熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線是連接溫度儀表和熱電偶的連接導(dǎo)線,各種分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相同分度號的熱電偶配用,否則可能欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償,常用熱電偶在100℃和200℃時需補(bǔ)償?shù)臒犭妱葜狄姳?:
表1 常用熱電偶在100℃和200℃時的熱電勢值
熱電偶名稱 熱電偶分度號 參考端為 0℃時的熱電勢 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(dāng)我們用K分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線配用N分度號的熱電偶,將造成過補(bǔ)償,顯示溫度偏高;反之,用N分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線配用K分度號的熱電偶,將造成欠補(bǔ)償,顯示溫度偏低。
2、補(bǔ)償導(dǎo)線分度號和極性的判斷
有時可根據(jù)資料所列補(bǔ)償導(dǎo)線的材料、絕緣層及護(hù)套顏色判斷,但由于國內(nèi)新舊標(biāo)準(zhǔn)、IEC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有差異,用這個方法對補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號和極性常常難以準(zhǔn)確判斷。
zui可靠zui常用的方法是測試法,就是將補(bǔ)償導(dǎo)線的兩端剝?nèi)ソ^緣層,把兩根導(dǎo)線絞合在一起制成熱電偶的熱端,放到沸騰的水中,兩根導(dǎo)線的另一端與直流電位差計相連(不應(yīng)該與動圈式直讀mV 表相連,因測量時取電流其讀數(shù)偏低),將測得的熱電勢與表1比較,與之zui接近的即為補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號,根據(jù)電位差計的正負(fù)極可確定補(bǔ)償導(dǎo)線的極性。由于測試時由補(bǔ)償導(dǎo)線構(gòu)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(bǔ)償導(dǎo)線為例,如參比端溫度約20℃,測量值如在3.928±0.150mV范圍內(nèi),則可判斷這種補(bǔ)償導(dǎo)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(bǔ)償導(dǎo)線的允差。
3、補(bǔ)償導(dǎo)線儀表盤接線點的位置
我們知道,補(bǔ)償導(dǎo)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(yīng)當(dāng)恒定或配用本身具有參比端溫度自動補(bǔ)償?shù)难b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(nèi)接線時,由于常用盤裝顯示器、記錄儀本身因通電而發(fā)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(dāng)熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線引進(jìn)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。所以將補(bǔ)償導(dǎo)線跨過儀表盤的接線端子直接與儀表的接線端子相連。
4、補(bǔ)償導(dǎo)線的線路電阻
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(dāng)熱電偶安裝地點離動圈表較遠(yuǎn)時,或采用分度號K、N、E、J、T等包含有銅鎳材料的補(bǔ)償導(dǎo)線時,其線路電阻較大,選用時要注意選較大截面的補(bǔ)償導(dǎo)線。比如選用外接15 Ω線路電阻 E分度號的動圈式儀表時,其配用的補(bǔ)償導(dǎo)線截面為1.0 mm2、2.5 mm2 ,而對應(yīng)的單位長度線路電阻分別為 1.25Ω/m和 0.5Ω/m, 則補(bǔ)償導(dǎo)線的zui大允許長度僅為 12 m和 30 m。設(shè)計時如不留心,這個長度很容易超過,造成測量誤差。
5、R、S分度號熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線
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(nèi)應(yīng)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16.777 mV),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 0.647 mV和0.646 mV),200 ℃時稍有差別(R、S 分度號的熱電勢分別為 1.467 mV和1.441mV),所以目前國內(nèi)市場上R、S分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線是通用的。如將市場上通常采購得到的S分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線用于R分度號的熱電偶,在100℃以下*,即使到了耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線的極限溫度200℃,當(dāng)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℃。
這一點可作為1節(jié)的一個特例。
在常用熱電偶當(dāng)中,R、S 分度號補(bǔ)償導(dǎo)線的精度是zui低的,但從溫度使用范圍來看,0~60℃范圍內(nèi)誤差很小,100~150℃誤差就比較大了。當(dāng)測量誤差要求高時,必須將參比端的溫度保持在100 ℃以下。
6、補(bǔ)償型與延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的比較
K 分度號的補(bǔ)償導(dǎo)線有補(bǔ)償型KC補(bǔ)償導(dǎo)線與延伸型KX補(bǔ)償導(dǎo)線,以下性能對照表2可以供實際選用時參考。
表2 K分度號補(bǔ)償型與延伸型補(bǔ)償導(dǎo)線的性能比較
性 能 補(bǔ) 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(nèi),與配用熱電偶相近 與配用熱電偶相同
誤差曲線 非線性,隨溫度而變 線性
使用溫度范圍 受限制(如一般用補(bǔ)償導(dǎo)線為100℃) 不受限制(僅取決于絕緣材料)
線路電阻 低(約0.8Ω/m,mm2) 高(1.5Ω/m,mm2)
補(bǔ)償接點干擾 因兩種不同材料構(gòu)成補(bǔ)償接點,可能產(chǎn)生干擾 無
補(bǔ)償精度 低 高
價格 低 高(約高1~2倍)
7、雙鉑銠熱電偶不用補(bǔ)償導(dǎo)線
前面講了這么多,都是說要用補(bǔ)償導(dǎo)線去補(bǔ)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)熱電偶是一個例外,它沒有的補(bǔ)償導(dǎo)線,或者換一句話說,在實際應(yīng)用中,它一般沒有必要使用補(bǔ)償導(dǎo)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(nèi)(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(bǔ)償,造成的誤差也很小。例如當(dāng)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(dá)到使用普通級補(bǔ)償導(dǎo)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(bǔ)償導(dǎo)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(bǔ)償導(dǎo)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(nèi)也不用補(bǔ)償導(dǎo)線。