补偿导线法

定义与目的

补偿导线法是在热电偶的两根热电极与测量仪表之间接入一对专用导线，把热电偶的冷端（参考端）从靠近工作端、温度波动大的位置延伸到温度恒定或波动很小的场所（如仪表室）。其目的有两个：一是使冷端温度稳定，从而保证热电动势与工作端温度之间保持单值函数关系；二是避免为延长冷端而直接加长贵金属热电极，降低投资并便于安装。

原理与依据

热电偶输出的热电动势取决于工作端温度 $t$ 与冷端温度 $t_0$ 两者各自对应的热电特性之差；一般不能仅由温差 $t-t_0$ 决定，只有在窄温区内热电特性近似线性、Seebeck系数近似不变时，才可近似看作与温差对应。若冷端温度波动，则同一工作端温度下输出会变化，产生测量误差。补偿导线本身也是一对导体，它与热电极在接线盒处形成新的接点。根据中间温度定律，只要补偿导线在所用温度范围内与配接热电偶具有一致的热电特性，且热电偶与补偿导线的两个接点温度相同，则接入补偿导线后总热电动势不变，相当于把热电极延长到了新的冷端位置。

补偿导线的类型

补偿导线按与热电极材料的关系分为两类：

• 延长型（X型）：合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用热电偶相同，用字母“X”附在分度号后表示。
• 补偿型（C型）：合金丝化学成分与配用热电偶不同，但在低温区（通常100℃以下）热电势标称值与配用热电偶相同，用字母“C”附在分度号后表示。

使用条件与注意事项

1. 补偿导线只能用于规定的温度范围内，课件给出为0~100℃，教材给出为0~150℃，实际应以所选补偿导线的规定范围为准。
2. 热电偶与补偿导线的两个接点处必须保持温度相同，否则中间温度定律的条件被破坏，会引入附加误差。
3. 不同型号的热电偶必须配用对应型号的补偿导线，不能混用。
4. 补偿导线的正、负极必须分别与热电偶的正、负极相连，极性接反会使热电动势相减而非相加。
5. 补偿导线的作用只是把冷端延长到新的位置，延伸后的冷端并不等于0℃冷端；若新冷端温度不为0℃，仍需按冷端温度校正法进行修正。

符号与单位

• $t$：工作端温度，单位℃。
• $t_0$：冷端实际温度，单位℃。
• $E(t,t_0)$：冷端为 $t_0$、工作端为 $t$ 时仪表测出的热电动势，单位mV。
• $E(t,0)$：冷端为0℃、工作端为 $t$ 时的热电动势，单位mV。
• $E(t_0,0)$：冷端为0℃、工作端为 $t_0$ 时的热电动势，单位mV。

适用范围

补偿导线法适用于需要把热电偶冷端远离工作端、且冷端环境温度波动较大的场合。对于贵金属热电偶，采用补偿导线可显著节省贵金属；对于非贵金属热电偶，通常直接用与热电极相同的材料作为补偿导线。补偿导线不能改变热电偶本身的分度特性，也不能替代冷端温度校正或冷端恒温措施。