補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)工作原理及其應(yīng)用
一、概述
由熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱端（又稱(chēng)測(cè)量端）、參比端（又稱(chēng)冷端）的熱電勢(shì)有關(guān)，只有參比端溫度t1 為零或恒定不變，熱電勢(shì)才是熱端溫度的單值函數(shù)（見(jiàn)圖1）。如果不補(bǔ)償?shù)脑?huà)，則熱電偶的參比端溫度與儀表接線(xiàn)端溫度t2間的溫差t1-t2越大，測(cè)量誤差也越大。由于大多數(shù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線(xiàn)性，所以造成的測(cè)量誤差大致等于上述溫差。以K 分度號(hào)的鎳鉻-鎳硅熱電偶為例，當(dāng)t1=50℃，t2=20℃時(shí)，如熱端溫度為1000℃，則顯示溫度僅969℃，誤差達(dá)31℃。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于熱電偶參比端的接線(xiàn)盒通常暴露在大氣中，溫度變化較大，如不采取措施，接線(xiàn)盒內(nèi)溫度既不可能為零，也不可能保持某個(gè)溫度恒定不變，由此引起測(cè)量誤差。由于與熱電偶相連的二次儀表（如顯示器、記錄儀）、I/O插卡等均帶環(huán)境溫度補(bǔ)償，可對(duì)這些裝置與熱電偶的接線(xiàn)點(diǎn)（即儀表接線(xiàn)端）溫度t2進(jìn)行補(bǔ)償。由此可見(jiàn)，關(guān)鍵是如何對(duì)熱電偶的參比端溫度t1 進(jìn)行補(bǔ)償。目前有多種參比端補(bǔ)償方法，如恒溫法、補(bǔ)償電橋法、補(bǔ)償熱電偶法、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法等，但zui常用的就是補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)法。
本文首先敘述補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的原理和分類(lèi)，然后介紹補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)用中通常需要了解的幾個(gè)問(wèn)題。
二、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的工作原理及分類(lèi)
1、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的工作原理
在一定溫度范圍內(nèi)，熱電性能與熱電偶熱電性能很相近的導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。
按熱電偶中間溫度定則，熱電偶測(cè)溫回路的總電勢(shì)值只與熱端和參比端的溫度有關(guān)，而不受中間溫度變化的影響，所以可用與熱電偶材料相匹配的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)來(lái)代替需要延伸的貴重?zé)犭娕疾牧?，將參比端由熱電偶接線(xiàn)盒延伸到儀表接線(xiàn)端，由補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)對(duì)原參比端溫度進(jìn)行補(bǔ)償。
補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)除了可減少測(cè)量誤差外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：可改善熱電偶測(cè)溫線(xiàn)路的物理性能和機(jī)械性能，如采用多股線(xiàn)芯或小直徑補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)可提高線(xiàn)路的柔韌性，使連接方便，也易于屏蔽外界干擾；可降低測(cè)量線(xiàn)路成本。
2、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的分類(lèi)
從原理上分延長(zhǎng)型和補(bǔ)償型，延長(zhǎng)型其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶相同，因而熱電勢(shì)也相同，在型號(hào)中以"X"表示，補(bǔ)償型其合金絲名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同，但在其工作溫度范圍內(nèi)，熱電勢(shì)與所配用熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱(chēng)值相近，在型號(hào)中以"C"表示。
從補(bǔ)償精度分普通級(jí)和精密級(jí)，精密級(jí)補(bǔ)償后的誤差大體上只有普通級(jí)的一半，通常用在測(cè)量精度要求較高的地方。如S、R分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，精密級(jí)的允差為±2.5℃,普通級(jí)的允差為±5.0℃;K 、N分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，精密級(jí)的允差為±1.5℃,普通級(jí)的允差為±2.5℃。在型號(hào)中普通級(jí)的不標(biāo)，精密級(jí)的加"S"表示。
從工作溫度分一般用和耐熱用，一般用工作溫度為0 ~ 100℃（少數(shù)為0 ~ 70℃）;耐熱用工作溫度為0 ~ 200℃。
此外，可以線(xiàn)芯多少分為單股和多芯（軟線(xiàn)）補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，還有專(zhuān)用于防爆場(chǎng)合的本質(zhì)安全電路用的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。
三、應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題
1、補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶的匹配
