概述

熱電偶是一種溫度傳感器。

與TMP36等半導(dǎo)體溫度傳感器不同，熱電偶內(nèi)部沒有電子器件，它們只需將兩條金屬線焊接在一起即可。由于兩種連接金屬的物理作用，導(dǎo)線兩端的電壓會(huì)隨著溫度的升高而輕微但可測(cè)量。使用的金屬類型會(huì)影響電壓范圍，成本和靈敏度，這就是為什么我們有幾種不同類型的熱電偶的原因。在半導(dǎo)體傳感器或熱敏電阻上使用熱電偶的主要改進(jìn)是溫度范圍大大增加。例如，TMP36的溫度可從-50升至150°C，之后芯片本身可能會(huì)損壞。另一方面，普通的熱電偶的溫度范圍可以從-200°C到1350°C（K型），有些可以超過2300°C！

熱電偶通常用于HVAC系統(tǒng)，加熱器和鍋爐，窯爐等。有幾種不同的類型，但是本教程將討論K類型，這是非常常見的，并且更易于與之交互。

使用它們的一個(gè)困難是被測(cè)電壓很小，并且變化很大。每°C約50 uV（uV為1/1000000伏）。雖然可以使用干凈的電源和良好的運(yùn)算放大器來讀取這些電壓，但還有其他復(fù)雜性，例如非線性響應(yīng)（并非總是50uV/°C）和冷溫度補(bǔ)償（僅測(cè)量到的影響）差分，并且必須有一個(gè)參考，就像接地是電壓的參考一樣）。因此，我們建議僅使用可以為您完成繁重工作的接口芯片，讓您輕松集成傳感器而不會(huì)帶來太多麻煩。在本教程中，我們將使用一個(gè)甚至不需要ADC的MAX6675 K熱電偶接口芯片，吐出一個(gè)很好的溫度數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。

一些基本統(tǒng)計(jì)信息

這是用于帶有玻璃編織層的K型熱電偶

尺寸： 24米長1米（

價(jià)格：在adafruit商店中的價(jià)格為10美元

溫度范圍： -100°C到500°C/-150到900°F（此后可能會(huì)損壞玻璃編織層）

輸出范圍： -6至+ 20mV

精度： +-2°C

需要一個(gè)放大器，例如MAX31855

接口： MAX6675（已停產(chǎn)）或AD595（模擬）

K熱電偶數(shù)據(jù)表

MAX6675數(shù)據(jù)表

MAX31855數(shù)據(jù)表

接線熱電偶

正如我們之前提到的那樣，對(duì)于大多數(shù)人來說，嘗試實(shí)際測(cè)量導(dǎo)線上的電壓將非常困難，因此我們強(qiáng)烈建議使用熱電偶接口芯片。到目前為止，我們所見過的最好的是MAX6675（及其替代版本稱為MAX31855），不幸的是，僅提供SOIC封裝。盡管焊接起來不太困難，但我們?cè)谏痰曛腥詼?zhǔn)備好可以使用的分線板。

首先要確定哪根電線是哪根。您還記得，熱電偶是通過將兩根導(dǎo)線焊接在一起制成的，芯片讀取兩者之間的電壓差。一個(gè)是負(fù)極（對(duì)于K型由Alumel制成），另一個(gè)是正極（同上，Chromel）。幸運(yùn)的是，電線采用了顏色編碼，幾乎所有時(shí)間您都會(huì)發(fā)現(xiàn)Alumel為紅色，Chromel為黃色。

根據(jù)需要將導(dǎo)線連接到放大器：

MAX6675和MAX31855熱電偶放大器與接地的熱電偶不兼容。

我們已經(jīng)看到一些K型熱電偶，其引線標(biāo)記不正確，因此如果您發(fā)現(xiàn)熱電偶溫度下降而不是加熱時(shí)上升，嘗試交換紅色和黃色電線

Arduino代碼

如果您使用的是AD595接口芯片，則只需將電壓輸出連接到微控制器上的模擬輸入，然后進(jìn)行一些基本數(shù)學(xué)運(yùn)算即可將將10 mV/°C輸入到數(shù)字輸出中。

如果您打算使用MAX6675/MAX31855，還有更多工作要做。首先，Vin和GND必須連接到3-5V電源。然后，三個(gè)數(shù)據(jù)引腳必須連接到數(shù)字IO引腳：

CLK （時(shí)鐘）是MAX6675/MAX31855的輸入（微控制器的輸出），指示何時(shí)顯示另一位數(shù)據(jù)

