浅谈补偿导线及其在测温仪表中作用

浅谈补偿导线及其在测温仪表中作用

摘要:在用热电偶进行测温时,为了准确测出实际温度,就必须采取修正或补偿等措施。补偿导线的使用比较普遍,本文简述补如何正确使用补偿导线,及注意事项。

关键词:热电偶补偿导线参考端测量端

引言

热电偶测量温度基本原理是热电效应,将两种不同成分的金属导体首尾相连结成闭合回路,如果两接点的温度不同,则在回路中就会产生热电势,形成电流,这就是热电效应。热电偶就是将两种不同的金属材料焊接而成,焊接一端叫测量端,未焊接一端叫参考端.。参考端在使用时通常恒定在一定温度(如零度),当测量端加热时,在接点处产生热电势; 当测量端温度改变后, 热电势也随之改变,温度和热电势之间有函数关系,利用这个关系可以测量温度。当参考端温度恒定,其热电势大小和方向只与两种金属材料特性和测量端温度有关,与热电极的粗细和长短无关。热电偶分度表和温度仪表都是以热电偶参考端等于0℃为条件,但用热电偶测温时, 参考端温度长时间保持0℃比较困难,要准确测温就必须采取修正或补偿,所以热电偶使用时要连接补偿导线。

补偿导线实际上是一对在规定温度范围(一般为0～100℃)内使用的热电偶丝。它采用与热电偶电极材料相同的金属材料或在规定温度范围(一般0～100℃)内热电特性与所配接的热电偶相同且易于获得的价格低廉的金属材料做成,在测温中作为热电偶与二次仪表(如电子电位差计)的连接导线,称为热电偶的补偿导线。

补偿导线在测量回路中的连接方法见下图:

1、补偿导线的型号, 允差, 极性判断

补偿导线的型号、线芯材料和, 允差

各种型号的补偿导线,其热电特性是不一样的,就是在同一温度下,补偿电势的大小也不一样。假若在使用中将补偿导线接错了,仪表就不可能反映真实温度。同时,补偿导线相当于一支在一定温度(0～100℃)范围内的热电偶,故它的电流也是由正极经参考端流向负极,所以与热电偶连接时,补偿导线的正极应接热电偶的正极,负极应接热电偶的负极。如将极性接反了,不但不能起到补偿导线的作用,反而会抵消热电偶的一部分热电势,使仪表的指示温度偏低。因此,补偿导线选错或接反,都会使测量结果不准确,不能反映被测量的真实温度。

补偿导线极性可以根据下表中补偿导线的材料颜色来判别。但较准确的办法是用实验的办法,即将补偿导线的两端各剥去一小段绝缘层,其中一段的两根导线

绞接后放入沸水中,另一段的两根导线分别插入冰点槽中,使它恒定在0℃,并用铜导线引向直流电位差计“测量端”。如下图所示。如测出的补偿导线的热电势与表所列出的某一型号的热电势相一致,便可知该补偿导线的规格。与直流电位差计正端连接的电极即为补偿导线的正极,与直流电位差计负端连接的电极即为补偿导线的负极。‘

补偿导线材料及绝缘层着色

2、补偿导线作用

(1)延伸参考端的位置。将热电偶参考端延伸到温度恒定的地方,测量仪表一般要求安装在远离热源和环境温度较稳定的地方,而普通热电偶的接线盒(参考端安装的地方)距被测对象很近,必须用导线把热电偶参考端与仪表连接。若用普通铜导线连接,则热电偶参考温度较高而且不稳定,给测量带来误差;若将热电极延长,使热电偶参考端远离热源,理论上是可以的,但会造成热电极材料的浪费。补偿导线就是为解决这个矛盾而产生的,它的特点是在参考端温度可能的变化范围内[(0～100)℃或200℃],由补偿导线两极组成的热电偶的热电特性与所配热电偶热电特性相同,即:EA′B′(tn,0)=EAB((tn,0)根据中间温度定律可知:

热电偶回路中加入补偿导线后,其热电势仅与测量端温度t和补偿导线与仪表连接处温度to有关,而与参考端温度tn的变化无关,就好像把热电极延长到仪表处,所以补偿导线的作用只是延长了热电极,它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响。因此还必须利用前面介绍的处理方法将参考端温度修正到0℃。

(2)廉金属材料作为贵金属热电偶的补偿导线,可节省大量价格昂贵的金属材料,如铂铑10-铂热电偶,可选用廉金属铜-镍铜补偿导线。

(3)对于线路较长、直径较粗的热电偶,可采用多股导线制成的补偿导线,便于安装盒线路敷设。

(4)用直径粗和导电系数大的补偿导线来延长热电极,可以减小热电偶回路的电阻,以利于动圈式显示仪表的正常和自动控温。

(5)远距离敷设补偿导线,可避开测温场合,便于遥测和集中管理

3、使用补偿导线时必须注意以下问题

(1)各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用。

(2)补偿导线有正、负极之分。使用时极性不可接错。否则不仅起不到补偿作用,而且还会造成更大的测量误差。经理论证明,由于补偿导线极性接反所造成的误差约为不用补偿导线时的2倍

EAB A′B′(t,tn,t0)=EAB(t,t0)-2EAB(tn,t0)

(3)热电偶和补偿导线连接点的温度不得超过规定的使用温度。若超过规定的温度范围,补偿导线与热电偶的热电特性相差较大,从而造成测量误差。

(4)由于补偿导线与热电偶材料热电特性并不完全相同, 所以要求连接处的两个接点温度相同,否则将引入测量误差。

(5)为了便于安装,可选用多股补偿导线,也可根据需要选用防水、防腐、防火的补偿导线。

(6)用粗直径和导电系数大的补偿导线,可以减小热电偶回路的电阻,利于动圈式仪表正常工作和自动控温。

4、具有热电偶参考端温度自动补偿仪表,应采用补偿导线方法连接

补偿导线是标准器与被检仪表之间的连线。补偿导线的一端放入0℃冰槽中并通过铜导线与标准器连接,目的是利用热电偶特性将仪表接线端子温度延伸至0℃。由于补偿导线一端在0℃恒温器中,另一端与被测仪表输入端连接,因此只要给出15℃—25℃之间修正值。

5、结束语

补偿导线只能将热电偶的参考端移至远离热源及环境温度较恒定的地方,它并不能消除参考端温度不为零的影响,因此在使用中还应用将参考端温度修正到0℃。

参考文献:

[1]国家质量技术监督局.《数字温度指示调节仪》(JJG 617-1996).北京:中国计量出版社,1997.

[2]中华人民共和国国家标准《热电偶用补偿导线》(GB/T 4989-1994 ).北京:中国标准出版社,1994.