熱電偶補償導(dǎo)線原理

前些天一個客戶打電話來咨詢，反饋熱電偶測溫不準，經(jīng)過紹興中儀工程師的分析，發(fā)現(xiàn)客戶工廠里測溫用的K型熱電偶，但連接熱電偶與ZYW330RG四十路無紙記錄儀中間的導(dǎo)線使用的是普通2芯銅線，zui后客戶替代成K型熱電偶補償導(dǎo)線后，故障排除，測溫精確了。其實經(jīng)紹興中儀電子有限公司工程師在現(xiàn)場工地發(fā)現(xiàn)，很多客戶由于沒有正確使用熱電偶補償導(dǎo)線而出現(xiàn)很多標題，如測量的溫度不精確或體現(xiàn)跳動不穩(wěn)定等。

這里小編為您分析熱電偶補償導(dǎo)線的原理、熱電偶補償導(dǎo)線的作用和熱電偶補償導(dǎo)線的使用方法等。

熱電偶補償導(dǎo)線與一般導(dǎo)線的區(qū)別

熱電偶補償導(dǎo)線是用于熱電偶延長，即熱電偶信號傳遞使用，起到信號補償作用，使得溫度測量精確。一般導(dǎo)線只能就起到電壓電流傳輸作用。

熱電偶由于成本低，測溫范圍寬(特別是高溫測量，如K電偶可測量溫度達1000以上)，選擇性多樣而成為工業(yè)現(xiàn)場使用zui為廣泛的溫度傳感器，測溫熱電偶和相應(yīng)補償導(dǎo)線、體現(xiàn)控制儀表、PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)構(gòu)成熱電偶測溫系統(tǒng)，熱電偶回路中使用補償導(dǎo)線后熱電偶電勢值僅與測量端溫度和補償導(dǎo)線與儀表連接處溫度有關(guān)系，熱電偶補償導(dǎo)線的作用是延長熱電極（即移動熱電偶參考端）又節(jié)省高成本熱電偶材料。

簡單的熱電偶測溫系統(tǒng)示意圖

熱電偶補償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)與所匹配分度號的熱電偶有相通熱電勢標稱值的導(dǎo)線。以下簡要列出幾類常見的工業(yè)現(xiàn)場錯誤使用補償導(dǎo)線案例，希望大家在看完后有所收獲。

先了解熱電偶補償導(dǎo)線的原理、功能、作用方法和過細事項，就能充分發(fā)揮熱電偶補償導(dǎo)線的作用，否則就會適得其反，正確使用熱電偶補償導(dǎo)線，干系從業(yè)人員需要了解熱電偶工作原理和補償導(dǎo)線工作原理，更要有強烈責任感和認真踏實的工作態(tài)度，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，但如果在使用中不過細正確的使用方法，就會給測溫和溫控造成很大的偏離，嚴重時會直接造成經(jīng)濟損失，所以應(yīng)該引起重視，這樣才能避免上面所述錯誤發(fā)生，從而保證熱電偶的測溫精度，以上介紹了熱電偶補償導(dǎo)線的錯誤使用，下面介紹一下使用過程中的過細事項。

熱電偶補償導(dǎo)線的作用

如果熱電偶不使用補償導(dǎo)線，而使用了普通導(dǎo)線代替的話，會發(fā)生意想不到的情況。

1、使用普通二芯線作為熱電偶信號延長線，未使用補償導(dǎo)線

例如：浙江袍江某熱處理工廠在使用熱電偶測溫時，將熱電偶信號直接由兩芯銅線連接到控制室體現(xiàn)儀表，使用中頻繁出現(xiàn)熱處理工件不合格品，后經(jīng)由紹興中儀技術(shù)員到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)工件次品原因為淬火溫度偏差所致，淬火溫度測量不精確是因為熱電偶測溫系統(tǒng)中未按要求使用熱電偶相應(yīng)分度號的補償導(dǎo)線，而使用了普通導(dǎo)線，故測溫不準。

根據(jù)熱電偶測溫原理可知，熱電偶回路的熱電勢與測量溫度和熱電偶參考端溫度有關(guān)，安裝在使用現(xiàn)場的熱電偶參考端溫度（指熱電偶接線盒處溫度）隨環(huán)境溫度變化而變化，不能恒定。在熱電偶參考端溫度波動情況下，使用補償導(dǎo)線將參考端延長到溫度較穩(wěn)定的環(huán)境或遠離熱源的環(huán)境來補償熱電偶參考端溫度變化所產(chǎn)生的誤差。普通電線能傳送熱電偶測溫時產(chǎn)生的mV信號值，但不能補償將熱電偶參考端溫度延長到儀表控制室，從而導(dǎo)致熱電偶測溫系統(tǒng)出現(xiàn)溫度補償不精確。正確方法：熱電偶信號傳送必須使用熱電偶相應(yīng)型號的補償導(dǎo)線，禁止使用普通電纜替代補償導(dǎo)線。

