熱電偶檢定中補償導線的使用問題

岑淑瓊，于召亮

(廣東省計量科學研究院，廣東廣州，510405)

為了保證熱電偶測量結果的準確可靠，新制造和使用中的熱電偶需進行檢定或校準。檢定熱電偶一般使用JJG351－96工作用《廉金屬熱電偶》檢定規程或JJF1262－2010《鎧裝熱電偶》校準規范。檢定規程適用于長度不小于750 mm的熱電偶的檢定;校準規范適用于金屬套管長度不小于500 mm的熱電偶的校準。檢定規程與校準規范均要求熱電偶的參考端需引入冰點恒溫器內，但在日常檢定中因短型熱電偶與熱電偶材質過硬，熱電偶參考端無法引入冰瓶的情況經常發生，所以為了補償參考端的溫度，常常引入補償導線進行檢定。JJG351－96對補償導線的檢定方法與技術指標，以及帶補償導線熱電偶的檢定方法均做了規定;JJF1262－2010也對補償導線引入的不確定度作了分析。但在日常檢定中發現，連接補償導線前后熱電偶的檢定結果有一定差異，甚至無法判斷熱電偶是否合格。因此，本文主要討論工作用廉金屬熱電偶需連接補償導線進行檢定或校準的問題，以便更好地開展檢定工作。

1 熱電偶配用補償導線測溫原理

圖1 測溫原理圖

熱電偶配用補償導線進行檢定的連接方式如圖1。熱電偶和補償導線組成的回路，根據熱電偶四大定律中的連接導體定律與中間溫度定律，其回路總的熱電勢為

式中:Tn為偶絲和補償導線連接點的溫度;T0為補償導線與儀表連接處溫度;T為測量端溫度。

2 使用補償導線檢定需注意的問題

1)須選用經檢定允差為 (100±0.2)℃的延長型補償導線;

2)參考接點溫度不得超過100℃;

3)熱電偶長度不小于350 mm，熱電偶加補償導線的總長度不小于750 mm;

4)只限于檢定Ⅱ級允差熱電偶;

5)使用相應型號的補償導線;

6)補償導線與熱電偶的正負極務必連接正確。

3 實驗

選用經檢定允差為 (100±0.2)℃的φ 0.3 mm的K型熱電偶作補償導線，在補償導線與熱電偶連接處放置恒溫瓶，用于改變環境溫度，按圖2連接進行熱電偶檢定。

圖2 實驗裝置圖

改變恒溫瓶的溫度，得出檢定結果如表1。

不連接補償導線，直接對熱電偶進行檢定，得出檢定結果如表2。

表2 不連接補償導線直接檢定數據 ℃

從以上數據可以看出，即使補償導線的使用完全滿足規程的要求，極性與偶型全部都正確，由于補償導線與熱電偶連接處的環境溫度不同，依然會造成檢定結果的差異，導致無法判斷熱電偶合格與否。

由實驗數據得出:當補償導線與熱電偶連接處的環境溫度為0℃時，其檢定結果與不使用補償導線的檢定結果相吻合。

4 補償導線引入誤差的修正值

在使用補償導線檢定時，根據規程及一般的操作方法，對檢定數據進行處理時，(1)式默認為

也就是說，常規處理方法的熱電偶使用補償導線后，相當于把熱電偶的參考端溫度從Tn移到溫度T0處，但此種情況成立的前提條件是

在實際檢定中，被檢熱電偶在Tn點的熱電勢不等于補償導線在Tn點的熱電勢，即

那么測量中就會引入誤差，可根據式 (5)，(6)修正:

根據以上分析，對這次實驗的被檢偶與補償導線在不同環境溫度下各Tn點作誤差分析，結果見表3。

表3 被檢偶與補償導線的誤差分析 ℃

Ⅱ級允差熱電偶判定合格的條件是誤差≤±2.5℃或0.75%t(t表示檢定點溫度)，而補償導線的允差要求是(100±0.2)℃，所以在Tn點所造成的誤差最高可能達到2.7℃，對于判斷熱電偶是否合格，會引入很大的不確定度。

所以按一般方法帶補償導線檢定熱電偶，其不確定度分析并不能像JJF1262－2010的補償導線不確定度分析那樣只從補償導線的本身的特性來評定，還需分析被檢熱電偶在Tn溫度點時的熱電勢，若想把不確定度降低，則應測量被檢熱電偶在Tn溫度點時的熱電勢，并加入修正值。

將表3中得出的修正值帶入本次實驗結果中，0802#，0803#熱電偶修正后的檢定結果見表4。

由表4可以看出加入修正后的結果接近熱電偶參考端直接插入冰瓶時的測量結果，因此建議在日常檢定使用補償導線時引入被檢偶在常溫下的檢定步驟，并加入修正，作為最終的測量結果。

日常檢定中需要用補償導線檢定的熱電偶通常比較短或者材質過硬，導致熱電偶參考端無法引入冰瓶，要測量其在常溫下的熱電勢可通過帶有補償功能的數字儀表。因為檢定溫度較低，就能減少因高溫爐漏熱及熱電偶絲傳熱對參考端的影響，可以利用周圍的空氣溫度通過帶有補償功能的數字儀表計算并修正。

表4 加入修正的誤差結果 ℃

5 結論

帶補償導線檢定熱電偶，補償導線與被檢偶的接點溫度對檢定結果有一定的影響，這種影響需根據被檢熱電偶測溫特性與補償導線的特性評定。因此，為了更好地進行需要引入補償導線的熱電偶檢定或校準，除了要嚴格按照規程的規定以及注意極性相符、偶型相同的要求［7］外，還需注意以下幾點:

1)保證與熱電偶接線端連接的兩個接點溫度穩定，同時保持兩個接點的溫度相等。

2)分析被檢熱電偶在接點溫度的熱電勢，以便得到修正值。

［1］林松.熱電偶檢定中補償導線和銅導線的使用問題 ［J］．上海計量測試，2009(3):29－30.

［2］王忠偉.帶補償導線熱電偶測溫時的誤差分析和修正方法［J］．工業計量，2008(6):34－36.

［3］何曉舟，姜巧紅，劉娟.加接補償導線對短型廉金屬熱電偶的檢定［J］．企業標準化，2008(9):47.

［4］胡志剛，魏世湖.熱電偶補償導線應用機理探討 ［J］．機械研究與應用，2002(9):26－28.

［5］國家技術監督局.JJG 351－96工作用廉金屬熱電偶檢定規程［S］.北京:中國計量出版社，1996.

［6］李吉林，汪道開，張錦霞，等.溫度計量 ［M］，北京:中國計量出版社，1999.

［7］尹代冬，謝鍇.熱電偶測溫過程中溫度跳變問題的分析及處理 ［J］.計測技術，2011，31(6):31－32.