熱電偶測溫

已選擇補償導線

為什么誤差還存在？

文丨甜甜

編輯小 玉

審核任三多

在實際應用中，由于熱電偶參考端的接線盒通常暴露在大氣中，溫度變化很大。如果不采取措施，接線盒中的溫度既不能為零，也不能保持一定的溫度恒定，導致測量誤差。由于連接到熱電偶的二次儀器（如顯示器和記錄儀），I/O插卡等都有環境溫度補償，可以補償這些裝置和熱電偶的接線點(即儀表接線端)的溫度t2.補償。因此，關鍵是如何在熱電偶的參考端溫度t1.補償。目前有恒溫法、補償電橋法、補償熱電偶法、補償導線法等多種參考方式，但較常用的是補償導線法。

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，否則可能會欠補償或過補償。

熱電偶常用于100℃和200℃需要補償的熱電勢值:

（表1）

當我們用K分度號度號補償導線的補償導線N分度號的熱電偶會造成過度補償，顯示溫度過高；相反，使用N分度號度號補償導線的補償導線K分度號的熱電偶會造成欠賠償，顯示溫度低。

熱電偶和熱電偶補償導線正負極，極性不能反接。

經理論證明，使用熱電偶補償導線時，極性反向導致的誤差約為無補償導線時的兩倍。

某化工廠更換現場熱電偶后，溫度測量值與實際溫度偏差較大，有時高有時低。經仔細檢查，發現熱電偶與補償導線極性正負相反，補償導線接線調整后故障消除。

   熱電偶和熱電偶補償導線可分為正負極。當補償導線極性反接時，儀表顯示值變化很大：

(1)補償線極性反接后，當熱電偶與補償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)補償線極性反接后，當熱電偶與補償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)補償線極性反接后，當熱電偶與補償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。

如何避免反轉？有時可以根據補償導線的材料、絕緣層和護套顏色來判斷，但由于國內新舊標準，IEC標準的規定不同，往往很難準確判斷補償導線的分度號和極性。

較可靠、較常用的方法是方法，即將補償導線的兩端剝離絕緣層，將兩根導線絞合在一起，制成熱電偶的熱端，放入沸水中。兩根導線的另一端與直流電位差計連接（不應與動圈直讀相連）mV表連接，由于測量時電流讀數較低），將測量的熱電位與表1進行比較，較接近的是補償線的分度號，補償線的極性可根據電位差計的正負極確定。

由于熱電偶的參考端溫度不一定是0℃，例如是20℃，測熱電勢低于參考端0℃熱電勢值。以某一不明度號的補償導線為例，如參考端溫度約為20℃，測量值如在3.928±0.150mV在范圍內，可以判斷補償線的分度號是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普通級補償導線分度號允差。

補償導線儀表盤接線點位置不當，容易造成誤差

眾所周知，補償導線只延長熱電偶的參考端，起到移動參考端位置的作用。延伸后的參考端溫度應恒定或配備有參考端溫度自動補償的裝置，否則新參考端溫度變化仍可能導致測量誤差。

例如，在儀表板內接線時，由于常用的盤式顯示器和記錄儀本身因通電而發熱，接線端子的溫度高于儀表板接線端子的溫度。當熱電偶的補償導線引入儀表板時，如果將其連接到儀表板的接線端子，而儀表板的接線端子與儀表接線端子之間的銅線連接，則上述溫差會導致測量誤差。因此，較好將補償導線穿過儀表板的接線端子與儀表的接線端子直接連接。

補償導線電阻選擇不當，容易造成誤差

對于早期配熱電偶的動圈儀表，有5個Ω、15Ω當熱電偶安裝地點離動圈表較遠時，或使用分度號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。

比如選擇外接15Ω線路電阻E分度號動圈儀表時，補償導線截面為1.0mm2、2.5mm2.相應單位長度線路電阻分別為1.25Ω/m和0.5Ω/m，補償導線的較大允許長度僅為12m和30m。如果不注意設計，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合，容易造成誤差

偶爾也叫鉑銠-鉑的熱電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熱電偶的熱電位分別為18.849mV和16.777mV），而在低溫段100℃兩者基本一致（R、S分度號的熱電勢分別為0. 7mV和0. 6mV），200℃時稍有差別（R、S分度號的熱電勢分別為1.467mV和1.441mV），因此，目前國內市場R、S補償導線的分度號是通用的。

如果通常在市場上購買S用于分度號補償導線的補償導線R分度號熱電偶，100℃以下無誤差，即使耐熱補償導線的極限溫度為200℃，當熱電偶的熱端溫度分別為600℃、1000℃、1300℃當時，誤差只有2.5℃、2.2℃、2.0℃。

補償型不同于延伸型補償線，不能互用

K 分度號補償導線有補償型KC補償導線和延伸型KX補償導線，以下性能對照表可供實際選擇參考。

雙鉑銠熱電偶不需要使用補償導線

在常用的熱電偶中，分度號B雙鉑銠(鉑銠30-鉑銠6)熱電偶是個例外。它沒有特殊的補償導線，或者換句話說，在實際應用中，一般不需要使用補償導線。

雙鉑銠熱電偶常用于13000~1600℃溫度段的溫度測量（≤1300℃鉑銠-鉑熱電偶通常用于低溫段，如1000℃熱電勢只有0.033mV，200℃熱電勢為0.178mV，與整個測溫范圍(0~1800℃）每100℃平均熱電位為0.700mV相比之下，差別很大，所以即使不補償，誤差也很小。

例如，當熱端溫度為13000時℃和1600℃時，如參比端溫度t1=100℃時，誤差是±3.0℃，如t1=120℃時，誤差是±5.0℃，使用普通補償導線±5℃但值得注意的是，如t1=200℃可能會造成時間±16.3℃因此，對于雙鉑銠熱電偶，雖然通常不使用補償導線，但限制是參考端的溫度t1≤120℃，否則將造成較大的誤差。

鎳鈷-鎳鋁熱電偶200℃以下熱電勢幾乎為零，不需要補償導線，而鎳鐵-鎳銅熱電偶為50℃以下熱電勢很小，在這個溫度范圍內不需要補償導線。

銅線不能替代補償線，容易產生誤差

用銅線代替補償線會有什么影響？看下面的例子:一個K如果測量點的溫度為5000，則熱電偶與銅線連接。℃，現場參考溫度為40℃，顯示表中的溫度為30℃(表中示儀器的顯示溫度是多少？

根據熱電偶均質導體定律，同一金屬兩端不會產生溫差熱電位，因此EAB（Tn，T0）=此時，顯示儀器獲得的總熱電位計算如下：

EK=EK（500，40） EK（30，0）

=EK（500，0）-EK（40，0） EK（30，0）

=20. 4-1.612 1.203

=20.234 mV

此時儀表顯示的溫度為490.4℃，即儀表顯示溫度低于實際溫度9.6℃。顯然，用銅線代替補償線會產生很大的測量誤差，不能用銅線代替補償線。