熱電偶是工業(yè)現(xiàn)場使用廣泛的溫度傳感器，熱電偶、補償導(dǎo)線和顯示儀表、PLC系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)構(gòu)成熱電偶測溫系統(tǒng)（如圖1所示），熱電偶回路中使用補償導(dǎo)線后熱電偶電勢值僅與測量端溫度和補償導(dǎo)線與儀表連接處溫度有關(guān)系，熱電偶補償導(dǎo)線的作用是延長熱電極（即移動熱電偶參考端）又節(jié)省高成本熱電偶材料。熱電偶測溫系統(tǒng)構(gòu)成。

一 熱電偶的測溫原理

熱電偶的工作原理是兩種不同材質(zhì)的均勻?qū)w組成的閉合回路，在導(dǎo)體兩端存在溫差時，導(dǎo)體兩端就會有電流通過，形成熱電動勢。在回路中接入儀表，儀表就把此熱電動勢轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。如圖1：

A,B 兩種導(dǎo)體，一端通過焊接形成結(jié)點，為工作端，位于待測介質(zhì)。另一端接測溫儀表，為參考端。為更好地理解下面的內(nèi)容，我們將以上測溫回路中形成的熱電動勢表示為EAB（T1,T0）,理解為：A、B兩種導(dǎo)體組成的熱電偶，工作端溫度為T1,參考端溫度為T0，形成的熱電動勢為EAB（T1,T0）。

需要特別強調(diào)的是：熱電偶測溫，歸根結(jié)底是測量熱電偶兩端的熱電動勢。測量儀表能夠讓我們看到溫度數(shù)值，是因為它已經(jīng)將熱電動勢轉(zhuǎn)換成了溫度。

二 熱電偶補償導(dǎo)線的原理

實際應(yīng)用中，測量或控制儀表離熱電偶總有一定的距離。如圖2.此時需要在熱電偶（圖中A、B）后再接一段導(dǎo)線，才能將熱電偶的信號接到測溫表或者溫度模塊上。圖中C、D即為連接熱電偶和測溫儀表的導(dǎo)線。

圖中，工作端溫度T1, A、B與C、D連接處溫度為T2, 測量儀表端（參考端）溫度為T0.

只要是相同的熱電偶，中間產(chǎn)生了連接點，則總電勢與連接點的溫度（中間溫度）無關(guān)，而只與工作端T1和參考端T0的溫度有關(guān)。我們在熱電偶布線中，不需要考慮中間有沒有連接點，也不需要考慮連接點的溫度，而是和一根熱電偶連接到介質(zhì)和測量儀表一樣。我們測出的溫度=T1+T0；

為什么需要使用補償導(dǎo)線?

在使用熱電偶測溫時，要求熱電偶的參考端溫度必須保持恒定。由于熱電偶一般做得比較短，尤其是貴金屬材料制成的熱電偶更短。這樣，熱電偶參比端離被測對象很近，使參考端溫度較高且波動很大。所以，應(yīng)該用較長的熱電偶，把參考端延長到溫度比較穩(wěn)定的地方。這種辦法對于價格便宜的熱電偶還比較可行，對于貴金屬則很不經(jīng)濟，同時不便于敷設(shè)熱電偶線。考慮到熱電偶參考端所處溫度常在100℃以下，補償導(dǎo)線在此溫度范圍內(nèi)，具有與熱電偶相同的溫度-熱電勢關(guān)系，可以起到延長熱電偶的作用，且價格便宜，宜于敷設(shè)。所以，在使用熱電偶時要連接補償導(dǎo)線。

三 補償導(dǎo)線注意事項：

1. 補償導(dǎo)線的選擇補償導(dǎo)線一定要根據(jù)所使用的熱電偶種類和所使用的場合進行正確選擇。例如,k型偶應(yīng)該選擇k型偶的補償導(dǎo)線,根據(jù)使用場合,選擇工作溫度范圍。通常kx工作溫度為-20～100℃,寬范圍的為-25～200℃。普通級誤差為±2.5℃,精密級為±1.5℃。2. 接點連接與熱電偶接線端2個接點盡可能近一點,盡量保持2個接點溫度一致。與儀表接線端連接處盡可能溫度一致,儀表柜有風(fēng)扇的地方,接點處要保護不要使得風(fēng)扇直吹到接點。3. 使用長度因為熱電偶的信號很低,為微伏級,如果使用的距離過長,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,在控制中嚴重時會產(chǎn)生溫度波動。根據(jù)我們的經(jīng)驗,通常使用熱電偶補償導(dǎo)線的長度控制在15米內(nèi)比較好,如果超過15米,建議使用溫度變送器進行傳送信號。溫度變送器是將溫度對應(yīng)的電勢值轉(zhuǎn)換成直流電流傳送,抗干擾強。4. 布線補償導(dǎo)線布線一定要遠離動力線和干擾源。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(dǎo)線為了提高熱電偶連接線的抗干擾性,可以采用屏蔽補償導(dǎo)線。對于現(xiàn)場干擾源較多的場合,效果較好。但是一定要將屏蔽層嚴格接地,否則屏蔽層不僅沒有起到屏蔽的作用,反而增強干擾。

