一、概述
由熱電偶的測溫原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與熱端（又稱(chēng)測量端）、參比端（又稱(chēng)冷端）的熱電勢有關(guān)，只有參比端溫度t1 為零或恒定不變，熱電勢才是熱端溫度的單值函數（見(jiàn)圖1）。如果不補償的話(huà)，則熱電偶的參比端溫度與儀表接線(xiàn)端溫度t2間的溫差t1-t2越大，測量誤差也越大。由于大多數熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系近似線(xiàn)性，所以造成的測量誤差大致等于上述溫差。以K 分度號的鎳鉻-鎳硅熱電偶為例，當t1=50℃，t2=20℃時(shí)，如熱端溫度為1000℃，則顯示溫度僅969℃，誤差達31℃。
實(shí)際應用時(shí)，由于熱電偶參比端的接線(xiàn)盒通常暴露在大氣中，溫度變化較大，如不采取措施，接線(xiàn)盒內溫度既不可能為零，也不可能保持某個(gè)溫度恒定不變，由此引起測量誤差。由于與熱電偶相連的二次儀表（如顯示器、記錄儀）、I/O插卡等均帶環(huán)境溫度補償，可對這些裝置與熱電偶的接線(xiàn)點(diǎn)（即儀表接線(xiàn)端）溫度t2進(jìn)行補償。由此可見(jiàn)，關(guān)鍵是如何對熱電偶的參比端溫度t1 進(jìn)行補償。目前有多種參比端補償方法，如恒溫法、補償電橋法、補償熱電偶法、補償導線(xiàn)法等，但最常用的就是補償導線(xiàn)法。
本文首先敘述補償導線(xiàn)的原理和分類(lèi)，然后介紹補償導線(xiàn)應用中通常需要了解的幾個(gè)問(wèn)題。
二、補償導線(xiàn)的工作原理及分類(lèi)
1、補償導線(xiàn)的工作原理
在一定溫度范圍內，熱電性能與熱電偶熱電性能很相近的導線(xiàn)稱(chēng)為熱電偶的補償導線(xiàn)。
按熱電偶中間溫度定則，熱電偶測溫回路的總電勢值只與熱端和參比端的溫度有關(guān)，而不受中間溫度變化的影響，所以可用與熱電偶材料相匹配的補償導線(xiàn)來(lái)代替需要延伸的貴重熱電偶材料，將參比端由熱電偶接線(xiàn)盒延伸到儀表接線(xiàn)端，由補償導線(xiàn)對原參比端溫度進(jìn)行補償。
補償導線(xiàn)除了可減少測量誤差外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：可改善熱電偶測溫線(xiàn)路的物理性能和機械性能，如采用多股線(xiàn)芯或小直徑補償導線(xiàn)可提高線(xiàn)路的柔韌性，使連接方便，也易于屏蔽外界干擾；可降低測量線(xiàn)路成本。
2、補償導線(xiàn)的分類(lèi)
從原理上分延長(cháng)型和補償型，延長(cháng)型其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶相同，因而熱電勢也相同，在型號中以"X"表示，補償型其合金絲名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但在其工作溫度范圍內，熱電勢與所配用熱電偶的熱電勢標稱(chēng)值相近，在型號中以"C"表示。
從補償精度分普通級和精密級，精密級補償后的誤差大體上只有普通級的一半，通常用在測量精度要求較高的地方。如S、R分度號的補償導線(xiàn)，精密級的允差為±2.5℃，普通級的允差為±5.0℃；K 、N分度號的補償導線(xiàn)，精密級的允差為±1.5℃，普通級的允差為±2.5℃。在型號中普通級的不標，精密級的加"S"表示。
從工作溫度分一般用和耐熱用，一般用工作溫度為0 ~ 100℃（少數為0 ~ 70℃）；耐熱用工作溫度為0 ~ 200℃。
此外，可以線(xiàn)芯多少分為單股和多芯（軟線(xiàn)）補償導線(xiàn)，以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補償導線(xiàn)，還有專(zhuān)用于防爆場(chǎng)合的本質(zhì)安全電路用的補償導線(xiàn)。
三、應用中的幾個(gè)問(wèn)題