2、不同分度號熱電偶和補償導(dǎo)線混用，引入測量誤差

某單位使用S型熱電偶測量爐膛溫度，現(xiàn)場工作人員雖然知道熱電偶必須使用補償導(dǎo)線，但他們并未選擇正確的適合的補償導(dǎo)線，而用庫存內(nèi)K型熱電偶補償導(dǎo)線將鉑銠10-鉑熱電偶信號連接到體現(xiàn)儀表，使用中發(fā)現(xiàn)實際爐溫與測量值偏差很大，打電話到紹興中儀，后經(jīng)紹興中儀公司技術(shù)分析將補償導(dǎo)線替代為SC后測溫恢復(fù)正常。

按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局規(guī)定，熱電偶補償導(dǎo)線的熱電勢及允許誤差應(yīng)符合JJG 351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程及有關(guān)標準的規(guī)定，不同分度號對應(yīng)的熱電偶補償導(dǎo)線在同一環(huán)境溫度下的所產(chǎn)生的熱電勢不同，將不同分度號熱電偶與熱電偶補償導(dǎo)線混用，必然給熱電偶測量系統(tǒng)引入熱電偶參考端溫度補償誤差。正確方法：各種熱電偶補償導(dǎo)線必須與對應(yīng)分度號的熱電偶配用。

熱電偶與補償導(dǎo)線類型不匹配

3、熱電偶補償導(dǎo)線絕緣層破損

在熱電偶接線和安裝使用過程中，偶爾會出現(xiàn)熱電偶接線盒出線口處和補償導(dǎo)線其他部位絕緣層磨損，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為體現(xiàn)儀表或DCS系統(tǒng)溫度體現(xiàn)值一般偏小。

正確方法：尋找熱電偶補償導(dǎo)線絕緣層破損點，重新進行絕緣處理，恢復(fù)體現(xiàn)控制儀表或無紙記錄儀正常體現(xiàn)值。

4、熱電偶補償導(dǎo)線正負極性接反，引入測量誤差

某化工廠在替代現(xiàn)場熱電偶后出現(xiàn)溫度測量值與實際溫度有較大偏差，無意高無意低。仔細檢查后發(fā)現(xiàn)熱電偶與補償導(dǎo)線極性正負極性接反，按照極性調(diào)整補償導(dǎo)線接線后故障消除。

還有某鋼管生產(chǎn)企業(yè)新引進的一套球化爐裝置，裝置的二十多個測溫點由于設(shè)備安裝人員將熱電偶正負極接反，再加上設(shè)備使用人員對此知識的貧乏，在工作中因爐溫不正確導(dǎo)致爐內(nèi)產(chǎn)品報廢，直接經(jīng)濟損失達一百多萬元，教訓(xùn)不可謂不深刻。

熱電偶補償導(dǎo)線接線方式

熱電偶和熱電偶補償導(dǎo)線都有正負極之分，補償導(dǎo)線反接時無紙溫度記錄儀表體現(xiàn)值變化很大：

A、補償導(dǎo)線極性反接后，當熱電偶與補償導(dǎo)線連接處溫度高于控制室溫度時，儀表體現(xiàn)溫度低于實際測量溫度。

B、補償導(dǎo)線極性反接后，當熱電偶與補償導(dǎo)線連接處溫度低于控制室溫度時，儀表體現(xiàn)溫度高于實際測量溫度。

C、補償導(dǎo)線極性反接后，當熱電偶與補償導(dǎo)線連接處溫度與控制室溫度相通時，儀表體現(xiàn)溫度與實際溫度相通。

經(jīng)理論證明，熱電偶補償導(dǎo)線使用時將極性接反導(dǎo)致的誤差約為不用補償導(dǎo)線時的2倍。

不同型號熱電偶補償導(dǎo)線正極絕緣層顏色均為紅色層，負極顏色不同，可根據(jù)絕緣層顏色區(qū)分補償導(dǎo)線型號。

正確方法：正確區(qū)分熱電偶及熱電偶補償導(dǎo)線正負極，極性不能反接。

5、熱電偶補償導(dǎo)線與接線端子接觸不良

熱電偶補償導(dǎo)線比較硬，導(dǎo)線與接線端子間在接線或使用過程中容易出現(xiàn)接觸不良，此類故障現(xiàn)象反映為儀表或DCS系統(tǒng)無體現(xiàn)值或體現(xiàn)值超量程。

處理方法：緊固接線端子，消除接觸不良故障，回復(fù)儀表正常測量體現(xiàn)。

6、熱電偶與補償導(dǎo)線連接點溫度超過規(guī)定的使用范圍

普通熱電偶補償導(dǎo)線使用溫度在0-100℃；耐高溫補償導(dǎo)線使用溫度在0-200℃。比如R型熱電偶補償導(dǎo)線Rc和S型熱電偶補償導(dǎo)線Sc均為補償型補償導(dǎo)線，在各類補償導(dǎo)線中精確度zui低，在0-60℃環(huán)境中使用誤差較小，在0-150℃環(huán)境中使用有較大負誤差。

