1.熱電偶的概述

1.1 熱電偶的工作原理
熱電偶和熱電阻一樣，都是用來測(cè)量溫度的。
熱電偶是將兩種不同金屬或合金金屬焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，利用溫差電勢(shì)原理來測(cè)量溫度的，當(dāng)熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大，利用測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)這個(gè)原理來測(cè)量溫度。
結(jié)構(gòu)示意圖如下：

圖1 熱電偶測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖

注意：如上圖所示，熱電偶是有正負(fù)極性的，所以需要確保這些導(dǎo)線連接到正確的極性，否則將會(huì)造成明顯的測(cè)量誤差
為了保證熱電偶可靠、地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶端的連接要方便可靠；
④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離；
⑤ 熱電偶對(duì)于外界的比較，因此安裝還需要考慮屏蔽的問題。

1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別

屬性	熱電阻	熱電偶
的性質(zhì)	電阻	電壓
測(cè)量范圍	低溫檢測(cè)	高溫檢測(cè)
材料	一種金屬材料（溫度變化的金屬材料）	雙金屬材料在（兩種不同的金屬，由于溫度的變化，在兩個(gè)不同金屬的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差）
測(cè)量原理	電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測(cè)量	基于熱電效應(yīng)來測(cè)量溫度
補(bǔ)償	3線制和4線制接線	內(nèi)部補(bǔ)償和外部補(bǔ)償
電纜接點(diǎn)要求	電阻直接接入可以更的避免線路的的損耗	要通過補(bǔ)償導(dǎo)線直接接入到模板；或補(bǔ)償導(dǎo)線接到參比接點(diǎn)，然后用銅制導(dǎo)線接到模板

表1 熱電偶與熱電阻的比較

2. 熱電偶的類型和可用模板

2.1熱電偶類型
根據(jù)使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，以分度號(hào)區(qū)分，分度號(hào)代表溫度范圍，且代表每種分度號(hào)的熱電偶具體溫度輸出毫伏的電壓，熱電偶的分度號(hào)有主要有以下幾種。

分度號(hào)	溫度范圍(℃)	兩種金屬材料
B型	0~1820	鉑銠—鉑銠
C型	0~2315	鎢3稀土—鎢26 稀土
E型	-270~1000	鎳鉻—銅鎳
J型	-210~1200	鐵—銅鎳
K型	-270~1372	鎳鉻—鎳硅
L型	-200~900	鐵—銅鎳
N型	-270~1300	鎳鉻硅—鎳硅
R型	-50~1769	鉑銠—鉑
S型	-50~1769	鉑銠—鉑
T型	-270~400	銅—銅鎳
U型	-270~600	銅—銅鎳

 表2 分度號(hào)對(duì)照表

 

2.2可用的模板

CPU類型	模板類型	支持熱電偶類型
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0（8點(diǎn)）	E,J,K,L,N
	6ES7 331-7KB02-0AB0（2點(diǎn)）	E,J,K,L,N
	6ES7 331-7PF11-0AB0（8點(diǎn)）	B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0（8點(diǎn)）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
	6ES7 431-7QH00-0AB0（16點(diǎn)）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
	6ES7 431-7KF00-0AB0（8點(diǎn)）	B,E,J,K,L,N,R,S,T,U

表3 S7 300/400 支持熱電偶的模板及對(duì)應(yīng)熱電偶類型

3. 熱電偶的補(bǔ)償接線

3.1 補(bǔ)償
熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求冷端的溫度保持不變，這樣產(chǎn)生的熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)冷端的溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以需要對(duì)冷端溫度變化造成的影響采取一定補(bǔ)償?shù)拇胧?br /> 由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到控制儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，成本可以用補(bǔ)償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較的控制室內(nèi)，但補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)要和熱電偶的導(dǎo)線材質(zhì)相同。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端到控制室的儀表端子上，它本身并不能冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正來補(bǔ)償冷端溫度變化造成的影響，補(bǔ)償見下表。

溫度補(bǔ)償		說 明	接 線
內(nèi)部補(bǔ)償		使用模板的內(nèi)部溫度為參比接點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，再由模板進(jìn)行處理。	直接用補(bǔ)償導(dǎo)線連接熱電偶到模擬量模板輸入端。
外部補(bǔ)償	補(bǔ)償盒	使用補(bǔ)償盒采集并補(bǔ)償參比接點(diǎn)溫度，不需要模板進(jìn)行處理。	可以使用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點(diǎn)和模擬量模板輸入端。
	熱電阻	使用熱電阻采集參比接點(diǎn)溫度，再由模板進(jìn)行處理。
		如果參比接點(diǎn)溫度恒定可以不要熱電阻參考

表4 各類補(bǔ)償

 

