善熱電偶測溫線(xiàn)路的物理性能和機械性能，采用多股線(xiàn)芯或小直徑補償導線(xiàn)可提高線(xiàn)路的撓性，接線(xiàn)方便，也可調節線(xiàn)路電阻或屏蔽外界干擾；

2）  降低測量線(xiàn)路成本，當熱電偶與測量裝置距離很遠，使用補償導線(xiàn)可以節省大量的熱電偶材料，特別是使用貴金屬熱電偶時(shí)。

2， 熱電偶補償導線(xiàn)的分類(lèi)

熱電偶補償導線(xiàn)分為兩大類(lèi)：

1）  延長(cháng)型補償導線(xiàn)

延長(cháng)型補償導線(xiàn)又稱(chēng)延長(cháng)型導線(xiàn)，其合金絲的名義化學(xué)成分及熱電動(dòng)勢標稱(chēng)值與配用的熱電偶相同，用字母“X"附在熱電偶分度號之后表示，例如“KX"表示K型熱電偶用延長(cháng)型補償導線(xiàn)。

2）  補償型補償導線(xiàn)

補償型補償導線(xiàn)又稱(chēng)補償型導線(xiàn)，其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但其熱電動(dòng)勢值在0-100℃或0-200℃時(shí)與配用熱電偶的熱電動(dòng)勢標稱(chēng)值相同，用字母“C"附在熱電偶分度號之后表示，例如“KC"。不同合金絲可以應用于同一分度號的熱電偶，并用附加字母區別。

3， 如何正確選用熱電偶補償導線(xiàn)

1）   補償導線(xiàn)的分度號必須與所用熱電偶一致，如K型熱電偶，必須使用K型偶補償導線(xiàn)。

2）   根據使用環(huán)境的溫度來(lái)選擇，補償導線(xiàn)的工作溫度范圍較低，一般分0-100℃和0-200℃兩種，0-100℃的價(jià)格更低，可根據實(shí)際的需要來(lái)選擇。

3）   如果現場(chǎng)干擾源多，可以選擇抗干擾性強的屏蔽型補償導線(xiàn)。

4）   如果同時(shí)有多個(gè)測溫點(diǎn)，可選擇內有多組補償導線(xiàn)的線(xiàn)纜。

4， 補償導線(xiàn)使用中的注意事項

1）  補償導線(xiàn)的選擇

   補償導線(xiàn)一定要根據所使用的熱電偶種類(lèi)和所使用的場(chǎng)合進(jìn)行正確選擇。例如,k型偶應該選擇k型偶的補償導線(xiàn)。

2）   接點(diǎn)連接

   與熱電偶接線(xiàn)端2個(gè)接點(diǎn)盡可能近一點(diǎn),盡量保持2個(gè)接點(diǎn)溫度一致。與儀表接線(xiàn)端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風(fēng)扇的地方,接點(diǎn)處要保護不要使得風(fēng)扇直吹到接點(diǎn)。

3）  使用長(cháng)度

   因為熱電偶的信號很低,為微伏級,如果使用的距離過(guò)長(cháng),信號的衰減和環(huán)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,嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生溫度波動(dòng)。通常來(lái)說(shuō)，使用熱電偶補償導線(xiàn)的長(cháng)度控制在15米內比較好,如果超過(guò)15米,建議使用溫度變送器進(jìn)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）  布線(xiàn)

   補償導線(xiàn)布線(xiàn)一定要遠離動(dòng)力線(xiàn)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(xiàn)

   為了提高熱電偶連接線(xiàn)的抗干擾性,可以采用屏蔽補償導線(xiàn)。對于現場(chǎng)干擾源較多的場(chǎng)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(méi)有起到屏蔽的作用,反而增強干擾。