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，都是用來測量溫度的。熱電偶是将兩種不同金屬或合金金屬焊接起來，構成一個閉合回路，利用溫差電勢原理來測量溫度的，當熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會産生熱電動勢，溫差越大，熱電動勢越大，利用測量熱電動勢這個原理來測量溫度。結構示意圖如下：

圖1 熱電偶測量結構示意圖

注意：如上圖所示，熱電偶是有正負極性的，所以需要确保這些導線連接到正确的極性，否則将會造成明顯的測量誤差為了保證熱電偶可靠、穩定地工作，安裝要求如下：① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離；⑤ 熱電偶對于外界的幹擾比較敏感，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别

表1 熱電偶與熱電阻的比較

2. 熱電偶的類型和可用模闆

2.1熱電偶類型根據使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，以分度号區分，分度号代表溫度範圍，且代表每種分度号的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓，熱電偶的分度号有主要有以下幾種。

表2 分度号對照表

2.2可用的模闆

表3 S7 300/400 支持熱電偶的模闆及對應熱電偶類型

3. 熱電偶的補償接線

3.1 補償方式熱電偶測量溫度時要求冷端的溫度保持不變，這樣産生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時冷端的環境溫度變化，将嚴重影響測量的準确性，所以需要對冷端溫度變化造成的影響采取一定補償的措施。由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特别是采用貴金屬時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低成本可以用補償導線延伸冷端到溫度比較穩定的控制室内，但補償導線的材質要和熱電偶的導線材質相同。熱電偶補償導線的作用隻起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度變化造成的影響，補償方式見下表。

表4 各類補償方式

3.2各補償方式接線

3.2.1内部補償内部補償是在輸入模闆的端子上建立參比接點，所以需要将熱電偶直接連接到模闆的輸入端，或通過補償導線間接的連接到輸入端。每個通道組必須接相同類型的熱電偶，連接示意圖如下。

表5 支持内部補償的模闆及可接熱電偶個數

圖2 内部補償接線

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

3.2.2 外部補償—補償盒補償盒方式是通過補償盒獲取熱電偶的參比接點的溫度，但補償盒必須安裝在熱電偶的參比接點處。補償盒必須單獨供電，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。補償盒包含一個橋接電路，固定參比接點溫度标定，如果實際溫度與補償溫度有偏差，橋接熱敏電阻會發生變化，産生正的或者負的補償電壓疊加到測量電勢差信号上，從而達到補償調節的目的。補償盒采用參比接點溫度為0℃的補償盒，推薦使用西門子帶集成電源裝置的補償盒，訂貨号如下表。

表6 西門子參比接點的補償盒訂貨數據

圖3 S7-300模闆支持接線方式

圖3 類型：熱電偶通過補償導線連接到參比接點，再用銅質導線連接參比接點和模闆的輸入端子構成回路，同時由一個補償盒對模闆連接的所有熱電偶進行公共補償，補償盒的9，8端子連接到模闆的補償端COMP (10)和Mana(11)，所以模闆的所有通道必須連接同類型的熱電偶。

圖4 S7-400模闆支持接線方式

圖4 類型：模闆的各個通道單獨連接一個補償盒，補償盒通過熱電偶的補償導線直接連接到模闆的輸入端子構成回路，所以模闆的每個通道都可以使用模闆支持類型的熱電偶，但是每個通道都需要補償盒。

表7 支持外部補償盒補償的模闆及可接熱電偶個數

3.2.3 外部補償—熱電阻熱電阻方式是通過外接電阻溫度計獲取熱電偶的參比接點的溫度，再由模闆處理然後進行溫度補償，同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點處。

