補償導(dǎo)線工作原理及其應(yīng)用
一、概述
由熱電偶的測溫原理可知，熱電偶產(chǎn)生的熱電勢與熱端（又稱測量端）、參比端（又稱冷端）的熱電勢有關(guān)，只有參比端溫度t1 為零或恒定不變，熱電勢才是熱端溫度的單值函數(shù)（見圖1）。如果不補償?shù)脑挘瑒t熱電偶的參比端溫度與儀表接線端溫度t2間的溫差t1-t2越大，測量誤差也越大。由于大多數(shù)熱電偶的熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性，所以造成的測量誤差大致等于上述溫差。以K 分度號的鎳鉻-鎳硅熱電偶為例，當(dāng)t1=50℃，t2=20℃時，如熱端溫度為1000℃，則顯示溫度僅969℃，誤差達(dá)31℃。
實際應(yīng)用時，由于熱電偶參比端的接線盒通常暴露在大氣中，溫度變化較大，如不采取措施，接線盒內(nèi)溫度既不可能為零，也不可能保持某個溫度恒定不變，由此引起測量誤差。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)境溫度補償，可對這些裝置與熱電偶的接線點（即儀表接線端）溫度t2進(jìn)行補償。由此可見，關(guān)鍵是如何對熱電偶的參比端溫度t1 進(jìn)行補償。目前有多種參比端補償方法，如恒溫法、補償電橋法、補償熱電偶法、補償導(dǎo)線法等，但zui常用的就是補償導(dǎo)線法。
本文首先敘述補償導(dǎo)線的原理和分類，然后介紹補償導(dǎo)線應(yīng)用中通常需要了解的幾個問題。
二、補償導(dǎo)線的工作原理及分類
1、補償導(dǎo)線的工作原理
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)線稱為熱電偶的補償導(dǎo)線。
按熱電偶中間溫度定則，熱電偶測溫回路的總電勢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償導(dǎo)線來代替需要延伸的貴重?zé)犭娕疾牧?，將參比端由熱電偶接線盒延伸到儀表接線端，由補償導(dǎo)線對原參比端溫度進(jìn)行補償。
補償導(dǎo)線除了可減少測量誤差外，還有以下優(yōu)點：可改善熱電偶測溫線路的物理性能和機(jī)械性能，如采用多股線芯或小直徑補償導(dǎo)線可提高線路的柔韌性，使連接方便，也易于屏蔽外界干擾；可降低測量線路成本。
2、補償導(dǎo)線的分類
從原理上分延長型和補償型，延長型其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶相同，因而熱電勢也相同，在型號中以"X"表示，補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)，熱電勢與所配用熱電偶的熱電勢標(biāo)稱值相近，在型號中以"C"表示。
從補償精度分普通級和精密級，精密級補償后的誤差大體上只有普通級的一半，通常用在測量精度要求較高的地方。如S、R分度號的補償導(dǎo)線，精密級的允差為±2.5℃,普通級的允差為±5.0℃;K 、N分度號的補償導(dǎo)線，精密級的允差為±1.5℃,普通級的允差為±2.5℃。在型號中普通級的不標(biāo)，精密級的加"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，可以線芯多少分為單股和多芯（軟線）補償導(dǎo)線，以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補償導(dǎo)線，還有專用于防爆場合的本質(zhì)安全電路用的補償導(dǎo)線。
三、應(yīng)用中的幾個問題
1、補償導(dǎo)線與熱電偶的匹配
各種分度號的補償導(dǎo)線只能與相同分度號的熱電偶配用，否則可能欠補償或過補償，常用熱電偶在100℃和200℃時需補償?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分度號的補償導(dǎo)線配用N分度號的熱電偶，將造成過補償，顯示溫度偏高；反之，用N分度號的補償導(dǎo)線配用K分度號的熱電偶，將造成欠補償，顯示溫度偏低。
熱電偶用補償導(dǎo)線和補償電纜（GB/T4990-1995標(biāo)準(zhǔn)）表一
產(chǎn)品代號，合金絲種類，合金絲代號、品種及規(guī)格
| 熱電偶分度號 | 補償導(dǎo)線型號 | 補償導(dǎo)線合金絲名稱 | 正級 | 負(fù)級 | ||
名稱 | 代號 | 名稱 | 代號 | |||
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)級配對時的熱電動勢及允差范圍
| 熱電偶分度號 | 補償導(dǎo)線型號 | 測量溫度（℃） | 熱電動勢標(biāo)準(zhǔn)值（uv） | 精密級 | 普通級 | ||
允差（uv） | 熱電動勢范圍（uv） | 允差（uv） | 勢電動勢范圍（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、 正極對銅和銅對負(fù)極的熱電動勢及允差范圍，當(dāng)參考端溫度為0度正極對銅和銅對負(fù)極在各主要溫度點產(chǎn)生的熱電動勢允差符合下表：
| 合金絲 | 溫度 | 電動勢標(biāo)準(zhǔn)值（uv） | 精密級 | 普通級 | ||
允差 | 熱電勢范圍（uv） | 允差 | 熱電勢范圍（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，和EPX鎳鉻90組成EX補償導(dǎo)線,鎳鉻90為正極，銅鎳44為負(fù)極。
