熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理及選型

1， 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理

1）   熱電偶的測(cè)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?qū)w組成的閉合回路，在導(dǎo)體兩端存在溫差時(shí)，導(dǎo)體兩端就會(huì)有電流通過(guò)，形成熱電動(dòng)勢(shì)。在回路中接入儀表，儀表就把此熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。如圖1：

A,B 兩種導(dǎo)體，一端通過(guò)焊接形成結(jié)點(diǎn)，為工作端，位于待測(cè)介質(zhì)。另一端接測(cè)溫儀表，為參考端。

     為更好地理解下面的內(nèi)容，我們將以上測(cè)溫回路中形成的熱電動(dòng)勢(shì)表示為E_AB（T1,T0）,

理解為：A、B兩種導(dǎo)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(dòng)勢(shì)為E_AB（T1,T0）。

      需要特別強(qiáng)調(diào)的是：熱電偶測(cè)溫，歸根結(jié)底是測(cè)量熱電偶兩端的熱電動(dòng)勢(shì)。測(cè)量?jī)x表能夠讓我們看到溫度數(shù)值，是因?yàn)樗呀?jīng)將熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成了溫度。

1）   熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理：

實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)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(dǎo)線，才能將熱電偶的信號(hào)接到測(cè)溫

表上。圖中C、D即為連接熱電偶和測(cè)溫儀表的導(dǎo)線。

圖中，工作端溫度T1, A、B與C、D連接處溫度為T2, 測(cè)量?jī)x表端（參考端）溫度為T0.

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

           E= E_AB（T1,T2）+ E_CD（T2,T0）            （熱電偶中間導(dǎo)體定律）   （1）

    在上圖中，如果C、D的材質(zhì)和A、B*一樣，即C即為A，D即為B,相當(dāng)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(shì)為：

           E= E_AB（T1,T2）+ E_AB（T2,T0）= E_AB（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(shì)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?cè)跓犭娕疾季€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(cè)量?jī)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，它能滿足：

                  E_CD（T2,T0）= E_AB（T2,T0）                                  （3）

則式（1）成為：

      E= E_AB（T1,T2）+ E_CD（T2,T0）= E_AB（T1,T2）+ E_AB（T2,T0）= E_AB（T1,T0）        （4）

      滿足式（3）的材料C、D我們稱為熱電偶A、B的補(bǔ)償導(dǎo)線。

      式（4）還告訴我們，使用了補(bǔ)償導(dǎo)線，我們將T2延伸到了T0，但zui后我們的測(cè)量結(jié)果與T2無(wú)關(guān)，這樣我們也可以理解為，因?yàn)槲覀兪褂昧藢?dǎo)線C、D，是它補(bǔ)償了T2處連接所產(chǎn)生的附加電勢(shì)，而使得我們zui終測(cè)量不需要再考慮T2，這也是C、D為什么叫補(bǔ)償導(dǎo)線的原因，

1， 為什么要使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線。

大家會(huì)問(wèn)，既然熱電偶能夠達(dá)到測(cè)溫目的，為什么還要使用補(bǔ)償導(dǎo)線呢？這要從溫度

測(cè)量的實(shí)際使用來(lái)看。

一般來(lái)說(shuō)，為了便于測(cè)量?jī)x表的監(jiān)控與操作，測(cè)量?jī)x表都會(huì)放在溫度基本恒定并便于

放置的操控臺(tái)上，離實(shí)際的測(cè)溫點(diǎn)都有一定的距離。在這個(gè)距離中，一般來(lái)說(shuō)比較復(fù)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。而使用熱電偶線就可能造成測(cè)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(zhǎng)距離使用，成本也非常高。這些，都是使用補(bǔ)償導(dǎo)線的原因。

總結(jié)起來(lái)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）  改善熱電偶測(cè)溫線路的物理性能和機(jī)械性能，采用多股線芯或小直徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路的撓性，接線方便，也可調(diào)節(jié)線路電阻或屏蔽外界干擾；

2）  降低測(cè)量線路成本，當(dāng)熱電偶與測(cè)量裝置距離很遠(yuǎn)，使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)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(bǔ)償導(dǎo)線的分類

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線分為兩大類：

1）  延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線

延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線又稱延長(zhǎng)型導(dǎo)線，其合金絲的名義化學(xué)成分及熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同，用字母“X”附在熱電偶分度號(hào)之后表示，例如“KX”表示K型熱電偶用延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線。

2）  補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線又稱補(bǔ)償型導(dǎo)線，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(shì)值在0-100℃或0-200℃時(shí)與配用熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值相同，用字母“C”附在熱電偶分度號(hào)之后表示，例如“KC”。不同合金絲可以應(yīng)用于同一分度號(hào)的熱電偶，并用附加字母區(qū)別。

3， 如何正確選用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線

1）   補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號(hào)必須與所用熱電偶一致，如K型熱電偶，必須使用K型偶補(bǔ)償導(dǎo)線。

2）   根據(jù)使用環(huán)境的溫度來(lái)選擇，補(bǔ)償導(dǎo)線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(jù)實(shí)際的需要來(lái)選擇。

3）   如果現(xiàn)場(chǎng)干擾源多，可以選擇抗干擾性強(qiáng)的屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線。

4）   如果同時(shí)有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，可選擇內(nèi)有多組補(bǔ)償導(dǎo)線的線纜。

4， 補(bǔ)償導(dǎo)線使用中的注意事項(xiàng)

1）  補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇
    補(bǔ)償導(dǎo)線一定要根據(jù)所使用的熱電偶種類和所使用的場(chǎng)合進(jìn)行正確選擇。例如,k型偶應(yīng)該選擇k型偶的補(bǔ)償導(dǎo)線。

2）   接點(diǎn)連接
    與熱電偶接線端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(hù)不要使得風(fēng)扇直吹到接點(diǎn)。

3）  使用長(zhǎng)度
    因?yàn)闊犭娕嫉男盘?hào)很低,為微伏級(jí),如果使用的距離過(guò)長(zhǎng),信號(hào)的衰減和環(huán)境中強(qiáng)電的干擾偶合,足可以使熱電偶的信號(hào)失真,造成測(cè)量和控制溫度不準(zhǔn)確,嚴(yán)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(bǔ)償導(dǎo)線的長(zhǎng)度控制在15米內(nèi)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(hào)。溫度變送器是將溫度對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值轉(zhuǎn)換成直流電流傳送,抗干擾強(qiáng)。

4）  布線
    補(bǔ)償導(dǎo)線布線一定要遠(yuǎn)離動(dòng)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(bǔ)償導(dǎo)線
    為了提高熱電偶連接線的抗干擾性,可以采用屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線。對(duì)于現(xiàn)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(yán)格接地,否則屏蔽層不僅沒(méi)有起到屏蔽的作用,反而增強(qiáng)干擾