圖5 S7-300模闆支持方式

圖5類型：參比接點電阻溫度計pt100的四根線接到模闆的35，36，37，38端子，對應（M ，M-，I ，I-），可測參比接點出溫度範圍為-25℃到85℃，

圖6 S7-400模闆支持方式

圖6類型：參比接點電阻溫度計的四根線接到模闆的通道0，占用通道。以上這兩種方式，參比接點到模闆的線可以用銅質導線，由于做公共補償，隻能接同類型的熱電偶。

表8 支持熱電阻補償的模闆及可接熱電偶個數

3.2.4外部補償—固定溫度如果外部參比接點的溫度已知且固定，可以通過選擇相應的補償方式由模闆内部處理補償，組态設置詳見下章節。

表9支持固定溫度補償的模闆及可接熱電偶個數

從上表可以看出，300的模闆隻支持參比接點的溫度為0℃或50℃兩種，而400的模闆支持可變溫度範圍，且範圍大。

3.2.4混合補償—熱電阻和固定溫度補償另外，除單獨補償方式外，可以使用相同參比接點給多個模闆，通過電阻溫度計進行外部補償，S7-400的模闆支持這種方式，補償示意圖如下。

圖7 混合外部補償

補償過程：如圖所示，模闆2和1 有公共的參比接點，模闆1進行外部電阻溫度計補償方式，由CPU讀取RTD的溫度，然後使用系統功能SFC55(WR_PARM)将溫度值寫入到模闆2中，模闆2選擇固定溫度補償的方式。SFC55隻能對模闆的動态參數進行修改，模拟量輸入模闆的靜态參數（數據記錄0）和動态參數（數據記錄1）的參數及數據記錄1的結構如下：

表10 S7-400模拟量輸入模闆的參數

圖8 S7-400模拟量輸入模闆的數據記錄1的結構

以6ES7 431-7QH00-0AB0 模拟量輸入模闆為例，程序塊SFC55調用：

圖9 SFC55系統塊調用

當M0.0上升沿使能時，将寫入的參數從MB100~MB166傳遞到輸入地址為100開始的模闆，修改其數據記錄1的參數，同時也将參比接點的溫度也寫入模闆的設定位置。

表11 各參數的說明

4. 熱電偶的信号處理方式

4.1 硬件組态設置首先要在硬件組态選擇與外部補償接線一緻的measuring type（測量類型），measuring range（測量範圍），reference junction（參比接點類型）和reference temperature（參比接點溫度）的參數，如下各圖所示。

圖10 S7-300模闆測量方式示意圖

圖11 S7-300模闆測量範圍示意圖

對于S7-300的模闆，組态如圖10和11所示，隻需要選擇測量類型和測量範圍（分度類型），補償方式包含在測量類型中。比如：參比接點固定溫度補償方式，測量類型選擇 TC-L00C（參比接點溫度固定為0℃） 或 TC-L50C（參比接點溫度固定為50℃），再選擇分度類型，組态就完成。

圖12 S7-400模闆組态圖1

圖13 S7-400模闆組态圖2

對于S7-400的模闆，組态如圖12和13所示，測量類型中選擇TC-L方式，測量範圍中選擇與實際熱電偶類型一緻的分度号，參比接點的選擇。比如：參比接點固定溫度的方式，測量類型和測量範圍選擇完後，在參比接點選擇ref.temp（參考溫度），然後在reference temperature框（參考溫度）内填寫參比接點的固定，組态就完成，或者是共享補償方式，可以用SFC55動态傳輸溫度參數。

表12 參比接點參數說明

4.2 測量方式和轉換處理

表13 測量方式各參數的說明及處理

注：測量方式中：I ：内部補償，E：外部補償，L：線性處理。

線性化方式（TC-IL/EL/L00C/L50C/L）線性化方式下，由模闆内部根據所選擇的熱電偶類型的特性進行線性處理，可以使用L PIW xxx 直接讀入，則将獲得十進制的溫度值，精度為0.1。例如：讀進來的 十進制值為2345，則對應的溫度值為234.5℃。非線性化方式（TC-I/E）對于非線性化的設置，此設置類似80Mv的電壓測量，CPU得到的是0~27648之間的一個十進制數值，即0~80Mv 對應0~27648，需要轉換成相應Mv信号，然後通過對照表查找溫度。綜上所述，如果想得到所測的溫度值，選擇線性化方式的設置比較方便；如果僅需要得到Mv信号，可以選擇非線性化方式的設置。

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