热电偶温度补偿导线

1.热电偶概述

1.1热电偶的工作原理

热电偶和热电阻一样,是用来测量温度的。

热电偶是将两种不同的金属或合金金属焊接成闭合回路,利用热电势的原理来测量温度。当热电偶两端有温差时,回路会产生热电电动势。温差越大,热电电动势越大。利用测量热电电动势的原理来测量温度。

结构示意图如下:

热电偶温度补偿导线插图

图1 热电偶测量结构示意图图1热电偶测量结构示意图

注意:如上图所示,热电偶有正负极性,需要保证这些线接在正确的极性上,否则会造成明显的测量误差。

为保证热电偶可靠稳定地工作,安装要求如下:

①热电偶的两个热电极焊接必须牢固;

②两个热电极应绝缘良好,防止短路;

③补偿线与热电偶自由端的连接应方便可靠;

④保护套应能保证热电极与有害介质完全隔离;

⑤热电偶对外界干扰敏感,安装时应考虑屏蔽。

1.2热电偶和热电阻的区别

2.热电偶类型和可用模板

2.1热电偶类型

根据所用材料的不同,热电偶有不同的类型,用分度号来区分。刻度数字代表温度范围,并以每个刻度数字代表热电偶的特定温度和毫伏输出电压。热电偶的分度号主要如下。

2.2可用模板CPU类型模板类型支持热电偶类型。

3.热电偶的补偿接线

3.1补偿方法

热电偶测量温度时,要求冷端温度保持不变,使产生的热电势与测量温度成正比。如果在测量过程中冷端的环境温度发生变化,将会严重影响测量的准确性,因此需要对冷端温度变化带来的影响采取一些补偿措施。

由于热电偶的材料一般比较昂贵(特别是使用贵金属时),而且测温点与控制仪表的距离很远,为了节省热电偶材料,降低成本,可以用补偿线将冷端延伸到温度稳定的控制室,但补偿线的材料应与热电偶线的材料相同。热电偶补偿线的作用只是延长热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子。它不能消除冷端温度变化对测温的影响,没有补偿作用。因此,需要其他校正方法来补偿冷端温度变化带来的影响,补偿方法如下表所示。

3.2各种补偿模式的连接

内部薪酬

内部补偿是在输入模板的端子上建立参考接点,所以需要将热电偶直接连接到模板的输入端,或者通过补偿线间接连接到输入端。每个通道组必须连接相同类型的热电偶,连接图如下。

注1:模板6ES7331-7KF02-0A0B0和6ES7331-7KB02-0A0B0需要与补偿端子COMP+(10)和Mana(11)短路,其他模板不需要。

3.2.2外部补偿-补偿盒

补偿盒的方式是通过补偿盒获得热电偶参考触点的温度,但补偿盒必须安装在热电偶参考触点处。

补偿箱必须单独供电,电源模块必须有足够的噪声过滤功能,如接地电缆屏蔽。

补偿盒包含一个桥接电路,用于固定参考触点的温度校准。如果实际温度偏离补偿温度,电桥热敏电阻就会发生变化,产生一个正的或负的补偿电压,叠加在测得的电位差信号上,从而达到补偿调节的目的。

补偿箱采用参考接点温度为0℃的补偿箱,推荐采用带集成电源装置的西门子补偿箱。订单编号如下。

图3类型:热电偶通过补偿线连接到参考接点,然后用铜线连接参考接点和模板的输入端,形成回路。同时,所有连接到模板的热电偶都由补偿盒进行补偿,补偿盒的端子9和8连接到模板的补偿端子COMP+(10)和Mana(11),因此模板的所有通道都必须连接同类型的热电偶。

图4类型:模板的每个通道分别连接一个补偿盒,补偿盒通过热电偶的补偿线直接连接到模板的输入端形成回路,所以模板的每个通道都可以使用模板支撑的热电偶,但是每个通道都需要一个补偿盒。

3.2.3外部补偿-热阻

热电阻的方式是通过外置电阻温度计获得热电偶参考触点的温度,然后通过模板进行温度补偿。同样,热电阻必须安装在热电偶的参考触点上。

图5类型:参考接触电阻温度计pt100的四根导线接在模板的35、36、37、38端子上,对应(M+,M-,I+,I-),可测量的参考接触温度范围为-25℃至85℃。

图6类型:参考接触电阻温度计的四根导线连接到模板的通道0,占用通道。

以上两种方式,参考接点到模板的线路可以用铜线,因为公共补偿只能接同类型的热电偶。

3.2.4外部补偿-固定温度

如果外部参考触点的温度已知且固定,则可以通过选择相应的补偿方法,由模板的内部处理进行补偿。有关配置设置,请参见下一章。表9支持固定温度补偿的模板和可连接热电偶的数量

从上表可以看出,300的模板只支持参考触点的温度为0℃或50℃,而400的模板支持的温度变化范围很大。

3.2.4混合补偿-热电阻和固定温度补偿

此外,除了单一补偿模式外,同一个参考触点可用于多个模板,并可通过电阻温度计进行外部补偿。S7-400模板支持这种模式,补偿原理图如下。

补偿流程:如图所示,模板2和模板1有一个共同的参考触点。模板1使用外置电阻温度计进行补偿,CPU读取RTD的温度,然后使用系统函数SFC55(WR_PARM)将温度值写入模板2,模板2选择固定温度补偿方式。

SFC55只能修改模板的动态参数。模拟输入模板的静态参数(数据记录0)和动态参数(数据记录1)的参数以及数据记录1的结构如下:

以6E7431-7QH00-0A0B0模拟输入模板为例,程序块SFC55调用:

当M0.0上升沿使能时,写入的参数从MB 100到MB 166传送到输入地址为100的模板,修改其数据记录1的参数,参考触点的温度也写入模板的设定位置。

4.热电偶的信号处理模式

4.1硬件配置设置

首先,在硬件配置中应选择与外部补偿接线一致的测量类型、测量范围、参考接点和参考温度等参数,如下图所示。

对于S7-300模板,配置如图10和11所示。只需要选择测量类型和测量范围(刻度类型),补偿方法包含在测量类型中。比如参考接点固定温度补偿法,测量类型为TC-L00C(参考接点温度固定在0℃)或TC-L50C(参考接点温度固定在50℃),然后选择刻度类型,配置完成。

注:测量方法:I:内部补偿,E:外部补偿,L:线性处理。

对于S7-400模板,配置如图12和13所示。测量类型选择TC-L模式,测量范围选择与实际热电偶类型一致的刻度数,选择参考接点。例如,在选择了固定参考触点温度的方法、测量类型和测量范围后,在参考触点选择ref.temp(参考温度),然后填写参考温度框(参考温度)完成配置,或者共享补偿方法,使用SFC55动态传输温度参数。

4.2测量方法和转换处理

注:测量方法:I:内部补偿,E:外部补偿,L:线性处理。

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