1. 熱電偶補償導線(xiàn)正負與熱電偶接反
如果將熱電偶補償導線(xiàn)的正負與熱電偶正負接反,而熱電偶的正負與儀表的正連接是正確的,這種錯誤在應用中比較普遍,因為連接后,被控制對象的溫度變化趨勢與顯示儀表是一致的。加之目前熱電偶補償導線(xiàn)產(chǎn)品很多標注不規范,難以辨認;有些甚至是銷(xiāo)售廠(chǎng)家將顏色標錯。下面分析由于這種情況所產(chǎn)生的誤差。
如果正確連接,儀表所接收的總熱電勢為
ez=ek(t1,t3)+ekx(t3,t2)=ek(t1,t3)+ek(t3,t2)=ek(t1,t2)(6)
因為連接的錯誤,根據中間導體定律,儀表所接收的總熱電勢為
e′z=ek(t1,t3)+ekx(t3,t2)(7)對于kx延伸型補償導線(xiàn),有 e′kx(t3,t2)=-ekx(t3,t2)=-ek(t3,t2)(8)
計算,儀表測量值由此產(chǎn)生誤差為ez′-ez=ek(t1,t3)-ek(t3,t2)-ek(t1,t3)-ek(t3,t2)=2ek(t3,t2)(9)
一般工業(yè)爐附近的溫度,至少比控制間的溫度高8℃。那么由此產(chǎn)生誤差正好是補償導線(xiàn)補償值的2倍。對于k型偶,微分電勢值基本在40℃/(μv)左右,測量溫度大約比實(shí)際溫度低16℃。如果控制溫度設定在600℃,實(shí)際溫度應該在616℃左右。
從上面的分析可以看出,當熱電偶補償導線(xiàn)正負接反,不僅沒(méi)有起到補償作用,誤差比不接補償導線(xiàn)還增加一倍,因此補償導線(xiàn)在連接時(shí)一定要注意性。
如果不能確定熱電偶補償導線(xiàn)性時(shí),可以取一段補償導線(xiàn),將一端J緣去掉后擰在一起,放在熱水杯中,用普通W用表直流電壓量程低檔測量另一端的2根線(xiàn),W用表上會(huì )顯示測量電壓的正負,信號的正為補償導線(xiàn)的正。
2. 使用的補償導線(xiàn)型號不對
同種補償導線(xiàn)配同種熱電偶,如果所選的補償導線(xiàn)種類(lèi)不對,一樣產(chǎn)生誤差。假設使用s型熱電偶,選擇了k型偶的補償導線(xiàn)kx,如圖5所示。
根據中間導體定律,儀表所接收的總熱電勢為
e′z(t1,t2)=es(t1,t3)+ekx(t3,t2)(10)
如果正確使用s型偶補償導線(xiàn)sc,不考慮補償導線(xiàn)自身誤差,儀表測量的總電勢為ez(t1,t2)=es(t1,t3)=es(t3,t2)(11)
由于選錯了補償導線(xiàn)儀表測量值由此產(chǎn)生誤差為式(10)-式(11)
ez′-ez=ek(t3,t2)-es(t3,t2)-ek(t3,t2)-es(t3,t2)(12)
如果s型熱電偶工茁度為900℃,控制間環(huán)境溫度為25℃,仍按照t3-t2=8℃,分別查s偶和k偶分度表,得出電勢差為
ek(t3,t2)-es(t3,t2)=0.278mv
儀表測量溫度比實(shí)際溫度高。如果儀表控制在900℃時(shí),實(shí)際值只有875.1℃,誤差24.9℃。
如果上述情況又將性接反,儀表測量值偏高,儀表顯示900℃時(shí),實(shí)際溫度為933.2℃,誤差33.2℃。
3. 補償導線(xiàn)與導線(xiàn)混用
在實(shí)際應用中,經(jīng)常會(huì )發(fā)現由于補償導線(xiàn)不夠長(cháng)用普通導線(xiàn)連接,或補償導線(xiàn)斷后接上一段普通導線(xiàn),見(jiàn)圖6所示。
圖6中給出了2種補償導線(xiàn)和普通導線(xiàn)混用的情況。對于圖6(b)的情況,用中間導體定律來(lái)分析,假定熱電偶的型號為y(y表示熱電偶分度號中的任一種),補償導線(xiàn)為yx,儀表測量端的總熱電勢為
