什么是補償導線(xiàn)？補償導線(xiàn)是在一定溫度范圍內（包括常溫0）具有與所匹配熱電偶熱電動(dòng)勢相同標稱(chēng)值的一對帶有絕緣層的到導線(xiàn)，用他們連接熱電偶與測量裝置，以補償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。子啊知道了何謂補償導線(xiàn)后，那么補償導線(xiàn)有什么作用呢？使用補償導線(xiàn)要注意哪些問(wèn)題呢？接下來(lái)的文章將仔細分析相關(guān)內容。

補償導線(xiàn)的作用：

    1）、利于熱電偶參考端溫度的修正和集中控制。

    測量?jì)x表一般安裝在遠離熱源和環(huán)境溫度較穩定的地方，而普通熱電偶的接線(xiàn)盒（參考端安裝的地方）距被測對象很近。必須用導線(xiàn)把熱電偶參考端與儀表連接。若用普通銅導線(xiàn)連接則熱電偶參考端溫度較高而且不穩定，給測量帶來(lái)誤差。若將熱電偶延長(cháng)使熱電偶參考端遠離熱源，理論上是可以的，但會(huì )造成熱電極材料的浪費。補償導線(xiàn)就是為解決這個(gè)矛盾而產(chǎn)生的。它的特點(diǎn)是在參考端溫度可能的變化范圍內（0-100℃或0-150℃）由補償導線(xiàn)兩極組成的熱電偶其熱電特性與所配熱電偶的熱電特性相同，即：

    Ea'b'（tn，0）=Eab（tn，0）

    根據中間溫度定律可知，熱電偶回路中加入補償導線(xiàn)后，其熱電勢僅與測量端溫度t和補償導線(xiàn)與儀表連接處t0有關(guān)，而與參考端溫度tn的變化無(wú)關(guān)，就象把熱電極延長(cháng)到儀表處，所以補償導線(xiàn)的作用只是延長(cháng)了熱電偶，它并不能消除參考端溫度不為0℃時(shí)的影響。因此還必須利用諸如0℃恒溫器法、計算法、儀表自動(dòng)補償法等方法將熱電偶參考端溫度修正到0℃。

    2）、可節省大量?jì)r(jià)格昂貴的金屬材料，如鉑銠10-鉑熱電偶，可選用廉家屬銅-鎳銅補償導線(xiàn)。

使用補償導線(xiàn)應注意：

    1）、各種補償導線(xiàn)只能與相應型號的熱電偶配用。

    2）、補償導線(xiàn)有正、負極之分，使用時(shí)極性不可接錯，否則會(huì )造成測量誤差。

    3）、熱電偶和補償導線(xiàn)連接點(diǎn)的溫度不得超過(guò)規定的使用溫度，因超過(guò)規定溫度范圍，補償導線(xiàn)與熱電偶的熱電特性相差較大而產(chǎn)生測量誤差。

    4）、由于補償導線(xiàn)與熱電偶材料熱電特性并不完全相同，所以要求連接處的兩個(gè)接點(diǎn)溫度相同，否則將引入測量誤差。

    5）為便于安裝，可選用多股補償導線(xiàn)，也可以根據需要選用防水、防腐、防火的補償導線(xiàn)。

    6）、用粗直徑和導電系數大的補償導線(xiàn)，可以減小熱電偶回路的電阻，利于儀表正常工作和自動(dòng)控溫。

如何正確使用熱電偶補償導線(xiàn)  

    在使用熱電偶進(jìn)行溫度測量中，熱電偶補償導線(xiàn)的使用比較普遍。但經(jīng)調查發(fā)現，很多地方由于沒(méi)有正確使用補償導線(xiàn)而出現很多問(wèn)題。本文介紹了補償導線(xiàn)的原理，對常見(jiàn)錯誤使用的形式進(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。

    熱電偶補償導線(xiàn)已經(jīng)廣泛用于熱電偶溫度測量中。如果了解了熱電偶補償導線(xiàn)的原理、功能、作用方法和注意事項，就能充分發(fā)揮熱電偶補償導線(xiàn)的作用，否則就會(huì )適得其反。

    實(shí)際上在眾多熱電偶測溫現場(chǎng)，筆者發(fā)現用普通銅導線(xiàn)作連線(xiàn)的占40%，而使用補償導線(xiàn)作連接線(xiàn)的僅占60%。究其原因有二：

