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  技术文章
补偿导线分类
2012-1-29 10:01:12


  补偿导线的作用是来延伸热电极即移动热电偶的冷端与显示仪表联接构成的测温系统。补偿导线经常是和热电偶组合用于,而热电偶补偿导线的绝缘层和

护层材质不一样用于环境也不同。护套材质有聚氯乙烯,氟塑料,低烟低卤聚氯乙烯及无碱玻璃丝几种,进口优质氟塑料可行耐温260℃,并采用整体连续挤出

新工艺,使得补偿导线具有优良的耐酸,碱、耐磨和不燃延之性能,

一、概述

 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

的单值函数图。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,当t1=50℃,t2=20℃时,如热端温度为1000℃,则显示温度仅969℃,误差达

31℃。

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)、I/O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,但最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。

从补偿精度分普通级和精密级,精密级补偿后的误差大体上只有普通级的一半,通常用在测量精度要求较高的地方。如S、R分度号的补偿导线,精密级的允差为

±2.5℃,普通级的允差为±5.0℃;K 、N分度号的补偿导线,精密级的允差为±1.5℃,普通级的允差为±2.5℃。在型号中普通级的不标,精密级的加"S"表示。

从工作温度分一般用和耐热用,一般用工作温度为0 ~ 100℃(少数为0 ~ 70℃);耐热用工作温度为0 ~ 200℃。

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,还有专用于防爆场合的本质安全电路用的补偿导线。

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。

最可靠最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,与之最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℃,例如是20℃,则所测热电势低于参比端为0℃的热电势值。以某种不明

分度号的补偿导线为例,如参比端温度约20℃,测量值如在3.928±0.150mV范围内,则可判断这种补偿导线的分度号是K。3.928是K分度号热电偶100℃和20℃时

热电势的差值,0.150是K分度号普通级补偿导线的允差。

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。所以最好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。

4、补偿导线的线路电阻

对早期配热电偶的动圈式仪表来说,有5Ω、15Ω两种线路电阻的要求,当热电偶安装地点离动圈表较远时,或采用分度号K、N、E、J、T等包含有铜镍材料的补偿导

线时,其线路电阻较大,选用时要注意选较大截面的补偿导线。比如选用外接15 Ω线路电阻 E分度号的动圈式仪表时,其配用的补偿导线截面为1.0 mm2、2.5 mm2 ,

而对应的单位长度线路电阻分别为 1.25Ω/m和 0.5Ω/m, 则补偿导线的最大允许长度仅为 12 m和 30 m。设计时如不留心,这个长度很容易超过,造成测量误差。

5、R、S分度号热电偶的补偿导线

同称为铂铑-铂的热电偶有R、S两种分度号,分别代表铂铑13-铂和铂铑10-铂热电偶,前者在国内应用较少, 但其热电势较大(1600℃时R、S分度热电偶的热电势分

别为18.849mV和16.777 mV),而在低温段 100℃ 时两者基本一致(R、S 分度号的热电势分别为 0.647 mV和0.646 mV),200 ℃时稍有差别(R、S 分度号的热电势

分别为 1.467 mV和1.441mV),所以目前国内市场上R、S分度号的补偿导线是通用的。如将市场上通常采购得到的S分度号的补偿导线用于R分度号的热电偶,在100℃

以下无误差,即使到了耐热用补偿导线的极限温度200℃,当热电偶的热端温度分别为600℃、1000℃、1300℃时,所引起的误差仅为 2.5℃、2.2℃、2.0℃。

这一点可作为1节的一个特例。

在常用热电偶当中,R、S 分度号补偿导线的精度是最低的,但从温度使用范围来看,0~60℃范围内误差很小,100~150℃误差就比较大了。当测量误差要求高时,

必须将参比端的温度保持在100 ℃以下。