e′z=ey(t1,t3)+eyx(t3,tn)+ec(tn,t2)(13)
如果tn與t2溫度基本相等,ec(tn,t2)=0,用導線(xiàn)連接沒(méi)有影響。
如果tn與t2溫度不相等,因為有一段補償導線(xiàn),接點(diǎn)tn也是遠離熱工設備周?chē)?tn總是小于t3,在室溫下與t2差別不大時(shí),ec(tn,t2)電勢較小,用導線(xiàn)連接影響不大。
對于圖6(a)的情況,用中間導體定律來(lái)分析,為
e′z=ey(t1,t3)+eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)+etx(t3,t2)(14)
對于式(14)中,eyx1c(tn1)、ecy1x(tn2)、為補償導線(xiàn)中的任1個(gè)電與連接導線(xiàn)的電勢。
如果tn1=tn2,eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)=0,中間連接導線(xiàn)沒(méi)有影響。
如果tn1≠tn2,eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)≠0,中間連接導線(xiàn)影響取決于補償導線(xiàn)的材料yx1與連接導線(xiàn)材料c的電勢以及tn1、tn2差值。eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)有可能是正,也有可能是負。折合成溫度值與采用的何種熱電偶有關(guān)。通常廉金屬熱電偶的微分電勢要大于貴貴金屬熱電偶。因此上述影響折合成溫度,貴金屬熱電偶影響要大些。
四、 補償導線(xiàn)使用中注意事項
1. 補償導線(xiàn)的選擇
補償導線(xiàn)一定要根據所使用的熱電偶種類(lèi)和所使用的場(chǎng)合進(jìn)行正確選擇。例如,k型偶應該選擇k型偶的補償導線(xiàn),根據使用場(chǎng)合,選擇工茁度范圍。通常kx工茁度為-20~100℃,寬范圍的為-25~200℃。普通J誤差為±2.5℃,準確J為±1.5℃。
2. 接點(diǎn)連接
與熱電偶接線(xiàn)端2個(gè)接點(diǎn)盡可能近一點(diǎn),盡量保持2個(gè)接點(diǎn)溫度一致。與儀表接線(xiàn)端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風(fēng)扇的地方,接點(diǎn)處要保護不要使得風(fēng)扇直吹到接點(diǎn)。
3. 使用長(cháng)度
因為熱電偶的信號很低,為微伏J,如果使用的距離過(guò)長(cháng),信號的衰減和環(huán)境中強電的干擾偶合,足可以使熱電偶的信號失真,造成測量和控制溫度不準確,在控制中嚴重時(shí)會(huì )產(chǎn)生溫度波動(dòng)。
根據我們的經(jīng)驗,通常使用熱電偶補償導線(xiàn)的長(cháng)度控制在15米內比較好,如果超過(guò)15米,建議使用溫度變送器進(jìn)行傳送信號。溫度變送器是將溫度對應的電勢值轉換成直流電流傳送,抗干擾強。
4. 布線(xiàn)
補償導線(xiàn)布線(xiàn)一定要遠離動(dòng)力線(xiàn)和干擾源。在避免不了穿越的地方,也盡可能采用交叉方式,不要平行。
5. 屏蔽補償導線(xiàn)
為了提高熱電偶連接線(xiàn)的抗干擾性,可以采用屏蔽補償導線(xiàn)。對于現場(chǎng)干擾源較多的場(chǎng)合,效果較好。但是一定要將屏蔽層嚴格接地,否則屏蔽層不僅沒(méi)有起到屏蔽的作用,反而增強干擾。