3.2各補(bǔ)償接線

3.2.1內(nèi)部補(bǔ)償
內(nèi)部補(bǔ)償是在輸入模板的端子上建立參比接點(diǎn)，所以需要將熱電偶直接連接到模板的輸入端，或通過補(bǔ)償導(dǎo)線間接的連接到輸入端。每個(gè)通道組必須接相同類型的熱電偶，連接示意圖如下。

CPU類型	支持內(nèi)部補(bǔ)償模板類型	可連接熱電偶個(gè)數(shù)
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0	多8個(gè)（4種類型，同通道組必須相同）
	6ES7 331-7KB02-0AB0	多2個(gè)（1種類型，同通道組必須相同）
	6ES7 331-7PF11-0AB0	多8個(gè)（8種類型）
S7-400	6ES7 431-7KF00-0AB0	多8個(gè)（8種類型）

表5 支持內(nèi)部補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)

圖2 內(nèi)部補(bǔ)償接線

注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接補(bǔ)償端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板無。

3.2.2 外部補(bǔ)償—補(bǔ)償盒
補(bǔ)償盒是通過補(bǔ)償盒獲取熱電偶的參比接點(diǎn)的溫度，但補(bǔ)償盒必須安裝在熱電偶的參比接點(diǎn)處。
補(bǔ)償盒必須單獨(dú)供電，電源模塊必須具有充分的噪聲濾波功能，例如使用接地電纜屏蔽。
補(bǔ)償盒包含一個(gè)橋接電路，固定參比接點(diǎn)溫度，如果實(shí)際溫度與補(bǔ)償溫度有偏差，橋接熱敏電阻會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生正的或者負(fù)的補(bǔ)償電壓疊加到測(cè)量電勢(shì)差上，從而達(dá)到補(bǔ)償調(diào)節(jié)的目的。
補(bǔ)償盒采用參比接點(diǎn)溫度為0℃的補(bǔ)償盒，使用西門子帶集成電源裝置的補(bǔ)償盒，訂貨號(hào)如下表。

使用的補(bǔ)償盒		訂貨號(hào)
帶有集成電源裝置的參比端，用于導(dǎo)軌安裝		M72166-V V V V V
輔助電源	B1	230VAC
	B2	110VAC
	B3	24VAC
	B4	24VDC
連接到熱電偶	1	L型
	2	J型
	3	K型
	4	S型
	5	R型
	6	U型
	7	T型
參考溫度	00	0℃

表6 西門子參比接點(diǎn)的補(bǔ)償盒訂貨數(shù)據(jù)

圖3 S7-300模板支持接線

圖3 類型：熱電偶通過補(bǔ)償導(dǎo)線連接到參比接點(diǎn)，再用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點(diǎn)和模板的輸入端子構(gòu)成回路，同時(shí)由一個(gè)補(bǔ)償盒對(duì)模板連接的所有熱電偶進(jìn)行公共補(bǔ)償，補(bǔ)償盒的9，8端子連接到模板的補(bǔ)償端COMP+(10)和Mana(11)，所以模板的所有通道必須連接同類型的熱電偶。

圖4 S7-400模板支持接線

圖4 類型：模板的各個(gè)通道單獨(dú)連接一個(gè)補(bǔ)償盒，補(bǔ)償盒通過熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線直接連接到模板的輸入端子構(gòu)成回路，所以模板的每個(gè)通道都可以使用模板支持類型的熱電偶，但是每個(gè)通道都需要補(bǔ)償盒。

CPU類型	支持外部補(bǔ)償盒補(bǔ)償模板類型	可連接熱電偶個(gè)數(shù)
S7-300	6ES7 331-7KF02-0AB0	多8個(gè)（同類型）
	6ES7 331-7KB02-0AB0	多2個(gè)（同類型）
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	多8個(gè)（類型可不同）
	6ES7 431-7QH00-0AB0	多16個(gè)（類型可不同）

表7 支持外部補(bǔ)償盒補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)

 

3.2.3 外部補(bǔ)償—熱電阻
熱電阻是通過外接電阻溫度計(jì)獲取熱電偶的參比接點(diǎn)的溫度，再由模板處理然后進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點(diǎn)處。

圖5 S7-300模板支持

圖5類型：參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)pt100的四根線接到模板的35，36，37，38端子，對(duì)應(yīng)（M+，M-，I+，I-），可測(cè)參比接點(diǎn)出溫度范圍為-25℃到85℃，

圖6 S7-400模板支持

圖6類型：參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)的四根線接到模板的通道0，占用通道。
以上這兩種，參比接點(diǎn)到模板的線可以用銅質(zhì)導(dǎo)線，由于做公共補(bǔ)償，只能接同類型的熱電偶。

CPU類型	支持熱電阻補(bǔ)償模板類型	可連接熱電偶個(gè)數(shù)
S7-300	6ES7 331-7PF11-0AB0	多8個(gè)（同類型）
S7-400	6ES7 431-1KF10-0AB0	多6個(gè)（同類型）
	6ES7 431-7QH00-0AB0	多14個(gè)（同類型）

表8 支持熱電阻補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)