热电偶检定中补偿导线的使用问题

岑淑琼，于召亮

(广东省计量科学研究院，广东广州，510405)

为了保证热电偶测量结果的准确可靠，新制造和使用中的热电偶需进行检定或校准。检定热电偶一般使用JJG351－96工作用《廉金属热电偶》检定规程或JJF1262－2010《铠装热电偶》校准规范。检定规程适用于长度不小于750 mm的热电偶的检定;校准规范适用于金属套管长度不小于500 mm的热电偶的校准。检定规程与校准规范均要求热电偶的参考端需引入冰点恒温器内，但在日常检定中因短型热电偶与热电偶材质过硬，热电偶参考端无法引入冰瓶的情况经常发生，所以为了补偿参考端的温度，常常引入补偿导线进行检定。JJG351－96对补偿导线的检定方法与技术指标，以及带补偿导线热电偶的检定方法均做了规定;JJF1262－2010也对补偿导线引入的不确定度作了分析。但在日常检定中发现，连接补偿导线前后热电偶的检定结果有一定差异，甚至无法判断热电偶是否合格。因此，本文主要讨论工作用廉金属热电偶需连接补偿导线进行检定或校准的问题，以便更好地开展检定工作。

1 热电偶配用补偿导线测温原理

图1 测温原理图

热电偶配用补偿导线进行检定的连接方式如图1。热电偶和补偿导线组成的回路，根据热电偶四大定律中的连接导体定律与中间温度定律，其回路总的热电势为

式中:Tn为偶丝和补偿导线连接点的温度;T0为补偿导线与仪表连接处温度;T为测量端温度。

2 使用补偿导线检定需注意的问题

1)须选用经检定允差为 (100±0.2)℃的延长型补偿导线;

2)参考接点温度不得超过100℃;

3)热电偶长度不小于350 mm，热电偶加补偿导线的总长度不小于750 mm;

4)只限于检定Ⅱ级允差热电偶;

5)使用相应型号的补偿导线;

6)补偿导线与热电偶的正负极务必连接正确。

3 实验

选用经检定允差为 (100±0.2)℃的φ 0.3 mm的K型热电偶作补偿导线，在补偿导线与热电偶连接处放置恒温瓶，用于改变环境温度，按图2连接进行热电偶检定。

图2 实验装置图

改变恒温瓶的温度，得出检定结果如表1。

不连接补偿导线，直接对热电偶进行检定，得出检定结果如表2。

表2 不连接补偿导线直接检定数据 ℃

从以上数据可以看出，即使补偿导线的使用完全满足规程的要求，极性与偶型全部都正确，由于补偿导线与热电偶连接处的环境温度不同，依然会造成检定结果的差异，导致无法判断热电偶合格与否。

由实验数据得出:当补偿导线与热电偶连接处的环境温度为0℃时，其检定结果与不使用补偿导线的检定结果相吻合。

4 补偿导线引入误差的修正值

在使用补偿导线检定时，根据规程及一般的操作方法，对检定数据进行处理时，(1)式默认为

也就是说，常规处理方法的热电偶使用补偿导线后，相当于把热电偶的参考端温度从Tn移到温度T0处，但此种情况成立的前提条件是

在实际检定中，被检热电偶在Tn点的热电势不等于补偿导线在Tn点的热电势，即

那么测量中就会引入误差，可根据式 (5)，(6)修正:

根据以上分析，对这次实验的被检偶与补偿导线在不同环境温度下各Tn点作误差分析，结果见表3。

表3 被检偶与补偿导线的误差分析 ℃

Ⅱ级允差热电偶判定合格的条件是误差≤±2.5℃或0.75%t(t表示检定点温度)，而补偿导线的允差要求是(100±0.2)℃，所以在Tn点所造成的误差最高可能达到2.7℃，对于判断热电偶是否合格，会引入很大的不确定度。

所以按一般方法带补偿导线检定热电偶，其不确定度分析并不能像JJF1262－2010的补偿导线不确定度分析那样只从补偿导线的本身的特性来评定，还需分析被检热电偶在Tn温度点时的热电势，若想把不确定度降低，则应测量被检热电偶在Tn温度点时的热电势，并加入修正值。

将表3中得出的修正值带入本次实验结果中，0802#，0803#热电偶修正后的检定结果见表4。

由表4可以看出加入修正后的结果接近热电偶参考端直接插入冰瓶时的测量结果，因此建议在日常检定使用补偿导线时引入被检偶在常温下的检定步骤，并加入修正，作为最终的测量结果。

日常检定中需要用补偿导线检定的热电偶通常比较短或者材质过硬，导致热电偶参考端无法引入冰瓶，要测量其在常温下的热电势可通过带有补偿功能的数字仪表。因为检定温度较低，就能减少因高温炉漏热及热电偶丝传热对参考端的影响，可以利用周围的空气温度通过带有补偿功能的数字仪表计算并修正。

表4 加入修正的误差结果 ℃

5 结论

带补偿导线检定热电偶，补偿导线与被检偶的接点温度对检定结果有一定的影响，这种影响需根据被检热电偶测温特性与补偿导线的特性评定。因此，为了更好地进行需要引入补偿导线的热电偶检定或校准，除了要严格按照规程的规定以及注意极性相符、偶型相同的要求［7］外，还需注意以下几点:

1)保证与热电偶接线端连接的两个接点温度稳定，同时保持两个接点的温度相等。

2)分析被检热电偶在接点温度的热电势，以便得到修正值。

［1］林松.热电偶检定中补偿导线和铜导线的使用问题 ［J］．上海计量测试，2009(3):29－30.

［2］王忠伟.带补偿导线热电偶测温时的误差分析和修正方法［J］．工业计量，2008(6):34－36.

［3］何晓舟，姜巧红，刘娟.加接补偿导线对短型廉金属热电偶的检定［J］．企业标准化，2008(9):47.

［4］胡志刚，魏世湖.热电偶补偿导线应用机理探讨 ［J］．机械研究与应用，2002(9):26－28.

［5］国家技术监督局.JJG 351－96工作用廉金属热电偶检定规程［S］.北京:中国计量出版社，1996.

［6］李吉林，汪道开，张锦霞，等.温度计量 ［M］，北京:中国计量出版社，1999.

［7］尹代冬，谢锴.热电偶测温过程中温度跳变问题的分析及处理 ［J］.计测技术，2011，31(6):31－32.