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K型熱電偶是工業(yè)消費(fèi)中*常用的溫度傳感器
日期：2025-05-09 04:05
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摘要：
K型熱電偶是工業(yè)消費(fèi)中*常用的溫度傳感器，制造比擬容易。熱電偶輸出的熱電勢(shì)信號(hào)必需經(jīng)過(guò)中間轉(zhuǎn)變環(huán)節(jié)，才干輸入基于單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)。
1 工作原理
MAX6675是一復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)變器，其內(nèi)部構(gòu)造如圖2所示。主要包括：低噪聲電壓放大器A1、電壓跟隨器A2、冷端溫度補(bǔ)償二極管、基準(zhǔn)電壓源、12位AD轉(zhuǎn)變器、SPI串行接口、模仿開(kāi)關(guān)及數(shù)字控制器。
其工作原理如下： K型熱電偶 產(chǎn)生的熱電勢(shì)，經(jīng)過(guò)低噪聲電壓放大器A1和電壓跟隨器A2放大、緩沖后，得到熱電勢(shì)信號(hào)U1，再經(jīng)過(guò)S4送至ADC。。關(guān)于K型熱電偶，電壓變化率為(41μV/℃)，電壓可由如下公式來(lái)近似熱電偶的特性。
U1=(41μV/℃)×(T-T0)
上式中，U1為熱電偶輸出電壓（mV），T是丈量點(diǎn)溫度；T0是四周溫度。
在將溫度電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的溫度值之前，對(duì)熱電偶的冷端溫度停止補(bǔ)償，冷端溫度即是MAX6675四周溫度與0℃實(shí)踐參考值之間的差值。經(jīng)過(guò)冷端溫度補(bǔ)償二極管，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓U2經(jīng)S4輸入ADC轉(zhuǎn)變器。
U2=(41μV/℃)×T0
在數(shù)字控制器的控制下，ADC首先將U1、U2轉(zhuǎn)變成數(shù)字量,即取得輸出電壓U0的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表丈量點(diǎn)的實(shí)踐溫度值T。這就是MAX6675停止冷端溫度補(bǔ)償和丈量溫度的原理。
2. 引腳功用
MAX6675采用SO-8封裝方式，有8個(gè)引腳，腳1（GND）接地，腳2（T-）接熱電偶負(fù)極，腳3（T+）接熱電偶正極，腳4（VCC）電源端，腳5（SCK）串行時(shí)鐘輸入端，腳6（CS）片選端，使能啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)通訊，腳7（SO）串行數(shù)據(jù)輸出端，腳8（NC）未用。在VCC和GND之間接0.1μF電容。
1 熱電偶絲不均質(zhì)影響
（1）熱電偶材質(zhì)自身不均質(zhì)
熱電偶在計(jì)量室檢定時(shí)，按規(guī)程請(qǐng)求，插入檢定爐內(nèi)的深度只要300mm。因而每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切的說(shuō)只能表現(xiàn)或主要表現(xiàn)出從丈量端開(kāi)端300mm長(zhǎng)偶絲的熱電行為，但是，當(dāng)熱電偶的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，則大局部偶絲處于高溫區(qū)，假如熱電偶絲是均質(zhì)的，那么根據(jù)均質(zhì)回路定則，丈量結(jié)果與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。但是，熱電偶絲并非均質(zhì)，特別是廉金屬熱電偶絲其均質(zhì)性較差，又處于具有溫度梯度的場(chǎng)所，那么其部分將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱為寄生電勢(shì)。由寄生電勢(shì)惹起的誤差稱為不均質(zhì)誤差。
在現(xiàn)有的貴金屬、廉金屬熱電偶檢定規(guī)程中，對(duì)熱電偶的不均質(zhì)尚未作出規(guī)則，只要在熱電偶絲材規(guī)范中，對(duì)熱電偶絲的不平均性有一定請(qǐng)求。對(duì)廉金屬熱電偶采用首尾檢定法求出不平均熱電動(dòng)勢(shì)。正軌熱電偶絲材消費(fèi)廠，均按國(guó)度規(guī)范請(qǐng)求，消費(fèi)出不平均熱電動(dòng)勢(shì)契合請(qǐng)求的產(chǎn)品。
（2） K型熱電偶絲經(jīng)運(yùn)用后產(chǎn)生的不均質(zhì)
關(guān)于新制的熱電偶，即便是不平均熱電動(dòng)勢(shì)能滿足請(qǐng)求，但是，重復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且運(yùn)用中熱電偶長(zhǎng)期處于高溫下也會(huì)因偶絲的劣化而惹起熱電動(dòng)勢(shì)變化，例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶，將沿偶絲長(zhǎng)度方向發(fā)作劣化，并隨溫度增高，劣化加強(qiáng)，當(dāng)劣化的局部處于具有溫度梯度的場(chǎng)所，也將產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢(shì)疊加在總熱電動(dòng)勢(shì)中而呈現(xiàn)丈量誤差。
在理論中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的產(chǎn)品（多為廉金屬熱電偶）到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用時(shí)卻不合格。再返回到計(jì)量部門檢定依然合格，其中主要緣由就是偶絲不均質(zhì)惹起的。消費(fèi)熱電偶的技術(shù)人員都切身領(lǐng)會(huì)到，熱電偶的不合格率也隨其長(zhǎng)度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質(zhì)的影響。總之，由不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢(shì)惹起的誤差，取決于熱電偶絲本身的不均質(zhì)水平及溫度梯度的大小，對(duì)其定量極端艱難。
