補償導線工作原理及其應用
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，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?，則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t1=50℃，t2=20℃時，如熱端溫度為1000℃，則顯示溫度僅969℃，誤差達31℃。
實際應用時，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進行補償。由此可見，關鍵是如何對熱電偶的參比端溫度t1 進行補償。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、補償導線法等，但zui常用的就是補償導線法。
本文首先敘述補償導線的原理和分類，然后介紹補償導線應用中通常需要了解的幾個問題。
二、補償導線的工作原理及分類
1、補償導線的工作原理
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線稱為熱電偶的補償導線。
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，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線來代替需要延伸的貴重熱電偶材料，將參比端由熱電偶接線盒延伸到儀表接線端，由補償導線對原參比端溫度進行補償。
補償導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械性能，如采用多股線芯或小直徑補償導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，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）補償導線，以是否帶屏蔽層分為普通型和屏蔽型補償導線，還有專用于防爆場合的本質安全電路用的補償導線。
三、應用中的幾個問題
1、補償導線與熱電偶的匹配
各種分度號的補償導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 |
當我們用K分度號的補償導線配用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。
熱電偶用補償導線和補償電纜（GB/T4990-1995標準）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 | 補償導線型號 | 補償導線合金絲名稱 | 正級 | 負級 | ||
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、負級配對時的熱電動勢及允差范圍
| 熱電偶分度號 | 補償導線型號 | 測量溫度（℃） | 熱電動勢標準值（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、 正極對銅和銅對負極的熱電動勢及允差范圍，當參考端溫度為0度正極對銅和銅對負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 | 電動勢標準值（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 |
導線，和EPX鎳鉻90組成EX補償導線,鎳鉻90為正極，銅鎳44為負極。
