熱電偶補償導線工作原理

要了解補償導線的工作原理問題，就要從熱電偶的原理入手。

熱電偶原理圖

如圖所示，T、Tn、TO分別為熱電偶所處的測量端溫度、參比端溫度、環境溫度（室溫），這時圖中回路的總電勢為EABBA （T，Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EAB （Tn， T0）

當參比端Tn示用另外替代的導線來代替A、B，如果A’與A、B‘與B的熱電性質相同，即

EABBA （T，Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EA’ B’（Tn， T0）

如果用能滿足EAB （Tn， TO） =EA‘ B’ （Tn， TO）的連接導線，就可以起到補償熱電勢的作用。這時回路的總熱電勢為EABB‘ A’（T， Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EA’ B‘ （Tn，T0）

補償導線工作原理

此時，所測得的熱電偶的總熱電勢只受測量端溫度T和環境溫度TO的影響，而與參比端的溫度變化Tn無關。在實際應用中補償導線用的就是這一原理。但準確地說，是通過補償導線延長了熱電偶的參比端至溫度較恒定的環境，以消除參比端溫度變化的影響。

熱電偶補償導線的作用

如果熱電偶不使用補償導線，而使用了普通導線代替的話，會發生意想不到的情況。

1、使用普通二芯線作為熱電偶信號延長線，未使用補償導線

例如：浙江袍江某熱處理工廠在使用熱電偶測溫時，將熱電偶信號直接由兩芯銅線連接到控制室顯示儀表，使用中頻繁出現熱處理工件不合格品，后經由紹興中儀技術員到現場檢查發現，出現工件次品原因為淬火溫度偏差所致，淬火溫度測量不準確是因為熱電偶測溫系統中未按要求使用熱電偶相應分度號的補償導線，而使用了普通導線，故測溫不準。

根據熱電偶測溫原理可知，熱電偶回路的熱電勢與測量溫度和熱電偶參考端溫度有關，安裝在使用現場的熱電偶參考端溫度（指熱電偶接線盒處溫度）隨環境溫度變化而變化，不能恒定。在熱電偶參考端溫度波動情況下，使用補償導線將參考端延長到溫度較穩定的環境或遠離熱源的環境來補償熱電偶參考端溫度變化所產生的誤差。普通電線能傳送熱電偶測溫時產生的mV信號值，但不能補償將熱電偶參考端溫度延長到儀表控制室，從而導致熱電偶測溫系統出現溫度補償不準確。正確方法：熱電偶信號傳送必須使用熱電偶相應型號的補償導線，禁止使用普通電纜替代補償導線。

2、不同分度號熱電偶和補償導線混用，引入測量誤差

某單位使用S型熱電偶測量爐膛溫度，現場工作人員雖然知道熱電偶必須使用補償導線，但他們并未選擇正確的適合的補償導線，而用庫存內K型熱電偶補償導線將鉑銠10-鉑熱電偶信號連接到顯示儀表，使用中發現實際爐溫與測量值偏差很大，打電話到紹興中儀，后經紹興中儀公司技術分析將補償導線更換為SC后測溫恢復正常。

按照國家質量技術監督局規定，熱電偶補償導線的熱電勢及允許誤差應符合JJG 351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規程及有關標準的規定，不同分度號對應的熱電偶補償導線在同一環境溫度下的所產生的熱電勢不同，將不同分度號熱電偶與熱電偶補償導線混用，必然給熱電偶測量系統引入熱電偶參考端溫度補償誤差。正確方法：各種熱電偶補償導線必須與對應分度號的熱電偶配用。

熱電偶與補償導線類型不匹配

3、熱電偶補償導線絕緣層破損

在熱電偶接線和安裝使用過程中，偶爾會出現熱電偶接線盒出線口處和補償導線其他部位絕緣層磨損，故障現象表現為顯示儀表或DCS系統溫度顯示值一般偏小。

正確方法：尋找熱電偶補償導線絕緣層破損點，重新進行絕緣處理，恢復顯示控制儀表或無紙記錄儀正常顯示值。

4、熱電偶補償導線正負極性接反，引入測量誤差

某化工廠在更換現場熱電偶后出現溫度測量值與實際溫度有較大偏差，有時高有時低。仔細檢查后發現熱電偶與補償導線極性正負極性接反，按照極性調整補償導線接線后故障消除。

還有某鋼管生產企業新引進的一套球化爐裝置，裝置的二十多個測溫點由于設備安裝人員將熱電偶正負極接反，再加上設備使用人員對此知識的貧乏，在工作中因爐溫不正確導致爐內產品報廢，直接經濟損失達一百多萬元，教訓不可謂不深刻。