四 熱電偶補償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)與所匹配的熱電偶有相同熱電勢標稱值的導(dǎo)線。那么不同的熱電偶自然有不同的補償導(dǎo)線,我們看一下如果使用不當會出現(xiàn)什么問題!

1、使用普通電線做熱電偶信號線，未使用補償導(dǎo)線

某熱處理企業(yè)熱電偶信號直接由兩芯銅電纜連接到控制室顯示儀表，使用中頻繁出現(xiàn)熱處理工件不合格品，經(jīng)云南昌暉儀表制造有限公司現(xiàn)場檢查，出現(xiàn)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(tǒng)未按要求使用補償導(dǎo)線。

根據(jù)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(guān)，安裝在使用現(xiàn)場的熱電偶參考端溫度（指熱電偶接線盒處溫度）隨環(huán)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(dǎo)線將參考端延長到溫度較穩(wěn)定的環(huán)境或遠離熱源的環(huán)境來補償熱電偶參考端溫度變化所產(chǎn)生的誤差。

普通電線能傳送熱電偶測溫時產(chǎn)生的mV信號，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(dǎo)致熱電偶測溫系統(tǒng)出現(xiàn)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補償導(dǎo)線，禁止用電纜替代補償導(dǎo)線。

2、不同分度號熱電偶和熱電偶補償導(dǎo)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，工作人員知道熱電偶必須使用補償導(dǎo)線，便用庫存K型熱電偶補償導(dǎo)線將鉑銠10-鉑熱電偶信號連接到顯示儀表（如圖2所示），使用中發(fā)現(xiàn)實際爐溫與測量值偏差很大，后經(jīng)云南昌暉儀表制造有限公司公司將補償導(dǎo)線更換更換為Sc后測溫恢復(fù)正常。

按照國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局規(guī)定，熱電偶補償導(dǎo)線的熱電勢及允許誤差應(yīng)符合JJG 351-1996工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程及有關(guān)標準的規(guī)定，不同分度號對應(yīng)的熱電偶補償導(dǎo)線在同一環(huán)境溫度下的所產(chǎn)生的熱電勢不同，將不同分度號熱電偶與熱電偶補償導(dǎo)線混用，必然給熱電偶測量系統(tǒng)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(dǎo)線必須與對應(yīng)分度號的熱電偶配用。

3、熱電偶補償導(dǎo)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(xiàn)熱電偶接線盒出線口處和補償導(dǎo)線其他部位絕緣層磨損，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為顯示儀表或DCS系統(tǒng)溫度顯示值一般偏小。

正確方法：尋找補償導(dǎo)線絕緣層破損點，重新進行絕緣處理，恢復(fù)儀表正常顯示值。

4、熱電偶補償導(dǎo)線正負極性接反，引入測量誤差

某化工廠在更換現(xiàn)場熱電偶后出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)熱電偶與補償導(dǎo)線極性正負接反，按照極性調(diào)整補償導(dǎo)線接線后故障消除。

熱電偶和熱電偶補償導(dǎo)線都有正負極之分，補償導(dǎo)線極性反接時儀表顯示值變化很大：

①補償導(dǎo)線極性反接后，當熱電偶與補償導(dǎo)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。

②補償導(dǎo)線極性反接后，當熱電偶與補償導(dǎo)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。

③補償導(dǎo)線極性反接后，當熱電偶與補償導(dǎo)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(jīng)理論證明，熱電偶補償導(dǎo)線使用時將極性接反導(dǎo)致的誤差約為不用補償導(dǎo)線時的2倍。

