文章將介紹熱電偶的有關(guān)內(nèi)容。熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件。

熱電偶

它可以直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。熱電偶測(cè)量溫度所利用的原理是：塞貝克效應(yīng)又稱第一熱電效應(yīng)。他是由托馬斯·約翰·塞貝克在1821年發(fā)現(xiàn)的。

具體表述是：由于兩種不同電導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間的電壓差的熱電現(xiàn)象。

熱電偶通常由熱電極、絕緣套、保護(hù)管和接線盒等部分組成。

熱電極是其主要的測(cè)溫模塊。它由兩根金屬絲構(gòu)成，我們將連接在一起的一端稱為工作端、測(cè)量段或熱端，另一端則稱為補(bǔ)償端、自由端或冷端。

測(cè)量時(shí)將熱端靠近被測(cè)物，冷端的兩根金屬絲間就會(huì)產(chǎn)生電壓差，從而得到物體的溫度。那么電壓差是怎樣產(chǎn)生的呢？

當(dāng)我們對(duì)導(dǎo)體的一端加熱時(shí)，金屬內(nèi)的自由電子受熱獲得能量，并由于溫度梯度的影響朝溫度較低的一端運(yùn)動(dòng)。這樣自由電子就在冷端聚集，導(dǎo)致導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。

熱電偶使用了兩種不同的金屬，這是因?yàn)椴煌饘僦凶杂呻娮拥臄?shù)量和遷移速率不同，這樣才能在冷端的兩種金屬絲間產(chǎn)生電壓差。如果采用同種金屬，冷端就不能產(chǎn)生電壓差了。需要注意的是：熱端和冷端只是人們對(duì)熱電偶不同工作位的命名。在測(cè)量中，熱端的溫度不必比冷端的溫度高。而且熱電偶產(chǎn)生的電壓差信號(hào)很小，不超過55mV，但ADC能夠接受的電壓信號(hào)一般是2.5V至5V左右，所以我們需要一個(gè)電壓放大設(shè)備，放大電壓差。

現(xiàn)在假設(shè)現(xiàn)在已經(jīng)得到了冷熱兩端的電壓差，但我們關(guān)注的是熱端的實(shí)際溫度。那么就需要知道冷端的溫度是多少，然后經(jīng)過溫度補(bǔ)償計(jì)算，則可以得到被測(cè)物的實(shí)際溫度。其中，冷端的溫度可以使用溫度傳感器獲得，比如RTD等。

通過大量實(shí)驗(yàn)，工程師們得到了8種常用的熱電偶。

這些熱電偶各有優(yōu)勢(shì)，比如說B型、R型、S型熱電偶。可以測(cè)量的溫度達(dá)到1800℃左右，但它們使用了鉑，銠等貴金屬，使用成本比較高。使用最廣泛的是K型熱電偶，雖然它的高溫特性差，只有1300℃，但使用的是鎳鉻、鎳硅合金，成本相對(duì)低廉。

在測(cè)量溫度時(shí)，熱電偶與RTD（熱電阻）一樣，通過簡(jiǎn)單的一次方程并不能很好的反應(yīng)熱電偶的溫度情況。

所以人們通過實(shí)驗(yàn)繪制出了熱電偶的溫度分度表，這樣就能相對(duì)準(zhǔn)確的知道熱電偶在各熱電動(dòng)勢(shì)下的溫度值了。

以上就是對(duì)熱電偶內(nèi)容的介紹，接下來我們將使用熱電偶模塊完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備有：一塊M2101熱電偶數(shù)據(jù)采集卡、一張SDS-1011 USB轉(zhuǎn)換器、一個(gè)K型熱電偶。

本次實(shí)驗(yàn)用到的M-2101數(shù)據(jù)采集卡是專為熱電偶設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集模塊，它可以較好的反應(yīng)熱電偶采集的溫度信息。關(guān)于模塊和轉(zhuǎn)換器的其他內(nèi)容，在我們發(fā)布的M系列數(shù)據(jù)采集卡的視頻中都有介紹，大家可以移步觀看，這里便不再復(fù)述。

我們直接進(jìn)行設(shè)備連接，首先將M-2101數(shù)據(jù)采集卡和SDS-1011轉(zhuǎn)換器組合到一起。

然后將熱電偶冷端的紅色線接入M-2101的IN 0+端，將綠色線接入IN 0-端。因?yàn)槲覀冃枰肧DS-1011轉(zhuǎn)換器為M-2101模塊提供直流電壓，所以要把轉(zhuǎn)換器和模塊的Vs+（電源線）和GND（地線）相連。還要把兩個(gè)設(shè)備的485-A和485-B兩個(gè)端口連接起來，最后通過USB線纜將SDS-1011轉(zhuǎn)換器和電腦相連。

實(shí)驗(yàn)使用的是“M Manage”軟件，它可以在思邁科華的官網(wǎng)中下載（出鏈接），而本實(shí)驗(yàn)中所做的軟件相關(guān)的操作，同樣包含在M系列視頻中，我們就不在做詳細(xì)說明。運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件，搜索出設(shè)備。

開啟數(shù)據(jù)記錄功能，將正在使用的端口添加至任務(wù)列表。點(diǎn)擊RUN進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

將熱電偶放入熱水中，軟件中顯示的溫度快速上升。

停止采集后，調(diào)整畫布可以看到比較清晰的圖像。

以上便是使用熱電偶采集溫度的全過程，實(shí)驗(yàn)所使用的硬件設(shè)備信息可在思邁科華官網(wǎng)的相關(guān)頁面查看。有任何關(guān)于此片文章的問題，您夠可以在評(píng)論區(qū)指出，也可以搜索微信公眾號(hào)Smacq思邁科華，直接與我們溝通。

文章的視頻資料可以通過如下鏈接訪問：數(shù)據(jù)采集與熱電偶。

審核編輯 黃宇