DO （數(shù)據(jù)輸出）是MAX6675/MAX31855的輸出（微控制器的輸入），帶有數(shù)據(jù)的每一位

CS （片選）是MAX6675/MAX31855的輸入（微控制器的輸出），它告訴芯片何時(shí)是時(shí)候讀取熱電偶并輸出更多數(shù)據(jù)了。

在我們的草圖的開頭，我們定義了這些引腳。對(duì)于我們的示例， DO 連接到數(shù)字3 ， CS 連接到數(shù)字4， CLK 連接到引腳5

在嘈雜的環(huán)境中，MAX31855 v1.0可能需要在熱電偶引線之間添加一個(gè)0.01uF電容器。

MAX31855不支持接地的熱電偶-如果傳感器接地，芯片將返回錯(cuò)誤

Arduino庫

如果您有較舊的MAX6675分支，請(qǐng)從Arduino庫管理器中下載 Adafruit MAX6675 庫。

如果您具有較新的MAX31855分支，請(qǐng)從以下位置下載 Adafruit MAX31855 庫：

打開Arduino庫管理器：

如果有MAX6675分組，請(qǐng)搜索 MAX6 675 庫并安裝

如果有MAX31855分組，請(qǐng)搜索 Adafruit MAX31855 庫并安裝它

打開文件 -》 示例-》 MAX6675/Adafruit_MAX31855 -》 serialthermocouple 草圖并將其上傳到Arduino。上傳后，打開串行端口監(jiān)視器以顯示攝氏溫度和華氏溫度的當(dāng)前溫度。

我們還提供了有關(guān)Arduino庫安裝的出色教程，網(wǎng)址為：

http ：//learn.adafruit.com/adafruit-all-about-arduino-libraries-install-use

readCelsius（）或 readFahrenheit（）以獲取浮點(diǎn)結(jié)果。

添加顯示 通常的要求是將溫度輸出到本教程中的“經(jīng)典”字符LCD上。

為此接線，我們將 CLK 連接到數(shù)字 3 ， CS 轉(zhuǎn)換為數(shù)字 4 和 DO 轉(zhuǎn)換為數(shù)字 5。一旦工作，就可以更改草圖中的引腳連接

我們也有一個(gè)示例草圖。首先按照我們的教程使LCD工作?，F(xiàn)在加載新草圖文件-》示例 -》 MAX31855 》 lcd熱電偶并像在串行熱電偶測(cè)試中一樣插入熱電偶模塊，您會(huì)看到內(nèi)部溫度和熱電偶溫度以攝氏度顯示。

Python和CircuitPython

將MAX31855傳感器與Python和CircuitPython以及Adafruit CircuitPython MAX31855模塊一起使用很容易。此模塊使您可以輕松編寫可從熱電偶讀取溫度的Python代碼。

您可以將此傳感器與任何CircuitPython微控制器板或具有GPIO和Python的計(jì)算機(jī)一起使用，這要?dú)w功于我們的CircuitPython支持的Adafruit_Blinka -Python兼容性庫。

CircuitPython微控制器接線

首先，按照與Arduino前幾頁完全相同的方式將aMAX31855連接到您的電路板上。下面是將Feather M0連接到傳感器的示例：

板3V 至 sensorVdd

板GND 至傳感器GND

板卡SCK 到 sensorCLK

板卡MISO sensorDO

D5板到傳感器CS （或任何其他免費(fèi)的數(shù)字I/O引腳）

Python計(jì)算機(jī)接線

由于您可以使用數(shù)十種Linux計(jì)算機(jī)/主板，因此我們將顯示Raspberry Pi的接線。對(duì)于其他平臺(tái)，請(qǐng)?jiān)L問Linux上的CircuitPython指南，以了解您的平臺(tái)是否受支持。

以下是連接SPI的Raspberry Pi：

Pi 3.3V 到傳感器 Vin

Pi GND 到傳感器 GND

Pi SCLK 到傳感器 CLK

Pi MISO 到傳感器 DO

Pi GPIO 5 至傳感器 CS

MAX31855庫的CircuitPython安裝

接下來您需要在電路Python板上安裝Adafruit CircuitPython MAX31855庫

首先請(qǐng)確保您正在為板運(yùn)行最新版本的Adafruit CircuitPython。

下一步，您需要安裝必要的庫才能使用硬件-認(rèn)真按照以下步驟從Adafruit的CircuitPython庫捆綁包中查找和安裝這些庫。例如，Circuit Playground Express指南上有一個(gè)很棒的頁面，說明如何為快速和非表達(dá)板安裝庫包。

記住非表達(dá)板，例如Trinket M0，Gemma M0和Feather/Metro M0 basic，您需要從捆綁包中手動(dòng)安裝必要的庫：

adafruit_max31855.mpy

adafruit_bus_device 》

在繼續(xù)之前，請(qǐng)確保您開發(fā)板的lib文件夾或根文件系統(tǒng)具有 adafruit_max31855.mpy，和 adafruit_bus_device 。

