熱電偶補償導(dǎo)線工作原理

要了解補償導(dǎo)線的工作原理問題，就要從熱電偶的原理入手。

熱電偶原理圖

如圖所示，T、Tn、TO分別為熱電偶所處的測量端溫度、參比端溫度、環(huán)境溫度（室溫），這時圖中回路的總電勢為EABBA （T，Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EAB （Tn， T0）

當(dāng)參比端Tn示用另外替代的導(dǎo)線來代替A、B，如果A’與A、B‘與B的熱電性質(zhì)相同，即

EABBA （T，Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EA’ B’（Tn， T0）

如果用能滿足EAB （Tn， TO） =EA‘ B’ （Tn， TO）的連接導(dǎo)線，就可以起到補償熱電勢的作用。這時回路的總熱電勢為EABB‘ A’（T， Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EA’ B‘ （Tn，T0）

補償導(dǎo)線工作原理

此時，所測得的熱電偶的總熱電勢只受測量端溫度T和環(huán)境溫度TO的影響，而與參比端的溫度變化Tn無關(guān)。在實際應(yīng)用中補償導(dǎo)線用的就是這一原理。但準(zhǔn)確地說，是通過補償導(dǎo)線延長了熱電偶的參比端至溫度較恒定的環(huán)境，以消除參比端溫度變化的影響。

熱電偶補償導(dǎo)線的作用

如果熱電偶不使用補償導(dǎo)線，而使用了普通導(dǎo)線代替的話，會發(fā)生意想不到的情況。

1、使用普通二芯線作為熱電偶信號延長線，未使用補償導(dǎo)線

例如：浙江袍江某熱處理工廠在使用熱電偶測溫時，將熱電偶信號直接由兩芯銅線連接到控制室顯示儀表，使用中頻繁出現(xiàn)熱處理工件不合格品，后經(jīng)由紹興中儀技術(shù)員到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)工件次品原因為淬火溫度偏差所致，淬火溫度測量不準(zhǔn)確是因為熱電偶測溫系統(tǒng)中未按要求使用熱電偶相應(yīng)分度號的補償導(dǎo)線，而使用了普通導(dǎo)線，故測溫不準(zhǔn)。

根據(jù)熱電偶測溫原理可知，熱電偶回路的熱電勢與測量溫度和熱電偶參考端溫度有關(guān)，安裝在使用現(xiàn)場的熱電偶參考端溫度（指熱電偶接線盒處溫度）隨環(huán)境溫度變化而變化，不能恒定。在熱電偶參考端溫度波動情況下，使用補償導(dǎo)線將參考端延長到溫度較穩(wěn)定的環(huán)境或遠(yuǎn)離熱源的環(huán)境來補償熱電偶參考端溫度變化所產(chǎn)生的誤差。普通電線能傳送熱電偶測溫時產(chǎn)生的mV信號值，但不能補償將熱電偶參考端溫度延長到儀表控制室，從而導(dǎo)致熱電偶測溫系統(tǒng)出現(xiàn)溫度補償不準(zhǔn)確。正確方法：熱電偶信號傳送必須使用熱電偶相應(yīng)型號的補償導(dǎo)線，禁止使用普通電纜替代補償導(dǎo)線。

2、不同分度號熱電偶和補償導(dǎo)線混用，引入測量誤差

某單位使用S型熱電偶測量爐膛溫度，現(xiàn)場工作人員雖然知道熱電偶必須使用補償導(dǎo)線，但他們并未選擇正確的適合的補償導(dǎo)線，而用庫存內(nèi)K型熱電偶補償導(dǎo)線將鉑銠10-鉑熱電偶信號連接到顯示儀表，使用中發(fā)現(xiàn)實際爐溫與測量值偏差很大，打電話到紹興中儀，后經(jīng)紹興中儀公司技術(shù)分析將補償導(dǎo)線更換為SC后測溫恢復(fù)正常。

