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知识丨使用补偿导线的八个误区

知识丨使用补偿导线的八个误区

作者:jzht    来源:未知    发布时间:2019-08-20 09:13    浏览量:

热电偶测温
已经选用了补偿导线
为什么误差仍然存在?
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。
 
常用补偿导线会出现哪些误区呢?接下来我们一探究竟:
 
各种分度号的补偿导线只能与相同分度号的热电偶配用,否则可能欠补偿或过补偿。
 
常用热电偶在100℃和200℃时需补偿的热电势值:

当我们用K分度号的补偿导线配用N分度号的热电偶,将造成过补偿,显示温度偏高;反之,用N分度号的补偿导线配用K分度号的热电偶,将造成欠补偿,显示温度偏低。
 
热电偶及热电偶补偿导线正负极,极性不能反接。
 
经理论证明,热电偶补偿导线使用时将极性接反导致的误差约为不用补偿导线时的2倍。
 
某化工厂在更换现场热电偶后出现温度测量值与实际温度有较大偏差,有时高有时低。仔细检查后发现热电偶与补偿导线极性正负接反,按照极性调整补偿导线接线后故障消除。

 热电偶和热电偶补偿导线都有正负极之分,补偿导线极性反接时仪表显示值变化很大:
(1)补偿导线极性反接后,当热电偶与补偿导线连接处温度高于控制室温度时,仪表显示温度低于实际测量温度。
(2)补偿导线极性反接后,当热电偶与补偿导线连接处温度低于控制室温度时,仪表显示温度高于实际测量温度。
(3)补偿导线极性反接后,当热电偶与补偿导线连接处温度与控制室温度相同时,仪表显示温度与实际温度相同。
 
如何避免接反呢?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。
 
补偿导线仪表盘接线点的位置不当,易引起误差
 
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。
 
补偿导线线路电阻选择不当,易引起误差
 
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15Ω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1.0mm2、2.5mm2,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12m和30m。设计时如不留心,这个长度很容易超过,造成测量误差。
 
R、S分度号热电偶的补偿导线混用,易引起误差
 
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16.777mV),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0.647mV和0.646mV),200℃时稍有差别(R、S分度号的热电势分别为1.467mV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℃。
 
补偿型与延伸型补偿导线不同,不可互用
 
K 分度号的补偿导线有补偿型KC补偿导线与延伸型KX补偿导线,以下性能对照表可以供实际选用时参考。

 
双铂铑热电偶无需使用补偿导线
 
在常用热电偶中,分度号B的双铂铑(铂铑30-铂铑6)热电偶是一个例外,它没有专用的补偿导线,或者换一句话说,在实际应用中,它一般没有必要使用补偿导线。
 
双铂铑热电偶常用于1300~1600℃温度段的测温(≤1300℃通常采用铂铑-铂热电偶),其低温段的热电势出奇地低,如100℃时的热电势仅0.033mV,200℃时的热电势为0.178mV,与整个测温范围内(0~1800℃)每100℃的平均热电势为0.700mV比较,相差悬殊,所以即使不补偿,造成的误差也很小。
 
例如当热端温度为1300℃和1600℃时,如参比端温度t1=100℃时,造成的误差为±3.0℃,如t1=120℃时,造成的误差为±5.0℃,均达到使用普通级补偿导线±5℃的要求。但值得注意的是,如t1=200℃时,则可能造成±16.3℃的误差,因此对双铂铑热电偶来说,虽然在通常情况下可不使用补偿导线,但限制条件是参比端温度t1≤120℃,否则将造成较大的误差。
 
在不常用的热电偶中,镍钴-镍铝热电偶200℃以下热电势几乎为零,可不用补偿导线,而镍铁-镍铜热电偶在50℃以下的热电势微乎其微,在这个温度范围内也不用补偿导线。
 
铜线不能替代补偿导线,易产生误差
 
用铜导线替代补偿导线会产生什么影响呢?看以下例子:一支K型热电偶,用铜导线来连接热电偶和显示仪表,如果测量点温度为500℃,现场参比温度为40℃,显示表内温度为30℃(温度补偿器在表内),这时显示仪表的显示温度是多少呢?
 
根据热电偶的均质导体定律,同一种金属两端不会产生温差热电势,所以EAB(Tn,T0)=0,这时显示仪表得到的总热电势计算如下:
EK=EK(500,40)+EK(30,0)
=EK(500,0)-EK(40,0)+ EK(30,0)
=20.644-1.612+1.203
=20.234 mV
 
这时仪表显示的温度为490.4℃,即仪表显示温度比实际温度低了9.6℃。显然用铜导线来代替补偿导线,将会产生较大测量误差,不能用铜导线来代替补偿导线。

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