S7-300/400 热电偶的接线及信号处理
1.热电偶的概述
1.1 热电偶的工作原理
热电偶和热电阻一样，都是用来测量温度的。
热电偶是将两种不同金属或合金金属焊接起来，构成一个闭合回路，利用温差电势原理来测量温度的，当热电偶两种金属的两端有温度差，回路就会产生热电动势，温差越大，热电动势越大，利用测量热电动势这个原理来测量温度。 结构示意图如下：
图1 热电偶测量结构示意图
注意：如上图所示，热电偶是有正负极性的，所以需要确保这些导线连接到正确的极性，否则将会造成明显的测量误差
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，安装要求如下： ① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；
⑤ 热电偶对于外界的干扰比较敏感，因此安装还需要考虑屏蔽的问题。
1.2 热电偶与热电阻的区别
属性 信号的性质 测量范围 材料 热电阻 电阻信号 低温检测 一种金属材料的金属材料） 热电偶 电压信号 高温检测 双金属材料在（两种不同的金属，由于温度的变化，在两个不同金属（温度敏感变化的两端产生电动势差） 测量原理 电阻随温度变化基于热电效应来测量温度 的性质来测量 补偿方式 3线制和4线制接线 内部补偿和外部补偿 电缆接点要求 电阻直接接入可要通过补偿导线直接接入到模板；或补偿导线接到参比接点，然后用以更精确的避免铜制导线接到模板 线路的的损耗 表1 热电偶与热电阻的比较
2. 热电偶的类型和可用模板
2.1热电偶类型
根据使用材料的不同，分不同类型的热电偶，以分度号区分，分度号代表温度范围，且代表每种分度号的热电偶具体多少温度输出多少毫伏的电压，热电偶的分度号有主要有以下几种。 分度号 两种金属材料 温度范围(℃) B型 0~1820 铂铑—铂铑 C型 0~2315 钨3稀土—钨26 稀土 E型 -270~1000 镍铬—铜镍 J型 -210~1200 铁—铜镍 K型 -270~1372 镍铬—镍硅 L型 -200~900 铁—铜镍 N型 -270~1300 镍铬硅—镍硅 R型 -50~1769 铂铑—铂 S型 -50~1769 铂铑—铂 T型 -270~400 铜—铜镍 U型 -270~600 铜—铜镍 表2 分度号对照表
2.2可用的模板
CPU类型 模板类型 支持热电偶类型 S7-300 6ES7 331-7KF02-0AB0（8点） E,J,K,L,N 6ES7 331-7KB02-0AB0（2点） E,J,K,L,N 6ES7 331-7PF11-0AB0（8点） B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U S7-400 6ES7 431-1KF10-0AB0（8点） B,E,J,K,L,N,R,S,T,U 6ES7 431-7QH00-0AB0（16点） B,E,J,K,L,N,R,S,T,U 6ES7 431-7KF00-0AB0（8点） B,E,J,K,L,N,R,S,T,U 表3 S7 300/400 支持热电偶的模板及对应热电偶类型
3. 热电偶的补偿接线
3.1 补偿方式
热电偶测量温度时要求冷端的温度保持不变，这样产生的热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时冷端的环境温度变化，将严重影响测量的准确性，所以需要对冷端温度变化造成的影响采取一定补偿的措施。
由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到控制仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本可以用补偿导线延伸冷端到温度比较稳定的控制室内，但补偿导线的材质要和热电偶的导线材质相同。热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度变化造成的影响，补偿方式见下表。 温度补偿方式 内部补偿 说 明 使用模板的内部温度为参比接点进行补偿，再由模板进行处理。 外部补偿 补偿盒 热电阻 使用补偿盒采集并补偿参比接点温度，不需要模板进行处理。 使用热电阻采集参比接点温度，再由模板进行处理。 如果参比接点温度恒定可以不要热电阻参考 可以使用铜质导线连接参比接点和模拟量模板输入端。 接 线 直接用补偿导线连接热电偶到模拟量模板输入端。 表4 各类补偿方式
3.2各补偿方式接线
3.2.1内部补偿
内部补偿是在输入模板的端子上建立参比接点，所以需要将热电偶直接连接到模板的输入端，或通过补偿导线间接的连接到输入端。每个通道组必须接相同类型的热电偶，连接示意图如下。
支持内部补偿模板类型 可连接热电偶个数 CPU类型 S7-300 6ES7 331-7KF02-0AB0 最多8个（4种类型，同通道组必须相同） 6ES7 331-7KB02-0AB0 最多2个（1种类型，同通道组必须相同） 6ES7 331-7PF11-0AB0 最多8个（8种类型） S7-400 6ES7 431-7KF00-0AB0 最多8个（8种类型） 表5 支持内部补偿的模板及可接热电偶个数
图2 内部补偿接线
注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接补偿端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板无。
3.2.2 外部补偿—补偿盒
补偿盒方式是通过补偿盒获取热电偶的参比接点的温度，但补偿盒必须安装在热电偶的参比接点处。 补偿盒必须单独供电，电源模块必须具有充分的噪声滤波功能，例如使用接地电缆屏蔽。
补偿盒包含一个桥接电路，固定参比接点温度标定，如果实际温度与补偿温度有偏差，桥接热敏电阻会发生变化，产生正的或者负的补偿电压叠加到测量电势差信号上，从而达到补偿调节的目的。 补偿盒采用参比接点温度为0℃的补偿盒，推荐使用西门子带集成电源装置的补偿盒，订货号如下表。
推荐使用的补偿盒 订货号
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