按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局規(guī)定，熱電偶補償導(dǎo)線的熱電勢及允許誤差應(yīng)符合JJG 351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，不同分度號對應(yīng)的熱電偶補償導(dǎo)線在同一環(huán)境溫度下的所產(chǎn)生的熱電勢不同，將不同分度號熱電偶與熱電偶補償導(dǎo)線混用，必然給熱電偶測量系統(tǒng)引入熱電偶參考端溫度補償誤差。正確方法：各種熱電偶補償導(dǎo)線必須與對應(yīng)分度號的熱電偶配用。

熱電偶與補償導(dǎo)線類型不匹配

3、熱電偶補償導(dǎo)線絕緣層破損

在熱電偶接線和安裝使用過程中，偶爾會出現(xiàn)熱電偶接線盒出線口處和補償導(dǎo)線其他部位絕緣層磨損，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為顯示儀表或DCS系統(tǒng)溫度顯示值一般偏小。

正確方法：尋找熱電偶補償導(dǎo)線絕緣層破損點，重新進行絕緣處理，恢復(fù)顯示控制儀表或無紙記錄儀正常顯示值。

4、熱電偶補償導(dǎo)線正負(fù)極性接反，引入測量誤差

某化工廠在更換現(xiàn)場熱電偶后出現(xiàn)溫度測量值與實際溫度有較大偏差，有時高有時低。仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)熱電偶與補償導(dǎo)線極性正負(fù)極性接反，按照極性調(diào)整補償導(dǎo)線接線后故障消除。

還有某鋼管生產(chǎn)企業(yè)新引進的一套球化爐裝置，裝置的二十多個測溫點由于設(shè)備安裝人員將熱電偶正負(fù)極接反，再加上設(shè)備使用人員對此知識的貧乏，在工作中因爐溫不正確導(dǎo)致爐內(nèi)產(chǎn)品報廢，直接經(jīng)濟損失達一百多萬元，教訓(xùn)不可謂不深刻。

熱電偶補償導(dǎo)線接線方式

熱電偶和熱電偶補償導(dǎo)線都有正負(fù)極之分，補償導(dǎo)線反接時無紙溫度記錄儀表顯示值變化很大：

A、補償導(dǎo)線極性反接后，當(dāng)熱電偶與補償導(dǎo)線連接處溫度高于控制室溫度時，儀表顯示溫度低于實際測量溫度。

B、補償導(dǎo)線極性反接后，當(dāng)熱電偶與補償導(dǎo)線連接處溫度低于控制室溫度時，儀表顯示溫度高于實際測量溫度。

C、補償導(dǎo)線極性反接后，當(dāng)熱電偶與補償導(dǎo)線連接處溫度與控制室溫度相同時，儀表顯示溫度與實際溫度相同。

經(jīng)理論證明，熱電偶補償導(dǎo)線使用時將極性接反導(dǎo)致的誤差約為不用補償導(dǎo)線時的2倍。

不同型號熱電偶補償導(dǎo)線正極絕緣層顏色均為紅色層，負(fù)極顏色不同，可根據(jù)絕緣層顏色區(qū)分補償導(dǎo)線型號。

正確方法：正確區(qū)分熱電偶及熱電偶補償導(dǎo)線正負(fù)極，極性不能反接。

5、熱電偶補償導(dǎo)線與接線端子接觸不良

熱電偶補償導(dǎo)線比較硬，導(dǎo)線與接線端子間在接線或使用過程中容易出現(xiàn)接觸不良，此類故障現(xiàn)象反映為儀表或DCS系統(tǒng)無顯示值或顯示值超量程。

處理方法：緊固接線端子，消除接觸不良故障，回復(fù)儀表正常測量顯示。

6、熱電偶與補償導(dǎo)線連接點溫度超過規(guī)定的使用范圍

普通熱電偶補償導(dǎo)線使用溫度在0-100℃；耐高溫補償導(dǎo)線使用溫度在0-200℃。比如R型熱電偶補償導(dǎo)線Rc和S型熱電偶補償導(dǎo)線Sc均為補償型補償導(dǎo)線，在各類補償導(dǎo)線中準(zhǔn)確度最低，在0-60℃環(huán)境中使用誤差較小，在0-150℃環(huán)境中使用有較大負(fù)誤差。

