热电偶补偿导线的原理及作用

热电偶补偿导线工作原理

要了解补偿导线的工作原理问题，就要从热电偶的原理入手。

热电偶原理图

如图所示，T、Tn、TO分别为热电偶所处的测量端温度、参比端温度、环境温度（室温），这时图中回路的总电势为EABBA （T，Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EAB （Tn， T0）

当参比端Tn示用另外替代的导线来代替A、B，如果A’与A、B‘与B的热电性质相同，即

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

如果用能满足EAB （Tn， TO） =EA‘ B’ （Tn， TO）的连接导线，就可以起到补偿热电势的作用。这时回路的总热电势为EABB‘ A’（T， Tn， TO） =EAB （T，Tn） +EA’ B‘ （Tn，T0）

补偿导线工作原理

此时，所测得的热电偶的总热电势只受测量端温度T和环境温度TO的影响，而与参比端的温度变化Tn无关。在实际应用中补偿导线用的就是这一原理。但准确地说，是通过补偿导线延长了热电偶的参比端至温度较恒定的环境，以消除参比端温度变化的影响。

热电偶补偿导线的作用

如果热电偶不使用补偿导线，而使用了普通导线代替的话，会发生意想不到的情况。

1、使用普通二芯线作为热电偶信号延长线，未使用补偿导线

例如：浙江袍江某热处理工厂在使用热电偶测温时，将热电偶信号直接由两芯铜线连接到控制室显示仪表，使用中频繁出现热处理工件不合格品，后经由绍兴中仪技术员到现场检查发现，出现工件次品原因为淬火温度偏差所致，淬火温度测量不准确是因为热电偶测温系统中未按要求使用热电偶相应分度号的补偿导线，而使用了普通导线，故测温不准。

根据热电偶测温原理可知，热电偶回路的热电势与测量温度和热电偶参考端温度有关，安装在使用现场的热电偶参考端温度（指热电偶接线盒处温度）随环境温度变化而变化，不能恒定。在热电偶参考端温度波动情况下，使用补偿导线将参考端延长到温度较稳定的环境或远离热源的环境来补偿热电偶参考端温度变化所产生的误差。普通电线能传送热电偶测温时产生的mV信号值，但不能补偿将热电偶参考端温度延长到仪表控制室，从而导致热电偶测温系统出现温度补偿不准确。正确方法：热电偶信号传送必须使用热电偶相应型号的补偿导线，禁止使用普通电缆替代补偿导线。

2、不同分度号热电偶和补偿导线混用，引入测量误差

某单位使用S型热电偶测量炉膛温度，现场工作人员虽然知道热电偶必须使用补偿导线，但他们并未选择正确的适合的补偿导线，而用库存内K型热电偶补偿导线将铂铑10-铂热电偶信号连接到显示仪表，使用中发现实际炉温与测量值偏差很大，打电话到绍兴中仪，后经绍兴中仪公司技术分析将补偿导线更换为SC后测温恢复正常。

按照国家质量技术监督局规定，热电偶补偿导线的热电势及允许误差应符合JJG 351-1996工作用廉金属热电偶检定规程及有关标准的规定，不同分度号对应的热电偶补偿导线在同一环境温度下的所产生的热电势不同，将不同分度号热电偶与热电偶补偿导线混用，必然给热电偶测量系统引入热电偶参考端温度补偿误差。正确方法：各种热电偶补偿导线必须与对应分度号的热电偶配用。

热电偶与补偿导线类型不匹配

3、热电偶补偿导线绝缘层破损

在热电偶接线和安装使用过程中，偶尔会出现热电偶接线盒出线口处和补偿导线其他部位绝缘层磨损，故障现象表现为显示仪表或DCS系统温度显示值一般偏小。

正确方法：寻找热电偶补偿导线绝缘层破损点，重新进行绝缘处理，恢复显示控制仪表或无纸记录仪正常显示值。

4、热电偶补偿导线正负极性接反，引入测量误差

某化工厂在更换现场热电偶后出现温度测量值与实际温度有较大偏差，有时高有时低。仔细检查后发现热电偶与补偿导线极性正负极性接反，按照极性调整补偿导线接线后故障消除。

还有某钢管生产企业新引进的一套球化炉装置，装置的二十多个测温点由于设备安装人员将热电偶正负极接反，再加上设备使用人员对此知识的贫乏，在工作中因炉温不正确导致炉内产品报废，直接经济损失达一百多万元，教训不可谓不深刻。

