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熱電偶補償導線的應用

來源:南京榮捷電氣設備有限公司   2015年09月09日 16:40  

1 熱電偶補償導線的原理

1   熱電偶的測溫原理

我們知道,熱電偶的工作原理是兩種不同材質(zhì)的均勻導體組成的閉合回路,在導體兩端存在溫差時,導體兩端就會有電流通過,形成熱電動勢。在回路中接入儀表,儀表就把此熱電動勢轉換成相應的溫度。如圖1

A,B 兩種導體,一端通過焊接形成結點,為工作端,位于待測介質(zhì)。另一端接測溫儀表,為參考端。

     為更好地理解下面的內(nèi)容,我們將以上測溫回路中形成的熱電動勢表示為EABT1,T0,

理解為:A、B兩種導體組成的熱電偶,工作端溫度為T1,參考端溫度為T0,形成的熱電動勢為EABT1,T0)。

      需要特別強調(diào)的是:熱電偶測溫,歸根結底是測量熱電偶兩端的熱電動勢。測量儀表能夠讓我們看到溫度數(shù)值,是因為它已經(jīng)將熱電動勢轉換成了溫度。

 

1   熱電偶補償導線的原理:

實際應用中,測量或控制儀表離熱電偶總有一定的距離。如圖2.

此時需要在熱電偶(圖中A、B)后再接一段導線,才能將熱電偶的信號接到測溫

表上。圖中C、D即為連接熱電偶和測溫儀表的導線。

圖中,工作端溫度T1, A、BCD連接處溫度為T2, 測量儀表端(參考端)溫度為T0.

我們可以把總回路的總電動勢 E 分成兩段熱電動勢的和,即A、B為一段,熱電動勢為EABT1,T2),C、D為另一段,熱電動勢為ECDT2,T0, 即:

           E= EABT1,T2+ ECDT2,T0            (熱電偶中間導體定律)   1

    在上圖中,如果C、D的材質(zhì)和AB*一樣,即C即為A,D即為B,相當于熱電偶A、B T2(中間溫度)處產(chǎn)生了一個連接點,此時,回路總電勢為:

           E= EABT1,T2+ EABT2,T0= EABT1,T0    (熱電偶中間溫度定律)   2)從式(2)我們可以看出,只要是相同的熱電偶,中間產(chǎn)生了連接點,則總電勢與連接點的溫度(中間溫度)無關,而只與工作端和參考端的溫度有關。這正是我們希望得到的。我們在熱電偶布線中,不需要考慮中間有沒有連接點,也不需要考慮連接點的溫度,而是和一根熱電偶連接到介質(zhì)和測量儀表一樣。

 

      再來比較式(2)和式(1)。如果我們能找到某種材料CD,它能滿足:

                  ECDT2,T0= EABT2,T0                                  3

則式(1)成為:

      E= EABT1,T2+ ECDT2,T0= EABT1,T2+ EABT2,T0= EABT1,T0        4

 

      滿足式(3)的材料C、D我們稱為熱電偶AB的補償導線。

      式(4)還告訴我們,使用了補償導線,我們將T2延伸到了T0,但zui后我們的測量結果與T2無關,這樣我們也可以理解為,因為我們使用了導線C、D,是它補償了T2處連接所產(chǎn)生的附加電勢,而使得我們zui終測量不需要再考慮T2,這也是C、D為什么叫補償導線的原因,

 

1, 為什么要使用熱電偶補償導線。

大家會問,既然熱電偶能夠達到測溫目的,為什么還要使用補償導線呢?這要從溫度

測量的實際使用來看。

一般來說,為了便于測量儀表的監(jiān)控與操作,測量儀表都會放在溫度基本恒定并便于

放置的操控臺上,離實際的測溫點都有一定的距離。在這個距離中,一般來說情況比較復雜,

比如會經(jīng)過動力源,有電磁干擾等等,并且可能經(jīng)常會受到外力的作用。而使用熱電偶線就可能造成測量的誤差,使用起來易于損壞,需經(jīng)常更換等等。并且,熱電偶絲的材料一般都比較貴重,如果長距離使用,成本也非常高。這些,都是使用補償導線的原因。

 

總結起來,使用補償導線有以下優(yōu)點:

1  改善熱電偶測溫線路的物理性能和機械性能,采用多股線芯或小直徑補償導線可提高線路的撓性,接線方便,也可調(diào)節(jié)線路電阻或屏蔽外界干擾;

2  降低測量線路成本,當熱電偶與測量裝置距離很遠,使用補償導線可以節(jié)省大量的熱電偶材料,特別是使用貴金屬熱電偶時。

 

2, 熱電偶補償導線的分類

熱電偶補償導線分為兩大類:

1  延長型補償導線

延長型補償導線又稱延長型導線,其合金絲的名義化學成分及熱電動勢標稱值與配用的熱電偶相同,用字母“X”附在熱電偶分度號之后表示,例如“KX”表示K型熱電偶用延長型補償導線。

2  補償型補償導線

補償型補償導線又稱補償型導線,其合金絲的名義化學成分與配用的熱電偶不同,但其熱電動勢值在0-100℃或0-200℃時與配用熱電偶的熱電動勢標稱值相同,用字母“C”附在熱電偶分度號之后表示,例如“KC”。不同合金絲可以應用于同一分度號的熱電偶,并用附加字母區(qū)別。

 

3, 如何正確選用熱電偶補償導線

1   補償導線的分度號必須與所用熱電偶一致,如K型熱電偶,必須使用K型偶補償導線。

2   根據(jù)使用環(huán)境的溫度來選擇,補償導線的工作溫度范圍較低,一般分0-100℃和0-200℃兩種,0-100℃的價格更低,可根據(jù)實際的需要來選擇。

3   如果現(xiàn)場干擾源多,可以選擇抗干擾性強的屏蔽型補償導線。

4   如果同時有多個測溫點,可選擇內(nèi)有多組補償導線的線纜。

 

4, 補償導線使用中的注意事項

1  補償導線的選擇

    補償導線一定要根據(jù)所使用的熱電偶種類和所使用的場合進行正確選擇。例如,k型偶應該選擇k型偶的補償導線。

2   接點連接

    與熱電偶接線端2個接點盡可能近一點,盡量保持2個接點溫度一致。與儀表接線端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風扇的地方,接點處要保護不要使得風扇直吹到接點。

3  使用長度

    因為熱電偶的信號很低,為微伏級,如果使用的距離過長,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,嚴重時會產(chǎn)生溫度波動。通常來說,使用熱電偶補償導線的長度控制在15米內(nèi)比較好,如果超過15,建議使用溫度變送器進行傳送信號。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

    補償導線布線一定要遠離動力線和干擾源。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

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

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