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      熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理及選型

      2018年01月08日 18:35:30人氣:1212來(lái)源:安徽中旺特電纜有限公司

      熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理及選型

      1, 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理

      1)   熱電偶的測(cè)溫原理

      我們知道,熱電偶的工作原理是兩種不同材質(zhì)的均勻?qū)w組成的閉合回路,在導(dǎo)體兩端存在溫差時(shí),導(dǎo)體兩端就會(huì)有電流通過,形成熱電動(dòng)勢(shì)。在回路中接入儀表,儀表就把此熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。如圖1:

       

      A,B 兩種導(dǎo)體,一端通過焊接形成結(jié)點(diǎn),為工作端,位于待測(cè)介質(zhì)。另一端接測(cè)溫儀表,為參考端。

           為更好地理解下面的內(nèi)容,我們將以上測(cè)溫回路中形成的熱電動(dòng)勢(shì)表示為EAB(T1,T0),

      理解為:A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶,工作端溫度為T1,參考端溫度為T0,形成的熱電動(dòng)勢(shì)為EAB(T1,T0)。

            需要特別強(qiáng)調(diào)的是:熱電偶測(cè)溫,歸根結(jié)底是測(cè)量熱電偶兩端的熱電動(dòng)勢(shì)。測(cè)量?jī)x表能夠讓我們看到溫度數(shù)值,是因?yàn)樗呀?jīng)將熱電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成了溫度。

       

      1)   熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理:

      實(shí)際應(yīng)用中,測(cè)量或控制儀表離熱電偶總有一定的距離。如圖2.

      此時(shí)需要在熱電偶(圖中A、B)后再接一段導(dǎo)線,才能將熱電偶的信號(hào)接到測(cè)溫

      表上。圖中C、D即為連接熱電偶和測(cè)溫儀表的導(dǎo)線。

       

      圖中,工作端溫度T1, ABC、D連接處溫度為T2, 測(cè)量?jī)x表端(參考端)溫度為T0.

      我們可以把總回路的總電動(dòng)勢(shì) E 分成兩段熱電動(dòng)勢(shì)的和,即AB為一段,熱電動(dòng)勢(shì)為EAB(T1,T2),C、D為另一段,熱電動(dòng)勢(shì)為ECD(T2,T0), 即:

                 E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)            (熱電偶中間導(dǎo)體定律)   (1)

          在上圖中,如果C、D的材質(zhì)和A、B*一樣,即C即為A,D即為B,相當(dāng)于熱電偶A、B 在T2(中間溫度)處產(chǎn)生了一個(gè)連接點(diǎn),此時(shí),回路總電勢(shì)為:

                 E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0)    (熱電偶中間溫度定律)   (2)

       

      從式(2)我們可以看出,只要是相同的熱電偶,中間產(chǎn)生了連接點(diǎn),則總電勢(shì)與連接點(diǎn)的溫度(中間溫度)無(wú)關(guān),而只與工作端和參考端的溫度有關(guān)。這正是我們希望得到的。我們?cè)跓犭娕疾季€中,不需要考慮中間有沒有連接點(diǎn),也不需要考慮連接點(diǎn)的溫度,而是和一根熱電偶連接到介質(zhì)和測(cè)量?jī)x表一樣。

       

            再來(lái)比較式(2)和式(1)。如果我們能找到某種材料C、D,它能滿足:

                        ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0)                                  (3)

      則式(1)成為:

            E= EAB(T1,T2)+ ECD(T2,T0)= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0)        (4)

       

            滿足式(3)的材料C、D我們稱為熱電偶A、B的補(bǔ)償導(dǎo)線

            式(4)還告訴我們,使用了補(bǔ)償導(dǎo)線,我們將T2延伸到了T0,但zui后我們的測(cè)量結(jié)果與T2無(wú)關(guān),這樣我們也可以理解為,因?yàn)槲覀兪褂昧藢?dǎo)線C、D,是它補(bǔ)償了T2處連接所產(chǎn)生的附加電勢(shì),而使得我們zui終測(cè)量不需要再考慮T2,這也是C、D為什么叫補(bǔ)償導(dǎo)線的原因,

       

