张 丽
(山西省电力建设四公司，山西太原 030012)
在热控实验室常规的热电偶温度测量中，经常使用到补偿导线。如果对补偿导线的使用不恰当，会导致热电偶的测温结果出现很大的误差，直接影响到热控工作的各个环节。所以，要对热电偶补偿导线的使用方法、原理、注意要点等熟练掌握。
1 工作原理
热电偶补偿导线是在一定温度范围内(包括常温)，其热电性能与之匹配的热电偶热电性能非常相近的导线，由绝缘层、护套、屏蔽层组成，用来连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。热电偶往往是由比较贵重的材料制成，而热电偶测温回路的总电势不受中间温度变化的影响，补偿导线就是用来代替贵重材料的，将需要测温的热电偶与测温仪器相连，对原参比端温度进行补偿。使用补偿导线，不但不影响测量结果，还方便操作，更节约了测量成本，经济效益非常明显。采用一支K型热电偶，用VSP．R-992工业热电偶自动测量系统进行热电偶的周期检定，在使用补偿导线及用普通铜线代替时各检定次，检定点400℃时，未使用补偿导线的热电偶测定值为16．164，误差在5．4℃左右，使用补偿导线的热电偶测定值为16．296，误差在2℃左右;检定点600℃时，未使用补偿导线的热电偶测定值为24．591，误差在7℃左右，使用补偿导线的热电偶测定值为24．875，误差在0．6℃左右;检定点800℃时，未使用补偿导线的热电偶测定值为33．856，误差在10℃左右，使用补偿导线的热电偶测定值为33．267，误差在0．2℃左右。
2 补偿导线常用术语及性能
2．1 允差
允差是由于测量系统中引用了补偿导线而产生的最大偏差，用微伏表示，允差的大小分为精密级和普通级。
2．2 绝缘层、护套、屏蔽层
常用的补偿导线绝缘层和护套是以聚氯乙烯为主体材料;耐热用补偿导线的绝缘层是以聚四氟乙烯为主体材料，护套是以聚四氟乙烯或无碱玻璃丝为主体材料，屏蔽层采用镀锡铜丝或镀锌钢丝纺织或用复合铝(铜)带缠绕。
2．3 符号
S表示热电特性为精密级补偿导线。普通级补偿导线不标字母;G表示一般用补偿导线;H表示耐热用补偿导线;R表示线芯为多股的补偿导线。线芯为单股的补偿导线不标字母;P表示有屏蔽层的补偿导线;V表示绝缘层或护套为聚氯乙烯材料(PVC);F表示绝缘层为聚四氟乙烯材料;B表示护套为无碱玻璃丝材料。
2．4 绝缘电阻
环境温度为15℃ ～35℃，相对湿度不大于80%时，补偿导线的线芯间和线芯与屏蔽层之间的绝缘电阻每10 m不小于5 MΩ。
2．5 耐热性能
耐热用补偿导线应经受220℃ ±5℃历时24 h耐热性能试验后，立即将试样在5倍其直径的圆柱体上弯曲180°后应表面无裂纹，补偿导线的线芯间和线芯与屏蔽层之间的绝缘电阻每米不小于25 MΩ。
2．6 防潮性能
耐热用补偿导线应经受环境温度40℃ ±2℃，相对湿度95% ±3%，历时24 h防潮性能试验后，补偿导线的线芯间和线芯与屏蔽层之间的绝缘电阻每米不小于25 MΩ。
3 补偿导线的选择
3．1 根据现场环境
1)延长型:合金丝的化学成分及热电动势与配用的热电偶相同，以热电偶分度号+字母“X”表示，如“KX”就表示K型热电偶用延长型补偿导线。2)补偿型:合金丝的化学成分与配用的热电偶不同，但热电动势值在0℃ ～200℃时与配用热电偶的热电动势相同，以热电偶分度号+字母“C”表示，如“KC”就表示K型热电偶补偿型补偿导线，“KCA”“KCB”等。
3．2 根据工作条件
1)按线芯多少分为单股和多芯补偿导线。2)以是否带屏蔽层分为普通型和屏蔽型补偿导线。3)防爆专用的安全线路用的补偿导线。
4 使用补偿导线常见的问题
4．1 与热电偶正负极接反
因各个厂家目前对热电偶补偿导线的标注不很规范，难以辨认正负极，在热电偶测定时极易接反，导致检定结果误差。
1)正确连接时，根据中间导体定律，仪表所接收的总热电势为:
2)若正负极接反，则仪表所接收的总热电势为:
对于KX延伸型补偿导线，有:
通过上式计算可得产生的误差为:
综上所述，由此产生的误差正好是补偿导线补偿值的2倍，炉温比控制间的温度一般高8℃，若控制温度为400℃，实际温度就是416℃左右。所以，在连接补偿导线时，一定要注意导线的极性，避免接反。补偿导线的正负极一般可以根据导线材料颜色来判别，但为了保险起见，可用更准确的实验方法来区别:将补偿导线的两端各剥去一小段绝缘层，将两根导线的一端拧在一起，然后放入沸水中。另一端分别与铜导线连接后插入冰点槽中，再将铜导线引到直流电位差计的测量端。测量结果如果与分度表中列出的其中一个热电偶数值相符合，就可知道该补偿导线的型号及其正负极:与直流电位差计正端连接的电极就是补偿导线的正极，与负端连接的电极即为补偿导线的负极。
4．2 与普通导线混用
实际测量中，经常遇到补偿导线长度不够的情况，测量人员图省事，往往会用普通导线来续接，根据中间导体定律可知:误差与所测量的热电偶材料有关，通常越贵重金属制成的热电偶受到的影响要大点。
4．3 补偿导线型号不符
同样是补偿导线，选用时若与热电偶的型号不符，测量结果也会出现误差。比如用K型热电偶的补偿导线用到S型热电偶上，根据中间导体定律计算后，可知测量出的温度比实际温度要高。
5 补偿导线的正确使用
1)正确选择所需的型号。补偿导线选择时不但要注意热电偶的种类，而且还要根据工作温度，综合起来正确选择。
2)正确分清正负极(见上节)。
3)不能与普通导线混用(见上节)。
4)注意接点连接。在仪表盘内接线时，仪器本身因通电而温度升高，使接线端子处的温度高于仪表盘接线端子处的温度。热电偶的补偿导线引到仪表盘后，如果将补偿导线接到仪表盘的接线端子上，而仪表盘的接线端子与仪表接线端子间用铜线连接，上述温差就会造成测量误差。所以应该将补偿导线绕过仪表盘的接线端子直接与仪表的接线端子相连。
5)注意使用长度。热电偶的信号比较低，如果补偿导线的距离过长，因为环境中强电的干扰及本身信号的衰减，会使热电偶测量值出现误差。经多次试验验证，补偿导线的长度在15 m内时，测量结果误差不大，超过15 m则会直接影响到测量结果的准确性。若条件所迫必须使用超过15 m的导线时，最好使用温度变送器传送信号。
6)布线。动力线路和强磁场会干扰补偿导线的传输信号，所以，补偿导线布线时要考虑远离这些干扰源。穿越动力线路时，要采用交叉方式，不可以与之平行。如果现场干扰源太多且无法避免，可以采用热电偶屏蔽补偿导线的方法，增强补偿导线的抗干扰性。在使用过程中一定要注意将屏蔽层接地，否则反而会增强干扰，造成测量误差更大。
