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补偿导线使用中产生的错误及误差

1. 热电偶补偿导线正负极与热电偶接反
    如果将热电偶补偿导线的正负极与热电偶正负极接反,而热电偶的正负极与仪表的正极连接是正确的,这种错误在应用中比较普遍,因为连接后,被控制对象的温度变化趋势与显示仪表是一致的。加之目前热电偶补偿导线产品很多标注不规范,难以辨认;有些甚至是生产厂家将颜色标错。下面分析由于这种情况所产生的误差。
如果正确连接,仪表所接收的总热电势为
ez=ek(t1,t3)+ekx(t3,t2)=ek(t1,t3)+ek(t3,t2)=ek(t1,t2)(6)
因为连接的错误,根据中间导体定律,仪表所接收的总热电势为
e′z=ek(t1,t3)+ekx(t3,t2)(7)对于kx延伸型补偿导线,有 e′kx(t3,t2)=-ekx(t3,t2)=-ek(t3,t2)(8)
计算,仪表测量值由此产生误差为ez′-ez=ek(t1,t3)-ek(t3,t2)-ek(t1,t3)-ek(t3,t2)=2ek(t3,t2)(9)
    一般工业炉附近的温度,至少比控制间的温度高8℃。那么由此产生误差正好是补偿导线补偿值的2倍。对于k型偶,微分电势值基本在40℃/(μv)左右,测量温度大约比实际温度低16℃。如果控制温度设定在600℃,实际温度应该在616℃左右。
    从上面的分析可以看出,当热电偶补偿导线正负极接反,不仅没有起到补偿作用,误差比不接补偿导线还增加一倍,因此补偿导线在连接时一定要注意极性。
    如果不能确定热电偶补偿导线极性时,可以取一段补偿导线,将一端绝缘去掉后拧在一起,放在热水杯中,用普通万用表直流电压量程低档测量另一端的2根线,万用表上会显示测量电压的正负,信号的正极为补偿导线的正极。
2. 使用的补偿导线型号不对
    同种补偿导线配同种热电偶,如果所选的补偿导线种类不对,一样产生误差。假设使用s型热电偶,选择了k型偶的补偿导线kx,如图5所示。
根据中间导体定律,仪表所接收的总热电势为
e′z(t1,t2)=es(t1,t3)+ekx(t3,t2)(10)
如果正确使用s型偶补偿导线sc,不考虑补偿导线自身误差,仪表测量的总电势为ez(t1,t2)=es(t1,t3)=es(t3,t2)(11)
由于选错了补偿导线仪表测量值由此产生误差为式(10)-式(11)
ez′-ez=ek(t3,t2)-es(t3,t2)-ek(t3,t2)-es(t3,t2)(12)
如果s型热电偶工茁度为900℃,控制间环境温度为25℃,仍按照t3-t2=8℃,分别查s偶和k偶分度表,得出电势差为
ek(t3,t2)-es(t3,t2)=0.278mv
仪表测量温度比实际温度高。如果仪表控制在900℃时,实际值只有875.1℃,误差24.9℃。
如果上述情况又将极性接反,仪表测量值偏高,仪表显示900℃时,实际温度为933.2℃,误差33.2℃。
3. 补偿导线与导线混用
    在实际应用中,经常会发现由于补偿导线不够长用普通导线连接,或补偿导线断后接上一段普通导线,见图6所示。
    图6中给出了2种补偿导线和普通导线混用的情况。对于图6(b)的情况,用中间导体定律来分析,假定热电偶的型号为y(y表示热电偶分度号中的任一种),补偿导线为yx,仪表测量端的总热电势为
e′z=ey(t1,t3)+eyx(t3,tn)+ec(tn,t2)(13)
如果tn与t2温度基本相等,ec(tn,t2)=0,用导线连接没有影响。
    如果tn与t2温度不相等,因为有一段补偿导线,接点tn也是远离热工设备周围,tn总是小于t3,在室温下与t2差别不大时,ec(tn,t2)电势较小,用导线连接影响不大。
对于图6(a)的情况,用中间导体定律来分析,为
e′z=ey(t1,t3)+eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)+etx(t3,t2)(14)
对于式(14)中,eyx1c(tn1)、ecy1x(tn2)、为补偿导线中的任1个电极与连接导线的电势。
如果tn1=tn2,eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)=0,中间连接导线没有影响。
如果tn1≠tn2,eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)≠0,中间连接导线影响取决于补偿导线的材料yx1与连接导线材料c的电势以及tn1、tn2差值。eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)有可能是正,也有可能是负。折合成温度值与采用的何种热电偶有关。通常廉金属热电偶的微分电势要大于贵贵金属热电偶。因此上述影响折合成温度,贵金属热电偶影响要大些。
四、 补偿导线使用中注意事项
1. 补偿导线的选择
    补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。例如,k型偶应该选择k型偶的补偿导线,根据使用场合,选择工茁度范围。通常kx工茁度为-20~100℃,宽范围的为-25~200℃。普通级误差为±2.5℃,精密级为±1.5℃。
2. 接点连接
    与热电偶接线端2个接点尽可能近一点,尽量保持2个接点温度一致。与仪表接线端连接处尽可能温度一致,仪表柜有风扇的地方,接点处要保护不要使得风扇直吹到接点。
3. 使用长度
    因为热电偶的信号很低,为微伏级,如果使用的距离过长,信号的衰减和环境中强电的干扰偶合,足可以使热电偶的信号失真,造成测量和控制温度不准确,在控制中严重时会产生温度波动。
    根据我们的经验,通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好,如果超过15米,建议使用温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流传送,抗干扰强。
4. 布线
    补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方,也尽可能采用交叉方式,不要平行。
    5. 屏蔽补偿导线
    为了提高热电偶连接线的抗干扰性,可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干扰源较多的场合,效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地,否则屏蔽层不仅没有起到屏蔽的作用,反而增强干扰。

下篇文章:补偿导线的作用 上篇文章:标准孔板测量不准确的原因

 

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