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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 | 热电阻 | 热电偶 |
信号的性质 | 电阻信号 | 电压信号 |
测量范围 | 低温检测 | 高温检测 |
材料 | 一种金属材料(温度敏感变化的金属材料) | 双金属材料在(两种不同的金属,由于温度的变化,在两个不同金属的两端产生电动势差) |
测量原理 | 电阻随温度变化的性质来测量 | 基于热电效应来测量温度 |
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 | 电阻直接接入可以更的避免线路的的损耗 | 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,然后用铜制导线接到模板 |
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 | 温度范围(℃) | 两种金属材料 |
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 | 说 明 | 接 线 | |
内部补偿 | 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。 | 直接用补偿导线连接热电偶到模拟量模板输入端。 | |
外部补偿 | 补偿盒 | 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。 | 可以使用铜质导线连接参比接点和模拟量西门子CP5711网卡模板输入端。 |
热电阻 | 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 |