    一是由于熱電偶設備使用操作人員不了解補償導線(xiàn)功能，認為既然只要起到連接作用，普通導線(xiàn)即可。

    二是設備制造商在安裝熱電偶時(shí)，用的連接線(xiàn)即為普通導線(xiàn)，而在使用者角度總認為設備安裝人員都是專(zhuān)業(yè)人員，做法總是正確的，沒(méi)能引起應有的懷疑。

    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，嚴重時(shí)會(huì )直接造成經(jīng)濟損失，所以應該引起重視。

一、熱電偶的測溫原理簡(jiǎn)介

    由2種不同均質(zhì)材料A、B組成的回路稱(chēng)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(chēng)為熱電勢。當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T(mén)1時(shí)的電勢。

    eAB（T2）、eBA（T1）———A、B接點(diǎn)溫度為T(mén)2時(shí)的電勢，這2項大小相等，符號相反。

    為了統一熱電偶材料并進(jìn)行規范，國家有關(guān)標準規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，便于查閱和計算。

二 熱電偶補償導線(xiàn)

    1. 連接導體定律和中間溫度定律

    首先我們來(lái)分析熱電偶的連接導體定律和中間溫度定律，

    實(shí)際應用中，測量和控制儀表與熱電偶總是有一段距離，所示。C、D也是2種均質(zhì)材料，根據熱電偶的中間導體定律，可以導出測量的總電勢EZ的表達式為：

    EZ=EAB（T1，T3）+ECD（T3，T2）         （3）

    式(3)就是熱電偶連接導體定律。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，表達式為：

    EAB（T1，T2）=EZ=EAB（T1，T3）+EAB（T3，T2）  （4）

    式(4)中T3稱(chēng)為中間溫度，所以也稱(chēng)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(mǎn)足式(5)的材料我們稱(chēng)為熱電偶的補償導線(xiàn)。因為熱電偶的種類(lèi)較多，所以熱電偶補償導線(xiàn)的種類(lèi)也較多。

    2. 在工業(yè)溫度測量和溫度控制中正確使用補償導線(xiàn)

    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(jiǎn)稱(chēng)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，需使用補償導線(xiàn)連接。由于熱電偶和補償導線(xiàn)均有正負極，故接線(xiàn)時(shí)應該正極與正極連接，負極與負極連接。

    由于T3和T2的溫度差會(huì )給測量帶來(lái)誤差，補償導線(xiàn)的作用就是補償T3和T2,不同種類(lèi)的熱電偶，要使用相應型號的補償導線(xiàn)，不同型號的補償導線(xiàn)不能混用。

三、 常見(jiàn)補償導線(xiàn)使用中的錯誤和產(chǎn)生的誤差

    1. 熱電偶補償導線(xiàn)正負極與熱電偶接反

    如果將熱電偶補償導線(xiàn)的正負極與熱電偶正負極接反，而熱電偶的正負極與儀表的正極連接是正確的，以K型偶為例見(jiàn)圖4所示。這種錯誤在應用中比較普遍，因為連接后，被控制對象的溫度變化趨勢與顯示儀表是一致的。加之目前熱電偶補償導線(xiàn)產(chǎn)品很多標注不規范，難以辨認；有些甚至是生產(chǎn)廠(chǎng)家將顏色標錯。下面分析由于這種情況所產(chǎn)生的誤差。

    如果正確連接，儀表所接收的總熱電勢為

    EZ=EK（T1，T3）+EKX（T3，T2）=EK（T1，T3）+EK（T3，T2）

=EK（T1，T2）（6）

    因為連接的錯誤，根據中間導體定律，儀表所接收的總熱電勢為

    E′Z=EK（T1，T3）+EKX（T3，T2）（7）

    對于KX延伸型補償導線(xiàn)，有

    E′KX（T3，T2）=-EKX（T3，T2）=-EK（T3，T2）（8）

    計算，儀表測量值由此產(chǎn)生誤差為：EZ′-EZ=EK（T1，T3）-EK（T3，T2）-EK（T1，T3）-EK（T3，T2）

=2EK（T3，T2）（9）

    一般工業(yè)爐附近的溫度，至少比控制間的溫度高8℃。那么由此產(chǎn)生誤差正好是補償導線(xiàn)補償值的2倍。對于K型偶，微分電勢值基本在40℃/（μV）左右，測量溫度大約比實(shí)際溫度低16℃。如果控制溫度設定在600℃，實(shí)際溫度應該在616℃左右。

