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。热电偶的测温原理简介为了使用方便,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。由热电偶的测温原理可知，热电偶产生的热电势与热端（又称测量端）、参比端（又称冷端）的热电势有关，只有参比端温度t1 为零或恒定不变，热电势才是热端温度的单值函数。如果不补偿的话，则热电偶的参比端温度与仪表接线端温度t2间的温差t1-t2越大，测量误差也越大。由于大多数热电偶的热电势与温度的关系近似线性，所以造成的测量误差大致等于上述温差。以K 分度号的镍铬-镍硅热电偶为例，实际应用时，由于热电偶参比端的接线盒通常暴露在大气中，温度变化较大，如不采取措施，接线盒内温度既不可能为零，也不可能保持某个温度恒定不变，由此引起测量误差。由于与热电偶相连的二次仪表（如显示器、记录仪）、插卡等均带环境温度补偿，可对这些装置与热电偶的接线点（即仪表接线端）温度t2进行补偿。由此可见，关键是如何对热电偶的参比端温度t1 进行补偿。目前有多种参比端补偿方法，如恒温法、补偿电桥法、补偿热电偶法、补偿导线法等，但较常用的就是补偿导线法。本文首先叙述补偿导线的原理和分类，然后介绍补偿导线应用中通常需要了解的几个问题.二补偿导线的工作原理及分类 1、补偿导线的工作原理 在一定温度范围内，热电性能与热电偶热电性能很相近的导线称为热电偶的补偿导线。按热电偶中间温度定则，热电偶测温回路的总电势值只与热端和参比端的温度有关，而不受中间温度变化的影响，所以可用与热电偶材料相匹配的补偿导线来代替需要延伸的贵重热电偶材料，将参比端由热电偶接线盒延伸到仪表接线端，由补偿导线对原参比端温度进行补偿。 补偿导线除了可减少测量误差外，还有以下优点：可改善热电偶测温线路的物理性能和机械性能，如采用多股线芯或小直径补偿导线可提高线路的柔韧性，使连接方便，也易于屏蔽外界干扰；可降低测量线路成本。2补偿导线的分类.从原理上分延长型和补偿型，延长型其合金丝的名义化学成分与配用的热电偶相同，因而热电势也相同，在型号中以"X"表示，补偿型其合金丝名义化学成分与配用的热电偶不同，但在其工作温度范围内，热电势与所配用热电偶的热电势标称值相近，在型号中以"C"表示。此外，可以线芯多少分为单股和多芯（软线）补偿导线，以是否带屏蔽层分为普通型和屏蔽型补偿导线，还有于防爆场合的本质安全电路用的补偿导线。当我们用K分度号的补偿导线配用N分度号的热电偶，将造成过补偿，显示温度偏高；反之，用N分度号的补偿导线配用K分度号的热电偶，将造成欠补偿，显示温度偏2.补偿导线分度号和极性的判断 有时可根据资料所列补偿导线的材料、绝缘层及护套颜色判断，但由于国内新旧标准、IEC标准的规定有差异，用这个方法对补偿导线的分度号和极性常常难以准确判断。较可靠较常用的方法是测试法，就是将补偿导线的两端剥去绝缘层，把两根导线绞合在一起制成热电偶的热端，放到沸腾的水中，两根导线的另一端与直流电位差计相连（不应该与动圈式直读mV 表相连，因测量时取电流其读数偏低），将测得的热电势与表1比较，与之较接近的即为补偿导线的分度号，根据电位差计的正负极可确定补偿导线的极性。由于测试时由补偿导线构成的热电偶的参比端温度不一定是0℃，3、补偿导线仪表盘接线点的位置,我们知道,补偿导线只是把热电偶的参比端延长，起到移动参比端位置的作用，延伸后的参比端温度应当恒定或配用本身具有参比端温度自动补偿的装置，否则仍可能因新的参比端温度变化引起测量误差.比如在仪表盘内接线时，由于常用盘装显示器、记录仪本身因通电而发热，使其接线端子处的温度高于仪表盘接线端子处的温度。当热电偶的补偿导线引进仪表盘后，如果将其接到仪表盘的接线端子上，而仪表盘的接线端子与仪表接线端子间用铜线连接，则因上述温差存在将造成测量误差。所以将补偿导线跨过仪表盘的接线端子直接与仪表的接线端子相连。
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选择热电偶补偿导线时要知道热电偶补偿导线所处的环境温度及现场工矿状况，根据现场环境温度情况选择合适的补偿导线护套，所以在选择时一定要注意现场工矿情况。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。2.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。这种错误在应用中比较普遍,因为连接后,被控制对象的温度变化趋势与显示仪表是*的。加之目前热电偶补偿导线产品很多标注不规范,难以辨认；有些甚至是生产厂家将颜色标错。一般工业炉附近的温度,至少比控制间的温度高8℃。那么由此产生误差正好是补偿导线补偿值的2倍。对于K型偶,微分电势值基本在左右,测量温度大约比实际温度低16℃。如果控制温度设定在600℃,实际温度应该在616℃左右。从上面的分析可以看出,当热电偶补偿导线正负极接反,不仅没有起到补偿作用,误差比不接补偿导线还增加一倍,因此补偿导线在连接时一定要注意极性。如果不能确定热电偶补偿导线极性时,可以取一段补偿导线,将一端绝缘去掉后拧在一起,放在热水杯中,用普通万用表直流电压量程低档测量另一端的2根线,万用表上会显示测量电压的正负,信号的正极为补偿导线的正极。2.使用的补偿导线型号不对同种补偿导线配同种热电偶,如果所选的补偿导线种类不对,一样产生误差。3.补偿导线与导线混用 在实际应用中,经常会发现由于补偿导线不够长用普通导线连接,或补偿导线断后接上一段普通导线,3.补偿导线使用中注意事项 1.补偿导线的选择补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。2.接点连接:与热电偶接线端2个接点尽可能近一点,尽量保持2个接点温度*。与仪表接线端连接处尽可能温度*,仪表柜有风扇的地方,接点处要保护不要使得风扇直吹到接点。3.使用长度:因为热电偶的信号很低,为微伏级,如果使用的距离过长,信号的衰减和环境中强电的干扰偶合,足可以使热电偶的信号失真,造成测量和控制温度不准确,在控制中严重时会产生温度波动。根据经验,通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好,如果超过15米,建议使用温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流传送,抗干扰强4.布线:补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方,也尽可能采用交叉方式,不要平行。5.屏蔽补偿导线:为了提高热电偶连接线的抗干扰性,可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干扰源较多的场合,效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地,否则屏蔽层不仅没有起到屏蔽的作用,反而增强干扰。补偿导线的线路电阻对早期配热电偶的动圈式仪表来说，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。
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