各種分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)只能與相同分度號(hào)的熱電偶配用，否則可能欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償，常用熱電偶在100℃和200℃時(shí)需補(bǔ)償?shù)臒犭妱?shì)值見(jiàn)表1：
表1 常用熱電偶在100℃和200℃時(shí)的熱電勢(shì)值
| 熱電偶名稱(chēng) | 熱電偶分度號(hào) | 參考端為 0℃時(shí)的熱電勢(shì) 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(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)配用N分度號(hào)的熱電偶，將造成過(guò)補(bǔ)償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)配用K分度號(hào)的熱電偶，將造成欠補(bǔ)償，顯示溫度偏低。
熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)和補(bǔ)償電纜（GB/T4990-1995標(biāo)準(zhǔn)）表一
產(chǎn)品代號(hào)，合金絲種類(lèi)，合金絲代號(hào)、品種及規(guī)格
| 熱電偶分度號(hào) | 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)型號(hào) | 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)合金絲名稱(chēng) | 正級(jí) | 負(fù)級(jí) | ||
名稱(chēng) | 代號(hào) | 名稱(chēng) | 代號(hào) | |||
S | SC | 銅－銅鎳0.6 | 銅 | SPC | 銅鎳0.6 | SNC |
R | RC | 銅－銅鎳0.6 | 銅 | RPC | 銅鎳0.6 | RNC |
K | KCA | 鐵－銅鎳22 | 鐵 | KPCA | 銅鎳22 | KNCA |
K | KCB | 銅－銅鎳40 | 銅 | KPCB | 銅鎳40 | KNCB |
K | KX | 鎳鉻10－硅3 | 鎳鉻10 | KPX | 鎳硅3 | KNX |
N | NC | 鐵－銅鎳18 | 鐵 | NPC | 銅鎳18 | NNC |
N | NX | 鎳鉻14－鎳硅4 | 鎳鉻14 | NPX | 鎳硅4 | NNX |
E | EX | 鎳鉻10－銅鎳45 | 鎳鉻10 | EPX | 銅鎳45 | ENX |
J | JX | 鐵－銅鎳45 | 鐵 | JPX | 銅鎳45 | JNX |
T | TX | 銅－銅鎳45 | 銅 | TPX | 銅鎳45 | TNX |
WC3－WRC25 | WC3/25 | 鎢錸3－鎢錸25 | 鎢錸3 | WPC3/25 | 鎢錸25 | WNC3/25 |
1、 正、負(fù)級(jí)配對(duì)時(shí)的熱電動(dòng)勢(shì)及允差范圍
| 熱電偶分度號(hào) | 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)型號(hào) | 測(cè)量溫度（℃） | 熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)值（uv） | 精密級(jí) | 普通級(jí) | ||
允差（uv） | 熱電動(dòng)勢(shì)范圍（uv） | 允差（uv） | 勢(shì)電動(dòng)勢(shì)范圍（uv） | ||||
S或R | SC或RC | 100 | 645 | ±30 | 615－675 | ±60 | 585－705 |
K | KX或KCA、KCB | 100 | 4095 | ±60 | 4035－4155 | ±100 | 3995－4195 |
KX或 | 100 | 4095 | ±60 | 4035－4155 | ±100 | 3995－4195 | |
N | NX或NC | 100 | 2774 | ±60 | 2714-2834 | ±100 | 2674-2874 |
E | EX | 100 | 6317 | ±120 | 6197-6437 | ±200 | 6117－6517 |
J | JX | 100 | 5268 | ±85 | 5183-5353 | ±140 | 5128-5408 |
T | TX | 100 | 4277 | ±48 | 4229-4325 | ±90 | 4187-4367 |
WC3/25 | WC3/25 | 100 | 1145 | ±50 | 1095-1195 | ±80 | 1065-1225 |
2、 正極對(duì)銅和銅對(duì)負(fù)極的熱電動(dòng)勢(shì)及允差范圍，當(dāng)參考端溫度為0度正極對(duì)銅和銅對(duì)負(fù)極在各主要溫度點(diǎn)產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)允差符合下表：
| 合金絲 | 溫度 | 電動(dòng)勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)值（uv） | 精密級(jí) | 普通級(jí) | ||
允差 | 熱電勢(shì)范圍（uv） | 允差 | 熱電勢(shì)范圍（uv） | |||
KPX | 100 | 2082 | ±40 | 2042-2122 | ±65 | 2017-2147 |
EPX | 100 | 2040 | ±50 | 1990-2090 | ±80 | 1960-2120 |
NPX | 100 | 1012 | ±40 | 972-1052 | ±65 | 947-1077 |
SNC/RNC | 100 | 645 | ±30 | 615-675 | ±60 | 585-705 |
KNCB | 100 | 4095 | ±60 | 4035-4155 | ±100 | 3995-4195 |
ENX | 100 | 4277 | ±70 | 4207-4347 | ±120 | 4157-4397 |
JNX | 100 | 4277 | ±30 | 4247-4307 | ±120 , , | 4217-4337 |
TNX | 100 | 4277 | ±48 | 4229-4325 | ±90 | 4187-4367 |
KNX | 100 | 2013 | ±20 | 1993-2033 | ±35 | 1978-2048 |
導(dǎo)線(xiàn)，和EPX鎳鉻90組成EX補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn),鎳鉻90為正極，銅鎳44為負(fù)極。
