在使用熱電偶進(jìn)行溫度測量中,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的使用比較普遍。但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),很多地方由于沒有正確使用補(bǔ)償導(dǎo)線而出現(xiàn)很多問題。本文介紹了補(bǔ)償導(dǎo)線的原理,對常見錯(cuò)誤使用的形式進(jìn)行歸納,同時(shí)從理論上分析所產(chǎn)生的偏差,指出正確使用方法和注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞 熱電偶 補(bǔ)償導(dǎo)線 使用方法 誤差
熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線已經(jīng)廣泛用于熱電偶溫度測量中。如果了解了熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理、功能、作用方法和注意事項(xiàng),就能充分發(fā)揮熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用,否則就會(huì)適得其反。
某鋼管生產(chǎn)企業(yè)新引進(jìn)的一套球化爐裝置,裝置的二十多個(gè)測溫點(diǎn)由于設(shè)備安裝人員將熱電偶正負(fù)極接反,且補(bǔ)償導(dǎo)線還存在多接頭現(xiàn)象,再加上設(shè)備使用人員對此知識(shí)的貧乏,在工作中因爐溫不正確導(dǎo)致爐內(nèi)產(chǎn)品報(bào)廢,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)一百多萬元,教訓(xùn)不可謂不深刻。
實(shí)際上在眾多熱電偶測溫現(xiàn)場,筆者發(fā)現(xiàn)用普通銅導(dǎo)線作連線的占40%,而使用補(bǔ)償導(dǎo)線作連接線的僅占60%。究其原因有二：
一是由于熱電偶設(shè)備使用操作人員不了解補(bǔ)償導(dǎo)線功能,認(rèn)為既然只要起到連接作用,普通導(dǎo)線即可。
二是設(shè)備制造商在安裝熱電偶時(shí),用的連接線即為普通導(dǎo)線,而在使用者角度總認(rèn)為設(shè)備安裝人員都是專業(yè)人員,做法總是正確的,沒能引起應(yīng)有的懷疑。
在工業(yè)生產(chǎn)中,雖然熱電偶作為溫度傳感器,已經(jīng)廣泛使用于溫度測量和控制,人們對此也比較熟悉,但如果在使用中不注意正確的使用方法,就會(huì)給測溫和控溫造成很大的偏離,嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接造成經(jīng)濟(jì)損失,所以應(yīng)該引起重視。
一、熱電偶的測溫原理簡介
由2種不同均質(zhì)材料A、B組成的回路（見圖1）稱為熱電偶。A、B材料2端連接的接點(diǎn)分別用J1、J2表示,如果J1、J2的接點(diǎn)溫度T1和T2不一樣,在回路中就會(huì)產(chǎn)生電勢,通常稱為熱電勢。當(dāng)A、B的材料一定時(shí),熱電勢的大小取決于T1、T2之間的溫度差,用公式表示為
EAB（T1,T2）=eAB（T1）+eBA（T2）=eAB（T1）-eAB（T2） （1）
式中：EAB（T1,T2）--—材料為A、B的熱電偶,接點(diǎn)溫度T1、T2之間的溫差電勢。
eAB（T1）--—A、B接點(diǎn)溫度為T1時(shí)的電勢。
eAB（T2）、eBA（T1）--—A、B接點(diǎn)溫度為T2時(shí)的電勢,這2項(xiàng)大小相等,符號相反。
為了統(tǒng)一熱電偶材料并進(jìn)行規(guī)范,******有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了組成熱電偶材料A、B的成分、純度,并且給出了A、B材料的組合形式,統(tǒng)一用一個(gè)字母命名型號,如K型、S型等。為了使用方便,將各種型號的熱電偶溫度值與電勢關(guān)系,統(tǒng)一為相對于0℃時(shí)的電勢值,這里用T0表示,制成各種型號的熱電偶分度表,便于查閱和計(jì)算。
這樣相對于圖1中的形式,公式（1）轉(zhuǎn)化為
EAB（T1,T2）=EAB（T1,T0）-EAB（T2,T0） （2）
公式（2）就是我們目前使用的實(shí)用公式,只要知道T1、T2,可以從分度表中查出EAB（T1,T0）和EAB（T2,T0）。
圖1中左圖為原理圖,該圖中對于熱電勢無法測量；右圖為目前實(shí)際使用的測量電路,在熱電偶的2極用測量導(dǎo)線連接,根據(jù)熱電偶中間導(dǎo)體定律,只要右圖中接點(diǎn)J2、J3的溫度相同,均為T2,并且連接導(dǎo)線均為同種均質(zhì)材料,圖1中的右圖與左圖是等效的。
二 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線
1. 連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律
首先我們來分析熱電偶的連接導(dǎo)體定律和中間溫度定律,如圖2。
實(shí)際應(yīng)用中,測量和控制儀表與熱電偶總是有一段距離,如圖2所示。C、D也是2種均質(zhì)材料,根據(jù)熱電偶的中間導(dǎo)體定律,可以導(dǎo)出測量的總電勢EZ的表達(dá)式為：
EZ=EAB（T1,T3）+ECD（T3,T2） （3）
式（3）就是熱電偶連接導(dǎo)體定律。如果連接的不是一段,總電勢EZ同樣為各個(gè)部分之和。在圖2的測量中,我們希望測量端的總電勢為熱電偶EAB（T1,T2）,便于控制儀表測量中不至于中間連接產(chǎn)生附加電勢,表達(dá)式為：
EAB（T1,T2）=EZ=EAB（T1,T3）+EAB（T3,T2） （4）
式（4）中T3稱為中間溫度,所以也稱為中間溫度定律。這樣就要求我們找到某種材料C、D,他的特性為：
ECD（T3,T2）=EAB（T3,T2）（5）
滿足式（5）的材料我們稱為熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線。因?yàn)闊犭娕嫉姆N類較多,所以熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的種類也較多。
2. 在工業(yè)溫度測量和溫度控制中正確使用補(bǔ)償導(dǎo)線
工業(yè)溫度測量、控制中,熱電偶使用的位置總是距測量、控制表（下面簡稱儀表）有一定的距離,因而從熱電偶的輸出端到測量、控制表的輸入端,需使用補(bǔ)償導(dǎo)線連接。由于熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線均有正負(fù)極,故接線時(shí)應(yīng)該正極與正極連接,負(fù)極與負(fù)極連接。見圖3所示。
圖3中由于T3和T2的溫度差會(huì)給測量帶來誤差,補(bǔ)償導(dǎo)線的作用就是補(bǔ)償T3和T2,不同種類的熱電偶,要使用相應(yīng)型號的補(bǔ)償導(dǎo)線,不同型號的補(bǔ)償導(dǎo)線不能混用。
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