不同型號熱電偶補償導(dǎo)線正極絕緣層顏色均為紅色層，負極顏色不同，可根據(jù)絕緣層顏色區(qū)分補償導(dǎo)線型號。

正確方法：正確區(qū)分熱電偶及熱電偶補償導(dǎo)線正負極，極性不能反接。

5、熱電偶補償導(dǎo)線與接線端子接觸不良

熱電偶補償導(dǎo)線比較硬，導(dǎo)線與接線端子間在接線或使用過程中容易出現(xiàn)接觸不良，此類故障現(xiàn)象反映為儀表或DCS系統(tǒng)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(fù)儀表正常測量顯示。

6、熱電偶與補償導(dǎo)線連接點溫度超過規(guī)定的使用范圍

普通熱電偶補償導(dǎo)線使用溫度在0-100℃；耐高溫補償導(dǎo)線使用溫度在0-200℃。比如R型熱電偶補償導(dǎo)線Rc和S型熱電偶補償導(dǎo)線Sc均為補償型補償導(dǎo)線，在各類補償導(dǎo)線中準確度最低，在0-60℃環(huán)境中使用誤差較小，在0-150℃環(huán)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(dǎo)線使用環(huán)境溫度不超過100℃，高溫型熱電偶補償導(dǎo)線使用可達200℃

7、熱電偶補償導(dǎo)線中間有接頭，接頭處接觸不良

在熱電偶補償導(dǎo)線生產(chǎn)過程中單位長度內(nèi)接頭數(shù)量對于生產(chǎn)商而言有相關(guān)質(zhì)國家量標準約束，生產(chǎn)商會做相應(yīng)處理。在長距離敷設(shè)補償導(dǎo)線中長度不夠需要接線，常見施工人員將補償導(dǎo)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(xiàn)測量不準，誤差增加。

正確方法：如需要延長補償導(dǎo)線長度，應(yīng)將同型號補償導(dǎo)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(dǎo)線與動力電纜平行敷設(shè)，信號被干擾

某企業(yè)在施工過程中將熱電偶補償導(dǎo)線與電氣動力平行敷設(shè)在同一電纜橋架中，系統(tǒng)投入使用后出現(xiàn)DCS系統(tǒng)顯示熱電偶溫度忽高忽低，經(jīng)反復(fù)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(dǎo)線與動力電纜同向敷設(shè)，將電力橋架與儀表信號橋架分別敷設(shè)，并采用屏蔽型補償導(dǎo)線。如避免不了補償導(dǎo)線與動力電纜在同一橋架，橋架內(nèi)部應(yīng)設(shè)置屏蔽隔板或交叉敷設(shè)，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(dǎo)線，因信號衰減和干擾引入測量誤差

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

處理方法：

①需要長距離敷設(shè)補償導(dǎo)線，補償導(dǎo)線線徑應(yīng)不低于Φ1.5mm2，減少mV信號衰減。

②選用屏蔽型補償導(dǎo)線，并將屏蔽層按規(guī)范接地（必須讓屏蔽層在補償導(dǎo)線一端接地，接地并入儀表信號接地網(wǎng)，禁止將接地并入工廠電氣接地網(wǎng)），避免因屏蔽層接地不正確而引入測量誤差。

③使用溫度變送器，將就地熱電偶信號轉(zhuǎn)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，不需要補償導(dǎo)線？

熱電偶溫度變送器通常安裝在熱電偶接線盒內(nèi)和控制柜內(nèi)，這是兩種不同結(jié)構(gòu)的溫度變送器：

①溫度變送器安裝在熱電偶接線盒內(nèi)構(gòu)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，輸出為二線制4-20mA信號,變送器與顯示儀表或DCS系統(tǒng)直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導(dǎo)線。

②如果溫度變送器安裝在控制柜內(nèi)，熱電偶與溫度變送器之間連接必須使用補償導(dǎo)線，變送器與顯示儀表或DCS系統(tǒng)直接用雙絞線或兩芯屏蔽電纜連接，不使用熱電偶補償導(dǎo)線。

正確方法：熱電偶溫度變送是否使用補償導(dǎo)線必須按實際應(yīng)用來確定。

正確使用熱電偶補償導(dǎo)線,相關(guān)從業(yè)人員需要了解熱電偶工作原理和補償導(dǎo)線工作原理,更要有強烈責任感和認真踏實的工作態(tài)度,這樣才能避免上面所述錯誤發(fā)生,從而保證熱電偶精確。