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熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理與選擇
編輯:熱電偶廠家日期:2019-12-29 00:00所屬欄目:資訊 人已圍觀站內(nèi)編號:2101
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1、熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理
1 )熱電偶的測溫原理
已知熱電偶的工作原理是由兩種不同材質(zhì)的均勻?qū)w構(gòu)成的閉合電路,當(dāng)導(dǎo)體的兩端存在溫度差時,電流流過導(dǎo)體的兩端,形成熱電動勢。 將儀表放入電路后,儀表將該熱電動勢轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度。 圖1 :
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a、b兩種導(dǎo)體的一端通過焊接形成節(jié)點,是工作端,位于測量對象介質(zhì)上。 另一端連接測溫計,作為基準(zhǔn)端。
為了更好地理解以下內(nèi)容,將由上述測溫電路形成的熱電動勢表示為EAB(T1,T0 )
由a、b兩種導(dǎo)體構(gòu)成的熱電偶理解為工作端溫度為T1、基準(zhǔn)端溫度為T0、所形成的熱電動勢為EAB(T1、T0)。
特別要強(qiáng)調(diào)的一點是,熱電偶的測溫始終是測量熱電偶兩端的熱電動勢。 測量儀將熱電動勢轉(zhuǎn)換為溫度,因此可以看到溫度的數(shù)值。
1 )熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的原理:
在實際應(yīng)用中,測量和控制儀始終與熱電偶有一定的距離。 如圖2所示
在這種情況下,為了測量熱電偶的信號,必須在熱電偶(圖中a、b )的后面連接另一根導(dǎo)線
表。 圖中的c、d是連接熱電偶和測溫計的導(dǎo)線。
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圖中,工作端溫度T1、a、b與c、d連接部位的溫度為T2,計測器端(基準(zhǔn)端)的溫度為T0.
總回路的總電動勢e可分為兩個熱電動勢之和,即a、b分為一級,熱電動勢分為EAB(T1、T2)、c、d分為另一級,熱電動勢分為ECD(T2、T0)
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)與a、b完全相同,則相當(dāng)于c為a、d為b,熱電偶a、b在T2(中間溫度)形成了連接點,在這種情況下,環(huán)路總電位如下所示
E= EAB(T1,T2)+ EAB(T2,T0)= EAB(T1,T0 ) (熱電偶中間溫度定律) (2)
由式(2)可知,在相同的熱電偶中,如果在中間形成連接點,則總電位與連接點的溫度(中間溫度)無關(guān),僅與工作端和基準(zhǔn)端的溫度有關(guān)。 這就是我們想要的。 熱電偶接線不需要考慮中間的連接點的有無和連接點的溫度,與熱電偶連接在介質(zhì)和儀表上的情況相同。
讓我們比較一下公式(2)和公式(1)。 如果能找到某種材料c、d,那么可以滿足以下條件
ECD(T2,T0)= EAB(T2,T0) (3)
式(1)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稱為熱電偶a、b的補(bǔ)償導(dǎo)線。
還可以理解,盡管式(4)使用補(bǔ)償導(dǎo)線將T2擴(kuò)展到T0,但是zui之后的測量結(jié)果是使用導(dǎo)線c和d來補(bǔ)償由于在T2處的連接導(dǎo)致的附加電勢,與T2無關(guān)。 這就是為什么c、d被稱為補(bǔ)償導(dǎo)線
1、為什么用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線?
