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知識丨使用補償導線的八個誤區

知識丨使用補償導線的八個誤區

作者:jzht    來源:未知    發布時間:2019-08-20 09:13    瀏覽量:

熱電偶測溫
已經選用了補償導線
為什么誤差仍然存在?
實際應用時,由于熱電偶參比端的接線盒通常暴露在大氣中,溫度變化較大,如不采取措施,接線盒內溫度既不可能為零,也不可能保持某個溫度恒定不變,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插卡等均帶環境溫度補償,可對這些裝置與熱電偶的接線點(即儀表接線端)溫度t2進行補償。由此可見,關鍵是如何對熱電偶的參比端溫度t1進行補償。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、補償導線法等,但最常用的就是補償導線法。
 
常用補償導線會出現哪些誤區呢?接下來我們一探究竟:
 
各種分度號的補償導線只能與相同分度號的熱電偶配用,否則可能欠補償或過補償。
 
常用熱電偶在100℃和200℃時需補償的熱電勢值:

當我們用K分度號的補償導線配用N分度號的熱電偶,將造成過補償,顯示溫度偏高;反之,用N分度號的補償導線配用K分度號的熱電偶,將造成欠補償,顯示溫度偏低。
 
熱電偶及熱電偶補償導線正負極,極性不能反接。
 
經理論證明,熱電偶補償導線使用時將極性接反導致的誤差約為不用補償導線時的2倍。
 
某化工廠在更換現場熱電偶后出現溫度測量值與實際溫度有較大偏差,有時高有時低。仔細檢查后發現熱電偶與補償導線極性正負接反,按照極性調整補償導線接線后故障消除。

 熱電偶和熱電偶補償導線都有正負極之分,補償導線極性反接時儀表顯示值變化很大:
(1)補償導線極性反接后,當熱電偶與補償導線連接處溫度高于控制室溫度時,儀表顯示溫度低于實際測量溫度。
(2)補償導線極性反接后,當熱電偶與補償導線連接處溫度低于控制室溫度時,儀表顯示溫度高于實際測量溫度。
(3)補償導線極性反接后,當熱電偶與補償導線連接處溫度與控制室溫度相同時,儀表顯示溫度與實際溫度相同。
 
如何避免接反呢?有時可根據資料所列補償導線的材料、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,用這個方法對補償導線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,就是將補償導線的兩端剝去絕緣層,把兩根導線絞合在一起制成熱電偶的熱端,放到沸騰的水中,兩根導線的另一端與直流電位差計相連(不應該與動圈式直讀mV表相連,因測量時取電流其讀數偏低),將測得的熱電勢與表1比較,與之最接近的即為補償導線的分度號,根據電位差計的正負極可確定補償導線的極性。



由于測試時由補償導線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的分度號是K。3.928是K分度號熱電偶100℃和20℃時熱電勢的差值,0.150是K分度號普通級補償導線的允差。
 
補償導線儀表盤接線點的位置不當,易引起誤差
 
我們知道,補償導線只是把熱電偶的參比端延長,起到移動參比端位置的作用,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。
 
比如在儀表盤內接線時,由于常用盤裝顯示器、記錄儀本身因通電而發熱,使其接線端子處的溫度高于儀表盤接線端子處的溫度。當熱電偶的補償導線引進儀表盤后,如果將其接到儀表盤的接線端子上,而儀表盤的接線端子與儀表接線端子間用銅線連接,則因上述溫差存在將造成測量誤差。所以最好將補償導線跨過儀表盤的接線端子直接與儀表的接線端子相連。
 
補償導線線路電阻選擇不當,易引起誤差
 
對早期配熱電偶的動圈式儀表來說,有5Ω、15Ω兩種線路電阻的要求,當熱電偶安裝地點離動圈表較遠時,或采用分度號K、N、E、J、T等包含有銅鎳材料的補償導線時,其線路電阻較大,選用時要注意選較大截面的補償導線。



比如選用外接15Ω線路電阻E分度號的動圈式儀表時,其配用的補償導線截面為1.0mm2、2.5mm2,而對應的單位長度線路電阻分別為1.25Ω/m和0.5Ω/m,則補償導線的最大允許長度僅為12m和30m。設計時如不留心,這個長度很容易超過,造成測量誤差。
 
R、S分度號熱電偶的補償導線混用,易引起誤差
 
同稱為鉑銠-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R、S分度熱電偶的熱電勢分別為18.849mV和16.777mV),而在低溫段100℃時兩者基本一致(R、S分度號的熱電勢分別為0.647mV和0.646mV),200℃時稍有差別(R、S分度號的熱電勢分別為1.467mV和1.441mV),所以目前國內市場上R、S分度號的補償導線是通用的。
 
如將市場上通常采購得到的S分度號的補償導線用于R分度號的熱電偶,在100℃以下無誤差,即使到了耐熱用補償導線的極限溫度200℃,當熱電偶的熱端溫度分別為600℃、1000℃、1300℃時,所引起的誤差僅為2.5℃、2.2℃、2.0℃。
 
補償型與延伸型補償導線不同,不可互用
 
K 分度號的補償導線有補償型KC補償導線與延伸型KX補償導線,以下性能對照表可以供實際選用時參考。

 
雙鉑銠熱電偶無需使用補償導線
 
在常用熱電偶中,分度號B的雙鉑銠(鉑銠30-鉑銠6)熱電偶是一個例外,它沒有專用的補償導線,或者換一句話說,在實際應用中,它一般沒有必要使用補償導線。
 
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℃時的熱電勢僅0.033mV,200℃時的熱電勢為0.178mV,與整個測溫范圍內(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,如參比端溫度t1=100℃時,造成的誤差為±3.0℃,如t1=120℃時,造成的誤差為±5.0℃,均達到使用普通級補償導線±5℃的要求。但值得注意的是,如t1=200℃時,則可能造成±16.3℃的誤差,因此對雙鉑銠熱電偶來說,雖然在通常情況下可不使用補償導線,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,而鎳鐵-鎳銅熱電偶在50℃以下的熱電勢微乎其微,在這個溫度范圍內也不用補償導線。
 
銅線不能替代補償導線,易產生誤差
 
用銅導線替代補償導線會產生什么影響呢?看以下例子:一支K型熱電偶,用銅導線來連接熱電偶和顯示儀表,如果測量點溫度為500℃,現場參比溫度為40℃,顯示表內溫度為30℃(溫度補償器在表內),這時顯示儀表的顯示溫度是多少呢?
 
根據熱電偶的均質導體定律,同一種金屬兩端不會產生溫差熱電勢,所以EAB(Tn,T0)=0,這時顯示儀表得到的總熱電勢計算如下:
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
 
這時儀表顯示的溫度為490.4℃,即儀表顯示溫度比實際溫度低了9.6℃。顯然用銅導線來代替補償導線,將會產生較大測量誤差,不能用銅導線來代替補償導線。

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