热电偶补偿导线的原理和作用

热电偶补偿导线原理

前些天一个客户打电话来咨询，反馈热电偶测温不准，经过绍兴中仪工程师的分析，发现客户工厂里测温用的K型热电偶，但连接热电偶与ZYW330RG四十路无纸记录仪中间的导线使用的是普通2芯铜线，zui后客户替代成K型热电偶补偿导线后，故障排除，测温精确了。其实经绍兴中仪电子有限公司工程师在现场工地发现，很多客户由于没有正确使用热电偶补偿导线而出现很多标题，如测量的温度不精确或体现跳动不稳定等。

这里小编为您分析热电偶补偿导线的原理、热电偶补偿导线的作用和热电偶补偿导线的使用方法等。

热电偶补偿导线与一般导线的区别

热电偶补偿导线是用于热电偶延长，即热电偶信号传递使用，起到信号补偿作用，使得温度测量精确。一般导线只能就起到电压电流传输作用。

热电偶由于成本低，测温范围宽(特别是高温测量，如K电偶可测量温度达1000以上)，选择性多样而成为工业现场使用zui为广泛的温度传感器，测温热电偶和相应补偿导线、体现控制仪表、PLC系统或DCS系统构成热电偶测温系统，热电偶回路中使用补偿导线后热电偶电势值仅与测量端温度和补偿导线与仪表连接处温度有关系，热电偶补偿导线的作用是延长热电极（即移动热电偶参考端）又节省高成本热电偶材料。

简单的热电偶测温系统示意图

热电偶补偿导线是在一定温度范围内与所匹配分度号的热电偶有相通热电势标称值的导线。以下简要列出几类常见的工业现场错误使用补偿导线案例，希望大家在看完后有所收获。

先了解热电偶补偿导线的原理、功能、作用方法和过细事项，就能充分发挥热电偶补偿导线的作用，否则就会适得其反，正确使用热电偶补偿导线，干系从业人员需要了解热电偶工作原理和补偿导线工作原理，更要有强烈责任感和认真踏实的工作态度，在工业生产中，虽然热电偶作为温度传感器，已经广泛使用于温度测量和控制，人们对此也比较熟悉，但如果在使用中不过细正确的使用方法，就会给测温和温控造成很大的偏离，严重时会直接造成经济损失，所以应该引起重视，这样才能避免上面所述错误发生，从而保证热电偶的测温精度，以上介绍了热电偶补偿导线的错误使用，下面介绍一下使用过程中的过细事项。

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体现仪表，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，淬火温度测量不精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精确。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体现仪表，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替代为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，故障现象表现为体现仪表或DCS系统温度体现值一般偏小。

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，恢复体现控制仪表或无纸记录仪正常体现值。

4、热电偶补偿导线正负极性接反，引入测量误差

某化工厂在替代现场热电偶后出现温度测量值与实际温度有较大偏差，无意高无意低。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体现值变化很大：

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，仪表体现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，仪表体现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通时，仪表体现温度与实际温度相通。

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系统无体现值或体现值超量程。

处理方法：紧固接线端子，消除接触不良故障，回复仪表正常测量体现。

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，在各类补偿导线中精确度zui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干系质国家量标准约束，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通极性线相连接，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系统体现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zui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，zui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系统温度体现值波动。

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，变送器与体现仪表或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，变送器与体现仪表或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。

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。

连接热电偶和导轨式温度变送器必须使用补偿导线

使用中过细事项

补偿导线的选择

补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。例如K型偶应该选择K型偶的补偿导线，根据使用场合，选择工作温度范围。通常KX工作温度为-20～100℃，宽范围的为-25～200℃。普通级误差为±2.5℃，精密级为±1.5℃。

接点连接

与热电偶接线端2个接点尽可能近一点，尽量保持2个接点温度划一。与仪表接线端连接处尽可能温度划一，仪表柜有风扇的地方，接点处要保护不要使得风扇直吹到接点。

使用长度

因为热电偶的信号很低为微伏级，如果使用的距离过长，信号的衰减和环境中强电的干扰偶合，足可使热电偶的信号失真，造成测量和控制温度不精确，在控制中严重时会产生温度波动。

根据我们的经验，通常使用热电偶补偿导线的长度控制在15米内比较好，如果超过15米，建议使用绍兴中仪的SBWR热电偶温度变送器进行传送信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流DC4-20mA传送，抗干扰能力较强。

布线方式

补偿导线布线一定要远离动力线和干扰源。在避免不了穿越的地方，也尽可能采用交叉方式，不要平行铺设。

屏蔽补偿导线

为了提高热电偶连接线的抗干扰性，可以采用屏蔽补偿导线。对于现场干扰源较多的场合，效果较好。但是一定要将屏蔽层严格接地，否则屏蔽层不仅没有起到屏蔽的作用，反而会增强信号干扰。