      1, 為什么要使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線。

      大家會(huì)問,既然熱電偶能夠達(dá)到測(cè)溫目的,為什么還要使用補(bǔ)償導(dǎo)線呢?這要從溫度

      測(cè)量的實(shí)際使用來(lái)看。

      一般來(lái)說,為了便于測(cè)量?jī)x表的監(jiān)控與操作,測(cè)量?jī)x表都會(huì)放在溫度基本恒定并便于

      放置的操控臺(tái)上,離實(shí)際的測(cè)溫點(diǎn)都有一定的距離。在這個(gè)距離中,一般來(lái)說比較復(fù)雜,

      比如會(huì)經(jīng)過動(dòng)力源,有電磁干擾等等,并且可能經(jīng)常會(huì)受到外力的作用。而使用熱電偶線就可能造成測(cè)量的誤差,使用起來(lái)易于損壞,需經(jīng)常更換等等。并且,熱電偶絲的材料一般都比較貴重,如果長(zhǎng)距離使用,成本也非常高。這些,都是使用補(bǔ)償導(dǎo)線的原因。

       

      總結(jié)起來(lái),使用補(bǔ)償導(dǎo)線有以下優(yōu)點(diǎn)

      1)  改善熱電偶測(cè)溫線路的物理性能和機(jī)械性能,采用多股線芯或小直徑補(bǔ)償導(dǎo)線可提高線路的撓性,接線方便,也可調(diào)節(jié)線路電阻或屏蔽外界干擾;

      2)  降低測(cè)量線路成本,當(dāng)熱電偶與測(cè)量裝置距離很遠(yuǎn),使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)省大量的熱電偶材料,特別是使用貴金屬熱電偶時(shí)。

       

      2, 熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的分類

      熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線分為兩大類:

      1)  延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線

      延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線又稱延長(zhǎng)型導(dǎo)線,其合金絲的名義化學(xué)成分及熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值與配用的熱電偶相同,用字母“X”附在熱電偶分度號(hào)之后表示,例如“KX”表示K型熱電偶用延長(zhǎng)型補(bǔ)償導(dǎo)線。

      2)  補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線

      補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線又稱補(bǔ)償型導(dǎo)線,其合金絲的名義化學(xué)成分與配用的熱電偶不同,但其熱電動(dòng)勢(shì)值在0-100℃或0-200℃時(shí)與配用熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值相同,用字母“C”附在熱電偶分度號(hào)之后表示,例如“KC”。不同合金絲可以應(yīng)用于同一分度號(hào)的熱電偶,并用附加字母區(qū)別。

       

      3, 如何正確選用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線

      1)   補(bǔ)償導(dǎo)線的分度號(hào)必須與所用熱電偶一致,如K型熱電偶,必須使用K型偶補(bǔ)償導(dǎo)線。

      2)   根據(jù)使用環(huán)境的溫度來(lái)選擇,補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度范圍較低,一般分0-100℃和0-200℃兩種,0-100℃的價(jià)格更低,可根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)選擇。

      3)   如果現(xiàn)場(chǎng)干擾源多,可以選擇抗干擾性強(qiáng)的屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線。

      4)   如果同時(shí)有多個(gè)測(cè)溫點(diǎn),可選擇內(nèi)有多組補(bǔ)償導(dǎo)線的線纜。

       

      4, 補(bǔ)償導(dǎo)線使用中的注意事項(xiàng)

      1)  補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇
          補(bǔ)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(chǎng)合進(jìn)行正確選擇。例如,k型偶應(yīng)該選擇k型偶的補(bǔ)償導(dǎo)線。

      2)   接點(diǎn)連接
          與熱電偶接線端2個(gè)接點(diǎn)盡可能近一點(diǎn),盡量保持2個(gè)接點(diǎn)溫度一致。與儀表接線端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風(fēng)扇的地方,接點(diǎn)處要保護(hù)不要使得風(fēng)扇直吹到接點(diǎn)。

      3)  使用長(zhǎng)度
          因?yàn)闊犭娕嫉男盘?hào)很低,為微伏級(jí),如果使用的距離過長(zhǎng),信號(hào)的衰減和環(huán)境中強(qiáng)電的干擾偶合,足可以使熱電偶的信號(hào)失真,造成測(cè)量和控制溫度不準(zhǔn)確,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度波動(dòng)。通常來(lái)說,使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的長(zhǎng)度控制在15米內(nèi)比較好,如果超過15米,建議使用溫度變送器進(jìn)行傳送信號(hào)。溫度變送器是將溫度對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值轉(zhuǎn)換成直流電流傳送,抗干擾強(qiáng)。

      4)  布線
          補(bǔ)償導(dǎo)線布線一定要遠(yuǎn)離動(dòng)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。

      5)  屏蔽補(bǔ)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(bǔ)償導(dǎo)線。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)干擾源較多的場(chǎng)合,效果較好。但是一定要將屏蔽層嚴(yán)格接地,否則屏蔽層不僅沒有起到屏蔽的作用,反而增強(qiáng)干擾

       

       

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