熱電偶補償導線原理

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線的原理、熱電偶補償導線的作用和熱電偶補償導線的使用方法等。

熱電偶補償導線與一般導線的區(qū)別

熱電偶補償導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，測溫熱電偶和相應補償導線、體現(xiàn)控制儀表、PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)構成熱電偶測溫系統(tǒng)，熱電偶回路中使用補償導線后熱電偶電勢值僅與測量端溫度和補償導線與儀表連接處溫度有關系，熱電偶補償導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)場錯誤使用補償導線案例，希望大家在看完后有所收獲。

先了解熱電偶補償導線的原理、功能、作用方法和過細事項，就能充分發(fā)揮熱電偶補償導線的作用，否則就會適得其反，正確使用熱電偶補償導線，干系從業(yè)人員需要了解熱電偶工作原理和補償導線工作原理，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。

熱電偶補償導線的作用

如果熱電偶不使用補償導線，而使用了普通導線代替的話，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分度號的補償導線，而使用了普通導線，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，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型號的補償導線，禁止使用普通電纜替代補償導線。

2、不同分度號熱電偶和補償導線混用，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線，但他們并未選擇正確的適合的補償導線，而用庫存內(nèi)K型熱電偶補償導線將鉑銠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)紹興中儀公司技術分析將補償導線替代為SC后測溫恢復正常。

按照國家質(zhì)量技術監(jiān)督局規(guī)定，熱電偶補償導線的熱電勢及允許誤差應符合JJG 351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程及有關標準的規(guī)定，不同分度號對應的熱電偶補償導線在同一環(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：各種熱電偶補償導線必須與對應分度號的熱電偶配用。

熱電偶與補償導線類型不匹配

3、熱電偶補償導線絕緣層破損

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：尋找熱電偶補償導線絕緣層破損點，重新進行絕緣處理，恢復體現(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)熱電偶與補償導線極性正負極性接反，按照極性調(diào)整補償導線接線后故障消除。

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備安裝人員將熱電偶正負極接反，再加上設備使用人員對此知識的貧乏，在工作中因爐溫不正確導致爐內(nèi)產(chǎn)品報廢，直接經(jīng)濟損失達一百多萬元，教訓不可謂不深刻。

熱電偶補償導線接線方式

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

A、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，儀表體現(xiàn)溫度低于實際測量溫度。

B、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，儀表體現(xiàn)溫度高于實際測量溫度。

C、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。

不同型號熱電偶補償導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)分補償導線型號。

正確方法：正確區(qū)分熱電偶及熱電偶補償導線正負極，極性不能反接。

5、熱電偶補償導線與接線端子接觸不良

熱電偶補償導線比較硬，導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，回復儀表正常測量體現(xiàn)。

6、熱電偶與補償導線連接點溫度超過規(guī)定的使用范圍

普通熱電偶補償導線使用溫度在0-100℃；耐高溫補償導線使用溫度在0-200℃。比如R型熱電偶補償導線Rc和S型熱電偶補償導線Sc均為補償型補償導線，在各類補償導線中精確度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線使用環(huán)境溫度不超過100℃，高溫型熱電偶補償導線使用可達200℃。

7、熱電偶補償導線中間有接頭，接頭處接觸不良

在熱電偶補償導線生產(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)商會做相應處理。在長距離敷設補償導線中長度不夠需要接線，常見施工人員將補償導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：如需要延長補償導線長度，應將同型號補償導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、補償導線與動力電纜平行敷設，信號被干擾

某企業(yè)在施工過程中將熱電偶補償導線與電氣動力平行敷設在同一電纜橋架中，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線與動力電纜同向敷設，將電力橋架與儀表信號橋架分別敷設，并采用屏蔽型補償導線。如避免不了補償導線與動力電纜在同一橋架，橋架內(nèi)部應設置屏蔽隔板或交叉敷設，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、需要長距離敷設補償導線，補償導線線徑應不低于Φ1.5mm2，減少mV信號衰減。

B、選用屏蔽型補償導線，并將屏蔽層按規(guī)范接地（必須讓屏蔽層在補償導線一端接地，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)，這是兩種不同結構的溫度變送器：

A、溫度變送器安裝在熱電偶接線盒內(nèi)構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線。

圖四：一體化溫度變送器不使用補償導線

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線。

正確方法：熱電偶溫度變送是否使用補償導線必須按實際應用來確定。

連接熱電偶和導軌式溫度變送器必須使用補償導線

使用中過細事項

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，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。

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，反而會增強信號干擾。