热电偶配用补偿导线测温的误差分析及其实验研究

　　一、引　　言

　　热电偶配用补偿导线测量温度十分普遍,有关的使用手册中规定补偿导线的使用温度范围是0~100℃或0~150℃。大多数用户误认为,只要使用温度没有超值,测温就是准确的,实际并非如此,例如,某电厂使用镍铬-镍硅配用补偿导线测量主蒸汽的温度,由于热电偶偶丝与补偿导线连结处的温度高达150℃,以致产生很大的温度测量误差,当时也没有意识到,结果发生了严重的事故,造成了一定的损失,事后查明原因是,连结点的温度太高。热电偶配用补偿线的原理表明,连结点的温度的高低直接影响着温度测量误差的大小,实际使用时,要把连接点放在合适的温度处,或根据连结点的温度进行误差修正。

　　本文运用热电偶配用补偿导线测温原理,分析了测温误差,提出了误差修正的方法,给出了镍铬-镍硅热电偶配用铜-康铜作补偿线的测温误差修正值,并经实验研究,验证了本文的分析结果。

　　二、热电偶配用补偿导线测量温度的原理

　　热电偶与补偿导线的连接方式如图1所示,图中A、B为热电偶偶丝,A′B′为补偿导线,根据热电偶连接导线定律,回路总的热电势为:

式中tn———偶丝和补偿导线连结点的温度

　　在某一温度范围内,下式近似成立:

　　将(2)式代入(1)式得:

　　(3)式就是热电偶使用补偿导线的测温原理,公式说明,使用补偿导线后,相当于把热电偶的参比端移到温度t0处,另外,(3)式成立的条件是,在某一温度tn时,EA′B′(tn,t0)=AAB(tn,t0),或者在tn的某一范围内,EA′B′(tn,t0)≈EAB(tn,t0),此时会引入测温误差。

　　三、热电偶配用补偿导线测温误差分析

　　对于同一介质温度t,使用热电偶和同种偶丝材料作延长线,以及热电偶和别的金属丝作补偿导线这两种测温体系来测定,连结点的温度为tn,测量简图如图2所示,这两种测量体系所测得的热电势分别为:

　　将(4)和(5)式代入(6)式得

　　(7)式说明,使用补偿导线后,两种测温体系测得的总的热电偶差值为在温差tn-t0下,热电偶偶丝和补偿导线的热电势之差。这个差值便是使用补偿导线后引入的误差。

　　(7)式还说明,ΔE是tn和t0的函数,在t0不变时,ΔE只与tn有关,也就是说,使用补偿导线引入的测温误差与偶丝和补偿导线连结点处的温度tn有关,在知道了热电偶材料、补偿导线材料和tn后,这个测温误差是可以修正的。

　　表1是镍铬-镍硅(铝)热电偶和补偿导线铜-康铜t0=0℃,tn=0~200℃时的热电势及它们之间的差值。从表1中可以清楚地看出,在0℃和40℃时,它们的热电势相等,即tn=40℃,使用补偿导线测量温度与使用热电偶的测量值相等,不存在测温偏差。