熱電偶補償導線接線方式

熱電偶和熱電偶補償導線都有正負極之分，補償導線反接時無紙溫度記錄儀表顯示值變化很大：

A、補償導線極性反接后，當熱電偶與補償導線連接處溫度高于控制室溫度時，儀表顯示溫度低于實際測量溫度。

B、補償導線極性反接后，當熱電偶與補償導線連接處溫度低于控制室溫度時，儀表顯示溫度高于實際測量溫度。

C、補償導線極性反接后，當熱電偶與補償導線連接處溫度與控制室溫度相同時，儀表顯示溫度與實際溫度相同。

經理論證明，熱電偶補償導線使用時將極性接反導致的誤差約為不用補償導線時的2倍。

不同型號熱電偶補償導線正極絕緣層顏色均為紅色層，負極顏色不同，可根據絕緣層顏色區分補償導線型號。

正確方法：正確區分熱電偶及熱電偶補償導線正負極，極性不能反接。

5、熱電偶補償導線與接線端子接觸不良

熱電偶補償導線比較硬，導線與接線端子間在接線或使用過程中容易出現接觸不良，此類故障現象反映為儀表或DCS系統無顯示值或顯示值超量程。

處理方法：緊固接線端子，消除接觸不良故障，回復儀表正常測量顯示。

6、熱電偶與補償導線連接點溫度超過規定的使用范圍

普通熱電偶補償導線使用溫度在0-100℃；耐高溫補償導線使用溫度在0-200℃。比如R型熱電偶補償導線Rc和S型熱電偶補償導線Sc均為補償型補償導線，在各類補償導線中準確度最低，在0-60℃環境中使用誤差較小，在0-150℃環境中使用有較大負誤差。

正確方法：一般補償型熱電偶補償導線使用環境溫度不超過100℃，高溫型熱電偶補償導線使用可達200℃。

7、熱電偶補償導線中間有接頭，接頭處接觸不良

在熱電偶補償導線生產過程中單位長度內接頭數量對于生產商而言有相關質國家量標準約束，生產商會做相應處理。在長距離敷設補償導線中長度不夠需要接線，常見施工人員將補償導線接頭處擰在一起做絕緣處理后就投入使用，使用一段時間后出現測量不準，誤差增加。

正確方法：如需要延長補償導線長度，應將同型號補償導線相同極性線相連接，連接牢固可靠并進行焊接，做絕緣處理后投入使用。

8、補償導線與動力電纜平行敷設，信號被干擾

某企業在施工過程中將熱電偶補償導線與電氣動力平行敷設在同一電纜橋架中，系統投入使用后出現DCS系統顯示熱電偶溫度忽高忽低，經反復檢查確認為熱電偶測量信號被動力線路干擾，由此引起溫度測量誤差最高達一百多度。

正確方法：施工過程中熱電偶補償導線與動力電纜同向敷設，將電力橋架與儀表信號橋架分別敷設，并采用屏蔽型補償導線。如避免不了補償導線與動力電纜在同一橋架，橋架內部應設置屏蔽隔板或交叉敷設，最大程度降低熱電偶信號被干擾機率。

9、長距離使用熱電偶補償導線，因信號衰減和干擾引入測量誤差

熱電偶測溫時產生的電勢值為mV信號，因補償導線用長度增加出現信號衰減和現場磁電干擾耦合，使儀表或DCS系統溫度顯示值波動。

處理方法：

A、需要長距離敷設補償導線，補償導線線徑應不低于Φ1.5mm2，減少mV信號衰減。

B、選用屏蔽型補償導線，并將屏蔽層按規范接地（必須讓屏蔽層在補償導線一端接地，接地并入儀表信號接地網，禁止將接地并入工廠電氣接地網），避免因屏蔽層接地不正確而引入測量誤差。

C、使用溫度變送器，將就地熱電偶信號轉換為4-20mA信號傳輸，提高信號抗干擾能力。

10、熱電偶選配熱電偶溫度變送器后，無需補償導線

熱電偶溫度變送器通常安裝在熱電偶接線盒內和控制柜內，這是兩種不同結構的溫度變送器：

A、溫度變送器安裝在熱電偶接線盒內構成一體化熱電偶溫度變送器，熱電偶偶絲直接接到溫度變送器輸入端上，輸出為兩線制4-20mA信號，變送器與顯示儀表或DCS系統直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導線。

圖四：一體化溫度變送器不使用補償導線

B、如果溫度變送器安裝在控制柜內，熱電偶與溫度變送器之間連接必須使用補償導線，變送器與顯示儀表或DCS系統直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導線。

連接熱電偶和導軌式溫度變送器必須使用補償導線

正確方法：熱電偶溫度變送是否使用補償導線必須按實際應用來確定。
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