热电偶补偿导线使用方式

　　热电偶补偿导线是一对化学成分不同的金属导线，在一定温度范围内与其所配接的热电偶具有相同的温度———热电势关系。热电偶与二次仪表之间利用补偿导线连接，如果极性接得正确，就相当于热电极延长，使热电偶的冷端延长到温度较低（最理想的温度是0℃）且稳定的场合，以便进行冷端温度补偿，从而达到精确测温的目的。而补偿导线的价格却比相应的热电极便宜得多。

　　补偿导线的使用方式

　　补偿导线的补偿可用中间温度定律证明。设热电偶两热电极的材料分别为a与b，补偿导线的材料分别为a′和b′，4种材料与二次仪表构成一个闭合的测温回路，正确的接线方法应是a′与a相接，b′与b相接，如下图所示。

　　回路的总热电势包括两部分，即各结点的接触电势（也称珀尔贴电势）和各种材料自身两端温度不同而出现的温度差电势（也称汤姆逊电势）。由电子理论可知，a与b结点在t温度下的接触电势为pab（t）=（kt/q）ln（na/nb），依此类推可得b与b′、b′与a′、a′与a诸结点在相应温度下的接触电势分别为

　　式中：t、tn、t0为各结点的温度（k）。na、nb、na′、nb′为热电极和补偿导线各自的自由电子密度。q为电子电荷量（4.802×10-10绝对静电单位）。k为波尔滋曼常数，1.38×10-16尔格/度。回路中热电偶和补偿导线的汤姆逊电势的代数和分别为：

　　式中：σ为汤姆逊系数，表示温差为1℃时所产生的电势值。

　　实验证明，回路中汤姆逊电势的代数和很小，可忽略不计，故整个测温回路中只考虑珀尔贴电势。由中间温度定律可得回路总热电势为：

　　上式的结果说明，热电偶和补偿导线组成的回路中，在结点温度为t、tn、t0时，其总热电热等于热电偶在两端温度为t与tn时的热电势和补偿导线在两端温度为tn与t0时的热电势之代数和，因在一定温度范围（0~100℃）内，补偿导线的热电特性与所配电偶的热电特性一致，即ea′b′（tn，t0）=eab（tn，t0），可得：eabb′a′（t，tn，t0）=eab（t，tn）+eab（tn，t0）=eab（t，t0）。

　　由此可知，当补偿导线与所配热电偶正负极连接正确时，即可将热电偶的冷端温度由tn移至t0处，相当于热电偶的热电极延长。

　　三线理想温度补偿系统

　　对r和s型热电偶而言，有关学者提出了一种较为理想的温度补偿系统，在500℃的条件下其补偿误差低于2℃，具体方法是采用具有3根导线的补偿电缆。

　　其负极是类似编织多股绞合的不锈钢线，正极是ni、20%cr、10%fe合金线。这种三线补偿电缆系统材料选择的原则是：

　　①a′对c′和b′对c′的热电特性，在一定温度范围内应与配补偿导线的pt/rh热电偶系统的热电特性一致。

　　②a′与b′电阻与比率应与a′/c′和b′/c′两对导线对pt/ph热电偶电势差值的比率相等。a′与b′编织多股绞合线电阻之比率，可通过改变每种线材的相对根数予以调整。

　　实际效果充分证明，采用三线补偿温度范围明显增大，其基本原理是：

　　在tn~τ0温度范围内，材料a′与c′和b′与c′分别产生相应的热电势，同时，a′与b′又构成一只辅助热电偶，其所产生的热电势为ea′b′（tn，t0），此热电势类似于一只热电极的汤姆逊电势，以上几部分热电势，均随tn与t0温差的增大而增大，且其综合值与主热电偶的电势值保持着严格的对应关系，能在比较大的温度范围内发挥精确的温度补偿作用。