1、補償導線(xiàn)與熱電偶的匹配
各種分度號的補償導線(xiàn)只能與相同分度號的熱電偶配用，否則可能欠補償或過(guò)補償，常用熱電偶在100℃和200℃時(shí)需補償的熱電勢值見(jiàn)表1：
表1 常用熱電偶在100℃和200℃時(shí)的熱電勢值
熱電偶名稱(chēng)    熱電偶分度號       參考端為 0℃時(shí)的熱電勢 mV
100℃     200℃
鉑銠10—鉑  S 0.646 1.441
鉑銠13—鉑  R 0.647 1.469
鉑銠30—鉑銠6 B 0.033 0.178
鎳鉻—鎳硅    K 4.096 8.138
鎳鉻硅—鎳硅       N 2.774 5.913
鎳鉻—銅鎳    E 6.319 13.421
鐵—銅鎳       J 5.269 10.779
銅—銅鎳       T 4.279 9.288
當我們用K分度號的補償導線(xiàn)配用N分度號的熱電偶，將造成過(guò)補償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號的補償導線(xiàn)配用K分度號的熱電偶，將造成欠補償，顯示溫度偏低。
2、補償導線(xiàn)分度號和極性的判斷
有時(shí)可根據資料所列補償導線(xiàn)的材料、絕緣層及護套顏色判斷，但由于國內新舊標準、IEC標準的規定有差異，用這個(gè)方法對補償導線(xiàn)的分度號和極性常常難以準確判斷。
最可靠最常用的方法是測試法，就是將補償導線(xiàn)的兩端剝去絕緣層，把兩根導線(xiàn)絞合在一起制成熱電偶的熱端，放到沸騰的水中，兩根導線(xiàn)的另一端與直流電位差計相連（不應該與動(dòng)圈式直讀mV 表相連，因測量時(shí)取電流其讀數偏低），將測得的熱電勢與表1比較，與之最接近的即為補償導線(xiàn)的分度號，根據電位差計的正負極可確定補償導線(xiàn)的極性。由于測試時(shí)由補償導線(xiàn)構成的熱電偶的參比端溫度不一定是0℃，例如是20℃，則所測熱電勢低于參比端為0℃的熱電勢值。以某種不明分度號的補償導線(xiàn)為例，如參比端溫度約20℃，測量值如在3.928±0.150mV范圍內，則可判斷這種補償導線(xiàn)的分度號是K。3.928是K分度號熱電偶100℃和20℃時(shí)熱電勢的差值，0.150是K分度號普通級補償導線(xiàn)的允差。
3、補償導線(xiàn)儀表盤(pán)接線(xiàn)點(diǎn)的位置
我們知道，補償導線(xiàn)只是把熱電偶的參比端延長(cháng)，起到移動(dòng)參比端位置的作用，延伸后的參比端溫度應當恒定或配用本身具有參比端溫度自動(dòng)補償的裝置，否則仍可能因新的參比端溫度變化引起測量誤差。
比如在儀表盤(pán)內接線(xiàn)時(shí)，由于常用盤(pán)裝顯示器、記錄儀本身因通電而發(fā)熱，使其接線(xiàn)端子處的溫度高于儀表盤(pán)接線(xiàn)端子處的溫度。當熱電偶的補償導線(xiàn)引進(jìn)儀表盤(pán)后，如果將其接到儀表盤(pán)的接線(xiàn)端子上，而儀表盤(pán)的接線(xiàn)端子與儀表接線(xiàn)端子間用銅線(xiàn)連接，則因上述溫差存在將造成測量誤差。所以最好將補償導線(xiàn)跨過(guò)儀表盤(pán)的接線(xiàn)端子直接與儀表的接線(xiàn)端子相連。
4、補償導線(xiàn)的線(xiàn)路電阻
對早期配熱電偶的動(dòng)圈式儀表來(lái)說(shuō)，有5Ω、15Ω兩種線(xiàn)路電阻的要求，當熱電偶安裝地點(diǎn)離動(dòng)圈表較遠時(shí)，或采用分度號K、N、E、J、T等包含有銅鎳材料的補償導線(xiàn)時(shí)，其線(xiàn)路電阻較大，選用時(shí)要注意選較大截面的補償導線(xiàn)。比如選用外接15 Ω線(xiàn)路電阻 E分度號的動(dòng)圈式儀表時(shí)，其配用的補償導線(xiàn)截面為1.0 mm2、2.5 mm2 ，而對應的單位長(cháng)度線(xiàn)路電阻分別為 1.25Ω/m和 0.5Ω/m， 則補償導線(xiàn)的最大允許長(cháng)度僅為 12 m和 30 m。設計時(shí)如不留心，這個(gè)長(cháng)度很容易超過(guò)，造成測量誤差。