热电偶补偿导线接线方式

热电偶和热电偶补偿导线都有正负极之分，补偿导线反接时无纸温度记录仪表显示值变化很大：

A、补偿导线极性反接后，当热电偶与补偿导线连接处温度高于控制室温度时，仪表显示温度低于实际测量温度。

B、补偿导线极性反接后，当热电偶与补偿导线连接处温度低于控制室温度时，仪表显示温度高于实际测量温度。

C、补偿导线极性反接后，当热电偶与补偿导线连接处温度与控制室温度相同时，仪表显示温度与实际温度相同。

经理论证明，热电偶补偿导线使用时将极性接反导致的误差约为不用补偿导线时的2倍。

不同型号热电偶补偿导线正极绝缘层颜色均为红色层，负极颜色不同，可根据绝缘层颜色区分补偿导线型号。

正确方法：正确区分热电偶及热电偶补偿导线正负极，极性不能反接。

5、热电偶补偿导线与接线端子接触不良

热电偶补偿导线比较硬，导线与接线端子间在接线或使用过程中容易出现接触不良，此类故障现象反映为仪表或DCS系统无显示值或显示值超量程。

处理方法：紧固接线端子，消除接触不良故障，回复仪表正常测量显示。

6、热电偶与补偿导线连接点温度超过规定的使用范围

普通热电偶补偿导线使用温度在0-100℃；耐高温补偿导线使用温度在0-200℃。比如R型热电偶补偿导线Rc和S型热电偶补偿导线Sc均为补偿型补偿导线，在各类补偿导线中准确度最低，在0-60℃环境中使用误差较小，在0-150℃环境中使用有较大负误差。

正确方法：一般补偿型热电偶补偿导线使用环境温度不超过100℃，高温型热电偶补偿导线使用可达200℃。

7、热电偶补偿导线中间有接头，接头处接触不良

在热电偶补偿导线生产过程中单位长度内接头数量对于生产商而言有相关质国家量标准约束，生产商会做相应处理。在长距离敷设补偿导线中长度不够需要接线，常见施工人员将补偿导线接头处拧在一起做绝缘处理后就投入使用，使用一段时间后出现测量不准，误差增加。

正确方法：如需要延长补偿导线长度，应将同型号补偿导线相同极性线相连接，连接牢固可靠并进行焊接，做绝缘处理后投入使用。

8、补偿导线与动力电缆平行敷设，信号被干扰

某企业在施工过程中将热电偶补偿导线与电气动力平行敷设在同一电缆桥架中，系统投入使用后出现DCS系统显示热电偶温度忽高忽低，经反复检查确认为热电偶测量信号被动力线路干扰，由此引起温度测量误差最高达一百多度。

正确方法：施工过程中热电偶补偿导线与动力电缆同向敷设，将电力桥架与仪表信号桥架分别敷设，并采用屏蔽型补偿导线。如避免不了补偿导线与动力电缆在同一桥架，桥架内部应设置屏蔽隔板或交叉敷设，最大程度降低热电偶信号被干扰机率。

9、长距离使用热电偶补偿导线，因信号衰减和干扰引入测量误差

热电偶测温时产生的电势值为mV信号，因补偿导线用长度增加出现信号衰减和现场磁电干扰耦合，使仪表或DCS系统温度显示值波动。

处理方法：

A、需要长距离敷设补偿导线，补偿导线线径应不低于Φ1.5mm2，减少mV信号衰减。

B、选用屏蔽型补偿导线，并将屏蔽层按规范接地（必须让屏蔽层在补偿导线一端接地，接地并入仪表信号接地网，禁止将接地并入工厂电气接地网），避免因屏蔽层接地不正确而引入测量误差。

C、使用温度变送器，将就地热电偶信号转换为4-20mA信号传输，提高信号抗干扰能力。

10、热电偶选配热电偶温度变送器后，无需补偿导线

热电偶温度变送器通常安装在热电偶接线盒内和控制柜内，这是两种不同结构的温度变送器：

A、温度变送器安装在热电偶接线盒内构成一体化热电偶温度变送器，热电偶偶丝直接接到温度变送器输入端上，输出为两线制4-20mA信号，变送器与显示仪表或DCS系统直接用双绞线或两芯屏蔽电缆连接，不使用热电偶补偿导线。

图四：一体化温度变送器不使用补偿导线

B、如果温度变送器安装在控制柜内，热电偶与温度变送器之间连接必须使用补偿导线，变送器与显示仪表或DCS系统直接用双绞线或两芯屏蔽电缆连接，不使用热电偶补偿导线。

连接热电偶和导轨式温度变送器必须使用补偿导线

正确方法：热电偶温度变送是否使用补偿导线必须按实际应用来确定。