熱電偶補償導線的應用

1． 熱電偶補償導線的原理

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的均勻導體組成的閉合回路，在導體兩端存在溫差時，導體兩端就會有電流通過，形成熱電動勢。在回路中接入儀表，儀表就把此熱電動勢轉換成相應的溫度。如圖1：

A,B 兩種導體，一端通過焊接形成結點，為工作端，位于待測介質。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T1,參考端溫度為T0，形成的熱電動勢為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勢。測量儀表能夠讓我們看到溫度數值，是因為它已經將熱電動勢轉換成了溫度。

1）   熱電偶補償導線的原理：

實際應用中，測量或控制儀表離熱電偶總有一定的距離。如圖2.

此時需要在熱電偶（圖中A、B）后再接一段導線，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。

圖中，工作端溫度T1, A、B與C、D連接處溫度為T2, 測量儀表端（參考端）溫度為T0.

我們可以把總回路的總電動勢 E 分成兩段熱電動勢的和，即A、B為一段，熱電動勢為EAB（T1,T2），C、D為另一段，熱電動勢為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的材質和A、B*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）處產生了一個連接點，此時，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，中間產生了連接點，則總電勢與連接點的溫度（中間溫度）無關，而只與工作端和參考端的溫度有關。這正是我們希望得到的。我們在熱電偶布線中，不需要考慮中間有沒有連接點，也不需要考慮連接點的溫度，而是和一根熱電偶連接到介質和測量儀表一樣。

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

                  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）

      滿足式（3）的材料C、D我們稱為熱電偶A、B的補償導線。

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

1， 為什么要使用熱電偶補償導線。

大家會問，既然熱電偶能夠達到測溫目的，為什么還要使用補償導線呢？這要從溫度

測量的實際使用來看。

一般來說，為了便于測量儀表的監控與操作，測量儀表都會放在溫度基本恒定并便于

放置的操控臺上，離實際的測溫點都有一定的距離。在這個距離中，一般來說情況比較復雜，

比如會經過動力源，有電磁干擾等等，并且可能經常會受到外力的作用。而使用熱電偶線就可能造成測量的誤差，使用起來易于損壞，需經常更換等等。并且，熱電偶絲的材料一般都比較貴重，如果長距離使用，成本也非常高。這些，都是使用補償導線的原因。

總結起來，使用補償導線有以下優點：

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

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

2， 熱電偶補償導線的分類

熱電偶補償導線分為兩大類：

1）  延長型補償導線

延長型補償導線又稱延長型導線，其合金絲的名義化學成分及熱電動勢標稱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型熱電偶用延長型補償導線。

2）  補償型補償導線

補償型補償導線又稱補償型導線，其合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶不同，但其熱電動勢值在0-100℃或0-200℃時與配用熱電偶的熱電動勢標稱值相同，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

1）   補償導線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。

2）   根據使用環境的溫度來選擇，補償導線的工作溫度范圍較低，一般分0-100℃和0-200℃兩種，0-100℃的價格更低，可根據實際的需要來選擇。

3）   如果現場干擾源多，可以選擇抗干擾性強的屏蔽型補償導線。

4）   如果同時有多個測溫點，可選擇內有多組補償導線的線纜。

4， 補償導線使用中的注意事項

1）  補償導線的選擇

    補償導線一定要根據所使用的熱電偶種類和所使用的場合進行正確選擇。例如,k型偶應該選擇k型偶的補償導線。

2）   接點連接

    與熱電偶接線端2個接點盡可能近一點,盡量保持2個接點溫度一致。與儀表接線端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風扇的地方,接點處要保護不要使得風扇直吹到接點。

3）  使用長度

    因為熱電偶的信號很低,為微伏級,如果使用的距離過長,信號的衰減和環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,嚴重時會產生溫度波動。通常來說，使用熱電偶補償導線的長度控制在15米內比較好,如果超過15米,建議使用溫度變送器進行傳送信號。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

    補償導線布線一定要遠離動力線和干擾源。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

    為了提高熱電偶連接線的抗干擾性,可以采用屏蔽補償導線。對于現場干擾源較多的場合,效果較好。但是一定要將屏蔽層嚴格接地,否則屏蔽層不僅沒有起到屏蔽的作用,反而增強干擾。