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补偿导线工作原理是什么？

由热电偶的测温原理可知，热电偶产生的热电势与热端（又称测量端）、参比端（又称冷端）的热电势有关，只有参比端温度t1 为零或恒定不变，热电势才是热端温度的单值函数（见图1）。如果不补偿的话，则热电偶的参比端温度与仪表接线端温度t2间的温差t1-t2越大，测量误差也越大。由于大多数热电偶的热电势与温度的关系近似线性，所以造成的测量误差大致等于上述温差。以K 分度号的镍铬-镍硅热电偶为例，当t1=50℃，t2=20℃时，如热端温度为1000℃，则显示温度仅969℃，误差达31℃。

实际应用时，由于热电偶参比端的接线盒通常暴露在大气中，温度变化较大，如不采取措施，接线盒内温度既不可能为零，也不可能保持某个温度恒定不变，由此引起测量误差。由于与热电偶相连的二次仪表（如显示器、记录仪）、I/O插卡等均带环境温度补偿，可对这些装置与热电偶的接线点（即仪表接线端）温度t2进行补偿。由此可见，关键是如何对热电偶的参比端温度t1 进行补偿。目前有多种参比端补偿方法，如恒温法、补偿电桥法、补偿热电偶法、补偿导线法等，但最常用的就是补偿导线法。

本文首先叙述补偿导线的原理和分类，然后介绍补偿导线应用中通常需要了解的几个问题。

二、补偿导线的工作原理及分类

1、补偿导线的工作原理

在一定温度范围内，热电性能与热电偶热电性能很相近的导线称为热电偶的补偿导线。

按热电偶中间温度定则，热电偶测温回路的总电势值只与热端和参比端的温度有关，而不受中间温度变化的影响，所以可用与热电偶材料相匹配的补偿导线来代替需要延伸的贵重热电偶材料，将参比端由热电偶接线盒延伸到仪表接线端，由补偿导线对原参比端温度进行补偿。

补偿导线除了可减少测量误差外，还有以下优点：可改善热电偶测温线路的物理性能和机械性能，如采用多股线芯或小直径补偿导线可提高线路的柔韧性，使连接方便，也易于屏蔽外界干扰；可降低测量线路成本。

2、补偿导线的分类

从原理上分延长型和补偿型，延长型其合金丝的名义化学成分与配用的热电偶相同，因而热电势也相同，在型号中以"X"表示，补偿型其合金丝名义化学成分与配用的热电偶不同，但在其工作温度范围内，热电势与所配用热电偶的热电势标称值相近，在型号中以"C"表示。

从补偿精度分普通级和精密级，精密级补偿后的误差大体上只有普通级的一半，通常用在测量精度要求较高的地方。如S、R分度号的补偿导线，精密级的允差为±2.5℃,普通级的允差为±5.0℃;K 、N分度号的补偿导线，精密级的允差为±1.5℃,普通级的允差为±2.5℃。在型号中普通级的不标，精密级的加"S"表示。

从工作温度分一般用和耐热用，一般用工作温度为0 ~ 100℃（少数为0 ~ 70℃）;耐热用工作温度为0 ~ 200℃。

此外，可以线芯多少分为单股和多芯（软线）补偿导线，以是否带屏蔽层分为普通型和屏蔽型补偿导线，还有专用于防爆场合的本质安全电路用的补偿导线。

“热电偶”为什么要用专用的补偿导线？

在使用热电偶测温时，要求热电偶的参考端温度必须保持恒定。由于热电偶一般做得比较短，尤其是贵金属材料制成的热电偶更短。

这样，热电偶参比端离被测对象很近，使参考端温度较高且波动很大。所以，应该用较长的热电偶，把参考端延长到温度比较稳定的地方。这种办法对于价格便宜的热电偶还比较可行，对于贵金属则很不经济，同时不便于敷设热电偶线。

考虑到热电偶参考端所处温度常在100℃以下，补偿导线在此温度范围内，具有与热电偶相同的温度-热电势关系，可以起到延长热电偶的作用，且价格便宜，宜于敷设。所以，在使用热电偶时要连接补偿导线

使用补偿导线的目的，除了将热电偶的冷端从高温处移到环境温度较稳定的地方外，同时能节省大量价格较高的贵金属和性能稳定的稀有金属；使用补偿导线也便于安装和线路的敷设；用较粗直径和电导率大的补偿导线代替热电偶线，可以减少热电偶回路电阻，以利于动圈式显示仪表的正常工作。

　　使用热电偶补偿导线应注意：

　　（1）各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用，就是各种热电偶和所配用的补偿导线在规定温度(0～100℃)范围内热电特性必须是相同的。

　　（2）补偿导线猖热电偶连接点的温度不得超过规定的使用温度。

　　（3）补偿导线和热电偶、仪表连接时，正负极不能接错，而且两端接点要处于相同的温度。

　　（4）要根据所配仪表的线路电阻要求，选用补偿导线线径。