5、R、S分度號熱電偶的補償導線(xiàn)
同稱(chēng)為鉑銠-鉑的熱電偶有R、S兩種分度號，分別代表鉑銠13-鉑和鉑銠10-鉑熱電偶，前者在國內應用較少， 但其熱電勢較大（1600℃時(shí)R、S分度熱電偶的熱電勢分別為18.849mV和16.777 mV），而在低溫段 100℃ 時(shí)兩者基本一致（R、S 分度號的熱電勢分別為 0.647 mV和0.646 mV），200 ℃時(shí)稍有差別（R、S 分度號的熱電勢分別為 1.467 mV和1.441mV），所以目前國內市場(chǎng)上R、S分度號的補償導線(xiàn)是通用的。如將市場(chǎng)上通常采購得到的S分度號的補償導線(xiàn)用于R分度號的熱電偶，在100℃以下無(wú)誤差，即使到了耐熱用補償導線(xiàn)的極限溫度200℃，當熱電偶的熱端溫度分別為600℃、1000℃、1300℃時(shí)，所引起的誤差僅為 2.5℃、2.2℃、2.0℃。
這一點(diǎn)可作為1節的一個(gè)特例。
在常用熱電偶當中，R、S 分度號補償導線(xiàn)的精度是最低的，但從溫度使用范圍來(lái)看，0～60℃范圍內誤差很小，100～150℃誤差就比較大了。當測量誤差要求高時(shí)，必須將參比端的溫度保持在100 ℃以下。
6、補償型與延伸型補償導線(xiàn)的比較
K 分度號的補償導線(xiàn)有補償型KC補償導線(xiàn)與延伸型KX補償導線(xiàn)，以下性能對照表2可以供實(shí)際選用時(shí)參考。
表2 K分度號補償型與延伸型補償導線(xiàn)的性能比較
性 能     補 償 型 KC 延 伸 型 KX
材質(zhì)       與熱電偶材質(zhì)不同       與熱電偶材質(zhì)相同
熱電勢特性    一定溫度范圍內，與配用熱電偶相近       與配用熱電偶相同
誤差曲線(xiàn)       非線(xiàn)性，隨溫度而變    線(xiàn)性
使用溫度范圍       受限制（如一般用補償導線(xiàn)為100℃） 不受限制（僅取決于絕緣材料）
線(xiàn)路電阻       低（約0.8Ω/m，mm2）  高（1.5Ω/m，mm2）
補償接點(diǎn)干擾       因兩種不同材料構成補償接點(diǎn)，可能產(chǎn)生干擾       無(wú)
補償精度       低    高
價(jià)格       低    高（約高1～2倍）
7、雙鉑銠熱電偶不用補償導線(xiàn)
前面講了這么多，都是說(shuō)要用補償導線(xiàn)去補償熱電偶參比端溫度，但在常用熱電偶中，分度號B的雙鉑銠（鉑銠30-鉑銠6）熱電偶是一個(gè)例外，它沒(méi)有專(zhuān)用的補償導線(xiàn)，或者換一句話(huà)說(shuō)，在實(shí)際應用中，它一般沒(méi)有必要使用補償導線(xiàn)。
雙鉑銠熱電偶常用于1300~1600 ℃溫度段的測溫（≤1300℃ 通常采用鉑銠-鉑熱電偶），其低溫段的熱電勢出奇地低，如100℃時(shí)的熱電勢僅 0.033mV， 200℃時(shí)的熱電勢為0.178mV，與整個(gè)測溫范圍內（0~1800 ℃）每100℃的平均熱電勢為0 .700mV 比較，相差懸殊，所以即使不補償，造成的誤差也很小。例如當熱端溫度為1300℃和1600℃時(shí)，如參比端溫度t1=100℃ 時(shí)，造成的誤差為±3.0℃，如t1=120℃ 時(shí)，造成的誤差為±5，。0℃ ，均達到使用普通級補償導線(xiàn) ±5℃的要求。但值得注意的是，如t1=200℃ 時(shí)，則可能造成±16.3℃的誤差，因此對雙鉑銠熱電偶來(lái)說(shuō)，雖然在通常情況下可不使用補償導線(xiàn)，但限制條件是參比端溫度t1≤120℃，否則將造成較大的誤差。
在不常用的熱電偶中，鎳鈷-鎳鋁熱電偶200℃以下熱電勢幾乎為零，可不用補償導線(xiàn)，而鎳鐵-鎳銅熱電偶在50℃以下的熱電勢微乎其微，在這個(gè)溫度范圍內也不用補償導線(xiàn)。