既然熱電偶能達(dá)到測溫目的,為什么要使用補(bǔ)償導(dǎo)線呢
讓我們看看測量的實際應(yīng)用。
一般來說,為了便于監(jiān)視和操作測量儀器,測量儀器的溫度幾乎一定,非常方便
放置操作臺離實際測溫點有一定的距離。 在這個距離上,一般情況很復(fù)雜
例如通過動力源,有電磁干擾等,有可能經(jīng)常受到外力的作用。 使用熱電偶線會導(dǎo)致測量誤差,使用時容易破損,存在頻繁更換等問題。 另外,熱電偶線材的材料一般很貴,長距離使用的話成本也非常高。 這些都是使用補(bǔ)償導(dǎo)線的理由。
總之,使用補(bǔ)償導(dǎo)線具有以下優(yōu)點
1 )改善熱電偶的測溫線路的物理性能和機(jī)械性能,采用多芯線芯或小徑補(bǔ)償導(dǎo)線可以提高線路的撓性,配線方便,還可以調(diào)節(jié)線路電阻或隔斷干擾
2 )降低測量線路成本,在熱電偶和測量裝置之間的距離遠(yuǎn)的情況下,使用補(bǔ)償導(dǎo)線可以節(jié)約很多熱電偶材料,特別是在使用貴金屬熱電偶的情況下。
2、熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的分類
熱電偶補(bǔ)償代碼可分為兩類:
1 )延長型補(bǔ)償導(dǎo)線
延長型補(bǔ)償引線也稱為延長型引線,其合金線名義化學(xué)成分和熱電動勢的公稱值與配合的熱電偶相同,字母“ X” 在熱電偶分度代號后附加,例如“ KX” 表示k型熱電偶用延長型補(bǔ)償導(dǎo)線。
2 )補(bǔ)償型補(bǔ)償導(dǎo)線
補(bǔ)償型補(bǔ)償引線也稱為補(bǔ)償型引線,其合金線的名義化學(xué)成分與配合的熱電偶不同,但其熱電動勢值在0-100℃或0-200℃時與配合的熱電偶的熱電動勢公稱值相同,字母“ C” 在熱電偶分度代號后附加,例如“ KC” 的雙曲馀弦值。 不同的合金線適用于同一索引號的熱電偶,可以用字母區(qū)分。
3、正確選擇熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的方法
1 )補(bǔ)償導(dǎo)線的分度代號必須與使用的熱電偶一致。 例如,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)境的溫度進(jìn)行選擇時,補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度范圍較低,一般分為0-100℃和0-200℃兩種,0-100℃的價格較低,可根據(jù)實際需要進(jìn)行選擇。
3 )現(xiàn)場干擾源較多時,可選擇抗干擾性強(qiáng)的屏蔽型補(bǔ)償導(dǎo)線。
4 )同時存在多個測溫點時,可選擇內(nèi)置多組補(bǔ)償導(dǎo)線的電纜。
4 .補(bǔ)償導(dǎo)線使用注意事項
1 )補(bǔ)償導(dǎo)線的選擇補(bǔ)償導(dǎo)線必須根據(jù)使用的熱電偶種類和使用時正確選擇。 例如,應(yīng)該選擇k型偶數(shù)或k型偶數(shù)補(bǔ)償導(dǎo)線。
2 )接點連接和熱電偶端子的2個接點盡量接近,盡量使2個接點的溫度一致。 與儀表端子的連接部盡量保持溫度一致,保護(hù)儀表盤上有風(fēng)扇的場所、觸點部不使風(fēng)扇直接接觸觸點。
3 )由于使用長度為熱電偶信號較低,為微伏級,使用距離過長時,信號衰減和環(huán)境中強(qiáng)電場的干擾耦合可使熱電偶信號失真,測量和控制溫度不正確,嚴(yán)重情況下產(chǎn)生溫度變動。 一般情況下,較好使用熱電偶將導(dǎo)線長度控制在15米以內(nèi),但如果超過15米,則建議使用溫度變送器發(fā)送信號。 溫度變送器將對應(yīng)于溫度的電位值轉(zhuǎn)換為直流電流并傳送,因而抗噪聲能力強(qiáng)。
4 )配線補(bǔ)償導(dǎo)線的配線必須遠(yuǎn)離動力線和噪聲源。 在不可避免的地方,盡量采用交叉方式,不要平行。
5 )屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線可以采用屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線,以提高熱電偶連接線的抗干擾性。 現(xiàn)場噪聲源較多時,效果較好。 但是,必須嚴(yán)密地接地屏蔽層。 屏蔽層不僅不起屏蔽的作用,還增強(qiáng)噪聲
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