    從上面的分析可以看出，當熱電偶補償導線(xiàn)正負極接反，不僅沒(méi)有起到補償作用，誤差比不接補償導線(xiàn)還增加一倍，因此補償導線(xiàn)在連接時(shí)一定要注意極性。

    如果不能確定熱電偶補償導線(xiàn)極性時(shí)，可以取一段補償導線(xiàn)，將一端絕緣去掉后擰在一起，放在熱水杯中，用普通萬(wàn)用表直流電壓量程zui低檔測量另一端的2根線(xiàn)，萬(wàn)用表上會(huì )顯示測量電壓的正負，信號的正極為補償導線(xiàn)的正極。

    2. 使用的補償導線(xiàn)型號不對

    同種補償導線(xiàn)配同種熱電偶，如果所選的補償導線(xiàn)種類(lèi)不對，一樣產(chǎn)生誤差。假設使用S型熱電偶，選擇了K型偶的補償導線(xiàn)KX，

    根據中間導體定律，儀表所接收的總熱電勢為：E′Z（T1，T2）=ES（T1，T3）+EKX（T3，T2）（10）

    如果正確使用S型偶補償導線(xiàn)SC，不考慮補償導線(xiàn)自身誤差，儀表測量的總電勢為EZ（T1，T2）=ES（T1，T3）=ES（T3，T2）（11）

    由于選錯了補償導線(xiàn)儀表測量值由此產(chǎn)生誤差為式(10)-式(11)

EZ′-EZ=EK（T3，T2）-ES（T3，T2）-EK（T3，T2）-ES（T3，T2）（12）

    如果S型熱電偶工作溫度為900℃，控制間環(huán)境溫度為25℃，仍按照T3-T2=8℃，分別查S偶和K偶分度表，得出電勢差為：EK（T3，T2）-ES（T3，T2）=0.278mV

    儀表測量溫度比實(shí)際溫度高。如果儀表控制在900℃時(shí)，實(shí)際值只有875.1℃，誤差24.9℃。

    如果上述情況又將極性接反，儀表測量值偏高，儀表顯示900℃時(shí)，實(shí)際溫度為933.2℃，誤差33.2℃。

     

四、 補償導線(xiàn)使用中注意事項

    1. 補償導線(xiàn)的選擇

    補償導線(xiàn)一定要根據所使用的熱電偶種類(lèi)和所使用的場(chǎng)合進(jìn)行正確選擇。例如，K型偶應該選擇K型偶的補償導線(xiàn)，根據使用場(chǎng)合，選擇工作溫度范圍。通常KX工作溫度為-20～100℃，寬范圍的為-25～200℃。普通級誤差為±2.5℃，精密級為±1.5℃。

    2. 接點(diǎn)連接

    與熱電偶接線(xiàn)端2個(gè)接點(diǎn)盡可能近一點(diǎn)，盡量保持2個(gè)接點(diǎn)溫度一致。與儀表接線(xiàn)端連接處盡可能溫度一致，儀表柜有風(fēng)扇的地方，接點(diǎn)處要保護不要使得風(fēng)扇直吹到接點(diǎn)。

    3. 使用長(cháng)度

    因為熱電偶的信號很低，為微伏級，如果使用的距離過(guò)長(cháng)，信號的衰減和環(huán)境中強電的干擾偶合，足可以使熱電偶的信號失真，造成測量和控制溫度不準確，在控制中嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生溫度波動(dòng)。

    根據我們的經(jīng)驗，通常使用熱電偶補償導線(xiàn)的長(cháng)度控制在15米內比較好，如果超過(guò)15米，建議使用溫度變送器進(jìn)行傳送信號。溫度變送器是將溫度對應的電勢值轉換成直流電流傳送，抗干擾強。

    4. 布線(xiàn)

    補償導線(xiàn)布線(xiàn)一定要遠離動(dòng)力線(xiàn)和干擾源。在避免不了穿越的地方，也盡可能采用交叉方式，不要平行。

    5. 屏蔽補償導線(xiàn)

    為了提高熱電偶連接線(xiàn)的抗干擾性，可以采用屏蔽補償導線(xiàn)。對于現場(chǎng)干擾源較多的場(chǎng)合，效果較好。但是一定要將屏蔽層嚴格接地，否則屏蔽層不僅沒(méi)有起到屏蔽的作用，反而增強干擾。