下一步連接到開發(fā)板的串行REPL，這樣您就可以在CircuitPython上得到》》》 提示。

MAX31855庫的Python安裝

您需要安裝Adafruit_Blinka庫，該庫在Python中提供了CircuitPython支持。這可能還需要在您的平臺(tái)上啟用I2C并驗(yàn)證您正在運(yùn)行Python3。由于每個(gè)平臺(tái)都略有不同，并且Linux經(jīng)常更改，請(qǐng)?jiān)L問Linux上的CircuitPython指南以準(zhǔn)備好您的計(jì)算機(jī)！

完成后，從命令行運(yùn)行以下命令：

sudo pip3 install adafruit-circuitpython-max31855

如果您的默認(rèn)Python是版本3，則可能需要改為運(yùn)行“ pip”。只要確保您不嘗試在Python 2.x上使用CircuitPython，就不支持它！

CircuitPython和Python的用法

為演示傳感器的用法，我們將對(duì)其進(jìn)行初始化并讀取溫度。首先通過運(yùn)行以下命令初始化SPI連接和庫：

下載：文件

復(fù)制代碼

import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs） import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs）

現(xiàn)在，您可以讀取溫度屬性，以從攝氏度中檢索傳感器的溫度：

下載：文件

復(fù)制代碼

print（‘Temperature： {} degrees C’.format（max31855.temperature）） print（‘Temperature： {} degrees C’.format（max31855.temperature））

使用MAX31855和CircuitPython代碼讀取溫度就是全部！

完整示例代碼

下載：Project Zip 或 max31855_simpletest.py | 在Github上查看

復(fù)制代碼

import time

import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs）

while True：

tempC = max31855.temperature

tempF = tempC * 9 / 5 + 32

print（‘Temperature： {} C {} F ’.format（tempC， tempF））

time.sleep（2.0）

import time

import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs）

while True：

tempC = max31855.temperature

tempF = tempC * 9 / 5 + 32

print（‘Temperature： {} C {} F ’.format（tempC， tempF））

time.sleep（2.0）

常見問題解答

我的熱電偶的溫度似乎向后！如果我加熱探頭，則報(bào)告的溫度會(huì)降低

由于熱電偶線的標(biāo)簽不正確。嘗試交換兩條熱電偶引線，即使黃色和紅色的導(dǎo)線在正確的插槽中-我們也看到一些熱電偶的導(dǎo)線顏色錯(cuò)誤。

》

我的MAX31855輸出確實(shí)不穩(wěn)定且嘈雜-如果我觸摸或移動(dòng)探頭，溫度輸出會(huì)發(fā)瘋

MAX31855具有令人驚訝的靈敏性，我們發(fā)現(xiàn)一種解決此問題的好方法是在熱電偶引線上放置一個(gè)0.01uF至0.1uF的電容器（即，將電容器放入藍(lán)色接線盒中，或焊接到底部，如下所示。

我的熱電偶輸出有一個(gè)偏移量/我有多個(gè)熱電偶，但它們?cè)跍囟壬稀安煌狻?/p>

K熱電偶不是精確的溫度測(cè)量設(shè)備！熱電偶之間會(huì)有偏移和差異。我們建議，大多數(shù)熱電偶溫度計(jì)都通過軟件校正了偏移量。有關(guān)校準(zhǔn)的提示，請(qǐng)參見本指南：

傳感器校準(zhǔn)

對(duì)于精確的溫度測(cè)量，我們建議使用1％的熱敏電阻。

如何連接多個(gè)熱電偶？

您最多可以連接MAX31855你有別針。只需共享所有分支的CLK和DO引腳，并且每個(gè)引腳都有一個(gè)唯一的CS引腳即可。然后，您可以使用以下樣式創(chuàng)建新的熱電偶：

Adafruit_MAX31855熱電偶1（thermoCLK，thermoCS1， thermoDO）;

Adafruit_MAX31855熱電偶2（thermoCLK，thermoCS2，thermoDO）;

Adafruit_MAX31855熱電偶3（thermoCLK，thermoCS3，thermoDO）;

您也可以嘗試使用相同的CS和CLK引腳，但使用所有不同的DO引腳

Adafruit_MAX31855熱電偶1（thermoCLK，thermoCS，thermoDO1）;

Adafruit_MAX31855熱電偶2 （thermoCLK，thermoCS，thermoDO2）;

Adafruit_MAX31855熱電偶3（thermoCLK，thermoCS，thermoDO3）;

在極高或極低的溫度下，測(cè)量結(jié)果不正確

熱電偶線性化

項(xiàng)目示例

需要想法嗎？看看這些項(xiàng)目！

Jeelabs詳細(xì)介紹了回流控制器（使用AD595型芯片）

Terran的PI控制的咖啡烘焙機(jī)

RocketNumberNine的回流焊機(jī)項(xiàng)目

下載

數(shù)據(jù)表和文件 strong》

MAX31855數(shù)據(jù)表

MAX6675原理圖和布局文件位于GitHub

MAX31855原理圖和布局文件位于GitHub

在Adafruit Fritzing庫中為兩個(gè)對(duì)象都打褶

示意圖

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