正確方法：一般補償型熱電偶補償導(dǎo)線使用環(huán)境溫度不超過100℃，高溫型熱電偶補償導(dǎo)線使用可達200℃。

7、熱電偶補償導(dǎo)線中間有接頭，接頭處接觸不良

在熱電偶補償導(dǎo)線生產(chǎn)過程中單位長度內(nèi)接頭數(shù)量對于生產(chǎn)商而言有干系質(zhì)國家量標準約束，生產(chǎn)商會做相應(yīng)處理。在長距離敷設(shè)補償導(dǎo)線中長度不夠需要接線，常見施工人員將補償導(dǎo)線接頭處擰在一起做絕緣處理后就投入使用，使用一段時間后出現(xiàn)測量不準，誤差增加。

正確方法：如需要延長補償導(dǎo)線長度，應(yīng)將同型號補償導(dǎo)線相通極性線相連接，連接牢固可靠并進行焊接，做絕緣處理后投入使用。

8、補償導(dǎo)線與動力電纜平行敷設(shè)，信號被干擾

某企業(yè)在施工過程中將熱電偶補償導(dǎo)線與電氣動力平行敷設(shè)在同一電纜橋架中，系統(tǒng)投入使用后出現(xiàn)DCS系統(tǒng)體現(xiàn)熱電偶溫度忽高忽低，經(jīng)反復(fù)檢查確認為熱電偶測量信號被動力線路干擾，由此引起溫度測量誤差zui高達一百多度。

正確方法：施工過程中熱電偶補償導(dǎo)線與動力電纜同向敷設(shè)，將電力橋架與儀表信號橋架分別敷設(shè)，并采用屏蔽型補償導(dǎo)線。如避免不了補償導(dǎo)線與動力電纜在同一橋架，橋架內(nèi)部應(yīng)設(shè)置屏蔽隔板或交叉敷設(shè)，zui大程度降低熱電偶信號被干擾機率。

9、長距離使用熱電偶補償導(dǎo)線，因信號衰減和干擾引入測量誤差

熱電偶測溫時產(chǎn)生的電勢值為mV信號，因補償導(dǎo)線用長度增加出現(xiàn)信號衰減和現(xiàn)場磁電干擾耦合，使儀表或DCS系統(tǒng)溫度體現(xiàn)值波動。

處理方法：

A、需要長距離敷設(shè)補償導(dǎo)線，補償導(dǎo)線線徑應(yīng)不低于Φ1.5mm2，減少mV信號衰減。

B、選用屏蔽型補償導(dǎo)線，并將屏蔽層按規(guī)范接地（必須讓屏蔽層在補償導(dǎo)線一端接地，接地并入儀表信號接地網(wǎng)，禁止將接地并入工廠電氣接地網(wǎng)），避免因屏蔽層接地不正確而引入測量誤差。

C、使用溫度變送器，將就地熱電偶信號轉(zhuǎn)換為4-20mA信號傳輸，提高信號抗干擾能力。

10、熱電偶選配熱電偶溫度變送器后，無需補償導(dǎo)線

熱電偶溫度變送器通常安裝在熱電偶接線盒內(nèi)和控制柜內(nèi)，這是兩種不同結(jié)構(gòu)的溫度變送器：

A、溫度變送器安裝在熱電偶接線盒內(nèi)構(gòu)成一體化熱電偶溫度變送器，熱電偶偶絲直接接到溫度變送器輸入端上，輸出為兩線制4-20mA信號，變送器與體現(xiàn)儀表或DCS系統(tǒng)直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導(dǎo)線。

圖四：一體化溫度變送器不使用補償導(dǎo)線

B、如果溫度變送器安裝在控制柜內(nèi)，熱電偶與溫度變送器之間連接必須使用補償導(dǎo)線，變送器與體現(xiàn)儀表或DCS系統(tǒng)直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導(dǎo)線。

正確方法：熱電偶溫度變送是否使用補償導(dǎo)線必須按實際應(yīng)用來確定。

連接熱電偶和導(dǎo)軌式溫度變送器必須使用補償導(dǎo)線

使用中過細事項

補償導(dǎo)線的選擇

補償導(dǎo)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(yīng)該選擇K型偶的補償導(dǎo)線，根據(jù)使用場合，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℃。

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個接點溫度劃一。與儀表接線端連接處盡可能溫度劃一，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。

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，足可使熱電偶的信號失真，造成測量和控制溫度不精確，在控制中嚴重時會產(chǎn)生溫度波動。

根據(jù)我們的經(jīng)驗，通常使用熱電偶補償導(dǎo)線的長度控制在15米內(nèi)比較好，如果超過15米，建議使用紹興中儀的SBWR熱電偶溫度變送器進行傳送信號。溫度變送器是將溫度對應(yīng)的電勢值轉(zhuǎn)換成直流電流DC4-20mA傳送，抗干擾能力較強。

布線方式

補償導(dǎo)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，不要平行鋪設(shè)。

屏蔽補償導(dǎo)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(dǎo)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，反而會增強信號干擾。