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補償導(dǎo)線使用中產(chǎn)生的錯誤及誤差

1. 熱電偶補償導(dǎo)線正負極與熱電偶接反
    如果將熱電偶補償導(dǎo)線的正負極與熱電偶正負極接反,而熱電偶的正負極與儀表的正極連接是正確的,這種錯誤在應(yīng)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(dǎo)線產(chǎn)品很多標注不規(guī)范,難以辨認;有些甚至是生產(chǎn)廠家將顏色標錯。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(jù)中間導(dǎo)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(dǎo)線,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(dǎo)線補償值的2倍。對于k型偶,微分電勢值基本在40℃/(μv)左右,測量溫度大約比實際溫度低16℃。如果控制溫度設(shè)定在600℃,實際溫度應(yīng)該在616℃左右。
    從上面的分析可以看出,當(dāng)熱電偶補償導(dǎo)線正負極接反,不僅沒有起到補償作用,誤差比不接補償導(dǎo)線還增加一倍,因此補償導(dǎo)線在連接時一定要注意極性。
    如果不能確定熱電偶補償導(dǎo)線極性時,可以取一段補償導(dǎo)線,將一端絕緣去掉后擰在一起,放在熱水杯中,用普通萬用表直流電壓量程***低檔測量另一端的2根線,萬用表上會顯示測量電壓的正負,信號的正極為補償導(dǎo)線的正極。
2. 使用的補償導(dǎo)線型號不對
    同種補償導(dǎo)線配同種熱電偶,如果所選的補償導(dǎo)線種類不對,一樣產(chǎn)生誤差。假設(shè)使用s型熱電偶,選擇了k型偶的補償導(dǎo)線kx,如圖5所示。
根據(jù)中間導(dǎo)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(dǎo)線sc,不考慮補償導(dǎo)線自身誤差,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(dǎo)線儀表測量值由此產(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型熱電偶工作溫度為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
儀表測量溫度比實際溫度高。如果儀表控制在900℃時,實際值只有875.1℃,誤差24.9℃。
如果上述情況又將極性接反,儀表測量值偏高,儀表顯示900℃時,實際溫度為933.2℃,誤差33.2℃。
3. 補償導(dǎo)線與導(dǎo)線混用
    在實際應(yīng)用中,經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)由于補償導(dǎo)線不夠長用普通導(dǎo)線連接,或補償導(dǎo)線斷后接上一段普通導(dǎo)線,見圖6所示。
    圖6中給出了2種補償導(dǎo)線和普通導(dǎo)線混用的情況。對于圖6(b)的情況,用中間導(dǎo)體定律來分析,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(dǎo)線為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(dǎo)線連接沒有影響。
    如果tn與t2溫度不相等,因為有一段補償導(dǎo)線,接點tn也是遠離熱工設(shè)備周圍,tn總是小于t3,在室溫下與t2差別不大時,ec(tn,t2)電勢較小,用導(dǎo)線連接影響不大。
對于圖6(a)的情況,用中間導(dǎo)體定律來分析,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(dǎo)線中的任1個電極與連接導(dǎo)線的電勢。
如果tn1=tn2,eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)=0,中間連接導(dǎo)線沒有影響。
如果tn1≠tn2,eyx1c(tn1)+ecy1x(tn2)≠0,中間連接導(dǎo)線影響取決于補償導(dǎo)線的材料yx1與連接導(dǎo)線材料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(dǎo)線使用中注意事項
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。

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