1 工作原理
MAX6675是一復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)變器，其內(nèi)部構(gòu)造如圖2所示。主要包括：低噪聲電壓放大器A1、電壓跟隨器A2、冷端溫度補(bǔ)償二極管、基準(zhǔn)電壓源、12位AD轉(zhuǎn)變器、SPI串行接口、模仿開(kāi)關(guān)及數(shù)字控制器。
其工作原理如下： K型熱電偶 產(chǎn)生的熱電勢(shì)，經(jīng)過(guò)低噪聲電壓放大器A1和電壓跟隨器A2放大、緩沖后，得到熱電勢(shì)信號(hào)U1，再經(jīng)過(guò)S4送至ADC。。關(guān)于K型熱電偶，電壓變化率為(41μV/℃)，電壓可由如下公式來(lái)近似熱電偶的特性。
U1=(41μV/℃)×(T-T0)
上式中，U1為熱電偶輸出電壓（mV），T是丈量點(diǎn)溫度；T0是四周溫度。
在將溫度電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的溫度值之前，對(duì)熱電偶的冷端溫度停止補(bǔ)償，冷端溫度即是MAX6675四周溫度與0℃實(shí)踐參考值之間的差值。經(jīng)過(guò)冷端溫度補(bǔ)償二極管，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓U2經(jīng)S4輸入ADC轉(zhuǎn)變器。
U2=(41μV/℃)×T0
在數(shù)字控制器的控制下，ADC首先將U1、U2轉(zhuǎn)變成數(shù)字量,即取得輸出電壓U0的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就代表丈量點(diǎn)的實(shí)踐溫度值T。這就是MAX6675停止冷端溫度補(bǔ)償和丈量溫度的原理。
2. 引腳功用
MAX6675采用SO-8封裝方式，有8個(gè)引腳，腳1（GND）接地，腳2（T-）接熱電偶負(fù)極，腳3（T+）接熱電偶正極，腳4（VCC）電源端，腳5（SCK）串行時(shí)鐘輸入端，腳6（CS）片選端，使能啟動(dòng)串行數(shù)據(jù)通訊，腳7（SO）串行數(shù)據(jù)輸出端，腳8（NC）未用。在VCC和GND之間接0.1μF電容。
1 熱電偶絲不均質(zhì)影響
（1）熱電偶材質(zhì)自身不均質(zhì)
熱電偶在計(jì)量室檢定時(shí)，按規(guī)程請(qǐng)求，插入檢定爐內(nèi)的深度只要300mm。因而每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切的說(shuō)只能表現(xiàn)或主要表現(xiàn)出從丈量端開(kāi)端300mm長(zhǎng)偶絲的熱電行為，但是，當(dāng)熱電偶的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，則大局部偶絲處于高溫區(qū)，假如熱電偶絲是均質(zhì)的，那么根據(jù)均質(zhì)回路定則，丈量結(jié)果與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。但是，熱電偶絲并非均質(zhì)，特別是廉金屬熱電偶絲其均質(zhì)性較差，又處于具有溫度梯度的場(chǎng)所，那么其部分將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱為寄生電勢(shì)。由寄生電勢(shì)惹起的誤差稱為不均質(zhì)誤差。
在現(xiàn)有的貴金屬、廉金屬熱電偶檢定規(guī)程中，對(duì)熱電偶的不均質(zhì)尚未作出規(guī)則，只要在熱電偶絲材規(guī)范中，對(duì)熱電偶絲的不平均性有一定請(qǐng)求。對(duì)廉金屬熱電偶采用首尾檢定法求出不平均熱電動(dòng)勢(shì)。正軌熱電偶絲材消費(fèi)廠，均按國(guó)度規(guī)范請(qǐng)求，消費(fèi)出不平均熱電動(dòng)勢(shì)契合請(qǐng)求的產(chǎn)品。
（2） K型熱電偶絲經(jīng)運(yùn)用后產(chǎn)生的不均質(zhì)
關(guān)于新制的熱電偶，即便是不平均熱電動(dòng)勢(shì)能滿足請(qǐng)求，但是，重復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且運(yùn)用中熱電偶長(zhǎng)期處于高溫下也會(huì)因偶絲的劣化而惹起熱電動(dòng)勢(shì)變化，例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶，將沿偶絲長(zhǎng)度方向發(fā)作劣化，并隨溫度增高，劣化加強(qiáng)，當(dāng)劣化的局部處于具有溫度梯度的場(chǎng)所，也將產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢(shì)疊加在總熱電動(dòng)勢(shì)中而呈現(xiàn)丈量誤差。
在理論中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的產(chǎn)品（多為廉金屬熱電偶）到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用時(shí)卻不合格。再返回到計(jì)量部門檢定依然合格，其中主要緣由就是偶絲不均質(zhì)惹起的。消費(fèi)熱電偶的技術(shù)人員都切身領(lǐng)會(huì)到，熱電偶的不合格率也隨其長(zhǎng)度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質(zhì)的影響。總之，由不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢(shì)惹起的誤差，取決于熱電偶絲本身的不均質(zhì)水平及溫度梯度的大小，對(duì)其定量極端艱難。