正確方法：一般補償型熱電偶補償導(dǎo)線使用環(huán)境溫度不超過100℃，高溫型熱電偶補償導(dǎo)線使用可達200℃。

7、熱電偶補償導(dǎo)線中間有接頭，接頭處接觸不良

在熱電偶補償導(dǎo)線生產(chǎn)過程中單位長度內(nèi)接頭數(shù)量對于生產(chǎn)商而言有相關(guān)質(zhì)國家量標(biāo)準(zhǔn)約束，生產(chǎn)商會做相應(yīng)處理。在長距離敷設(shè)補償導(dǎo)線中長度不夠需要接線，常見施工人員將補償導(dǎo)線接頭處擰在一起做絕緣處理后就投入使用，使用一段時間后出現(xiàn)測量不準(zhǔn)，誤差增加。

正確方法：如需要延長補償導(dǎo)線長度，應(yīng)將同型號補償導(dǎo)線相同極性線相連接，連接牢固可靠并進行焊接，做絕緣處理后投入使用。

8、補償導(dǎo)線與動力電纜平行敷設(shè)，信號被干擾

某企業(yè)在施工過程中將熱電偶補償導(dǎo)線與電氣動力平行敷設(shè)在同一電纜橋架中，系統(tǒng)投入使用后出現(xiàn)DCS系統(tǒng)顯示熱電偶溫度忽高忽低，經(jīng)反復(fù)檢查確認(rèn)為熱電偶測量信號被動力線路干擾，由此引起溫度測量誤差最高達一百多度。

正確方法：施工過程中熱電偶補償導(dǎo)線與動力電纜同向敷設(shè)，將電力橋架與儀表信號橋架分別敷設(shè)，并采用屏蔽型補償導(dǎo)線。如避免不了補償導(dǎo)線與動力電纜在同一橋架，橋架內(nèi)部應(yīng)設(shè)置屏蔽隔板或交叉敷設(shè)，最大程度降低熱電偶信號被干擾機率。

9、長距離使用熱電偶補償導(dǎo)線，因信號衰減和干擾引入測量誤差

熱電偶測溫時產(chǎn)生的電勢值為mV信號，因補償導(dǎo)線用長度增加出現(xiàn)信號衰減和現(xiàn)場磁電干擾耦合，使儀表或DCS系統(tǒng)溫度顯示值波動。

處理方法：

A、需要長距離敷設(shè)補償導(dǎo)線，補償導(dǎo)線線徑應(yīng)不低于Φ1.5mm2，減少mV信號衰減。

B、選用屏蔽型補償導(dǎo)線，并將屏蔽層按規(guī)范接地（必須讓屏蔽層在補償導(dǎo)線一端接地，接地并入儀表信號接地網(wǎng)，禁止將接地并入工廠電氣接地網(wǎng)），避免因屏蔽層接地不正確而引入測量誤差。

C、使用溫度變送器，將就地?zé)犭娕夹盘栟D(zhuǎn)換為4-20mA信號傳輸，提高信號抗干擾能力。

10、熱電偶選配熱電偶溫度變送器后，無需補償導(dǎo)線

熱電偶溫度變送器通常安裝在熱電偶接線盒內(nèi)和控制柜內(nèi)，這是兩種不同結(jié)構(gòu)的溫度變送器：

A、溫度變送器安裝在熱電偶接線盒內(nèi)構(gòu)成一體化熱電偶溫度變送器，熱電偶偶絲直接接到溫度變送器輸入端上，輸出為兩線制4-20mA信號，變送器與顯示儀表或DCS系統(tǒng)直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導(dǎo)線。

圖四：一體化溫度變送器不使用補償導(dǎo)線

B、如果溫度變送器安裝在控制柜內(nèi)，熱電偶與溫度變送器之間連接必須使用補償導(dǎo)線，變送器與顯示儀表或DCS系統(tǒng)直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導(dǎo)線。

連接熱電偶和導(dǎo)軌式溫度變送器必須使用補償導(dǎo)線

正確方法：熱電偶溫度變送是否使用補償導(dǎo)線必須按實際應(yīng)用來確定。
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