現(xiàn)代電子產(chǎn)品、工廠設(shè)備，溫度檢測(cè)無處不在——

穿戴設(shè)備中，人體溫度需要檢測(cè)；汽車中，電池溫度需要檢測(cè)；工廠中，鍋爐加熱需要檢測(cè)。

雖然測(cè)溫一件蠻簡(jiǎn)單的事，但如果選錯(cuò)溫度傳感器，是測(cè)不出來溫度的，你看豆豆可不就做錯(cuò)了嗎——

# 0 1

「 幾種常用測(cè)溫方式 」

測(cè)溫的環(huán)境不同，而溫度傳感產(chǎn)品又多種多樣 ，這給工程師們制造了一些小麻煩。今天，針對(duì)測(cè)溫，我們就來整理幾種最常用的測(cè)溫方式。

01

熱敏電阻

這個(gè)電路符號(hào)就是熱敏電阻，在很多電路圖中都可以看到。

熱敏電阻是敏感元件的一類，電阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。溫度越高電阻值越大就是正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC），相反，溫度越高電阻值越低就是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）。

在電路中，用上一個(gè)電阻就可以測(cè)溫，很明顯這樣的測(cè)溫方式成本低，尺寸小，應(yīng)用簡(jiǎn)單。盡管熱敏電阻線性度較差，但在一些需要快速響應(yīng)和小尺寸的應(yīng)用場(chǎng)景中，依然能看到它的身影。

02

電阻溫度檢測(cè)器(RTD)

這是一種內(nèi)置某種金屬探頭，阻值隨著溫度的升高而增大或降低的溫度傳感器。雖然名字中也有電阻，但是它和熱敏電阻的區(qū)別還是很大的。RTD是最精確和最穩(wěn)定的溫度傳感器之一，在一些需要高精度測(cè)溫的場(chǎng)合可以用RTD，但是RTD的響應(yīng)速度較慢，而且價(jià)格偏高。

03

集成(IC)溫度傳感器

這類測(cè)溫傳感器，大家最熟悉的就是DS18B20了。集成（IC）溫度傳感器是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上，可完成溫度測(cè)量及信號(hào)輸出功能的專用IC。

集成（IC）溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控測(cè)，不需要進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡(jiǎn)單。

集成（IC）溫度傳感器按輸出信號(hào)類型可分為模擬集成溫度傳感器(LM35) 和數(shù)字集成溫度傳感器(DS18B20)兩種。

04

熱 電偶傳感器

熱電偶測(cè)溫是兩種不同成分的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度差時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)的大小可以計(jì)算出兩端的溫度差。

熱電偶的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其無需外部供電。另外，熱電偶還有測(cè)溫范圍寬、適應(yīng)各種大氣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是測(cè)量精度不高，所以在高精度的測(cè)量和應(yīng)用中通常不會(huì)選擇熱電偶。

這里我們整理了幾種測(cè)溫方式的優(yōu)缺點(diǎn)：

# 0 2

「 熱電偶測(cè)溫 」

上面介紹的四種測(cè)溫方式，都有其應(yīng)用場(chǎng)景。熱敏電阻、RTD以及IC溫度傳感器，這三種是我們硬件工程師比較常用的，而熱電偶由于常在工業(yè)應(yīng)用“大顯身手”，有些小伙伴不是很了解，接下來就重點(diǎn)學(xué)習(xí)下熱電偶測(cè)溫吧。

前面說了熱電偶的測(cè)溫原理，這是源自于“ 塞貝克效應(yīng) ”。把兩種不同材料的導(dǎo)體焊接在一起，形成一個(gè)閉合回路。把其中一個(gè)端，可以稱為工作端或測(cè)量端，處于高溫環(huán)境中，而另一個(gè)端，也就是冷端或參考端，處于較低溫度的環(huán)境中時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。通過測(cè)量這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小，可以推算出熱電偶工作端所處的溫度。

這兩種不同成分的材料連接是標(biāo)準(zhǔn)的，根據(jù)采用的兩種材料的不同，熱電偶可分為K型熱電偶、S型熱電偶、E型熱電偶、N型熱電偶、J型熱電偶等等。

每種熱電偶都有一個(gè)分度表，就是參考端是0℃的時(shí)候，測(cè)量端溫度對(duì)應(yīng)的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)值，從分度表可以看出電壓信號(hào)是mV級(jí)，很小。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于熱電偶參考端溫度不可能保持在0℃不變，也不可能固定在某一個(gè)溫度不變，而由于熱偶電勢(shì)又與參考度溫度有關(guān)，如果參考端溫度變化，必然會(huì)引起測(cè)量誤差。為了消除這種誤差，須進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。

如何進(jìn)行冷端補(bǔ)償呢？即使沒有用過熱電偶的人應(yīng)該也想到，可以用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶延長(zhǎng)到環(huán)境溫度變化較穩(wěn)定的地方，又或者把熱電偶處在恒定0℃的容器中。有一些電子基礎(chǔ)的人可能會(huì)想到采用電路補(bǔ)償，也就是專業(yè)的叫法電橋補(bǔ)償。

這幾種方式確實(shí)是可以讓熱電偶能測(cè)到正確的溫度，但是實(shí)施起來，有一些不便之處。 有沒有更方便的補(bǔ)償方式呢？有！

# 0 3

「 EPSH TCM 856測(cè)溫模塊 」

這個(gè)是原ADI老牌代理商世健開發(fā)的 EPSH TCM 856測(cè)溫模塊 。現(xiàn)在，世健已被WT文曄科技收購(gòu)。

在這個(gè)測(cè)溫模塊中，用到了來自ADI的MAX31856，一款高精度、帶線性補(bǔ)償?shù)臒犭娕紨?shù)字轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)任何類型熱電偶的信號(hào)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和數(shù)字轉(zhuǎn)換，輸出以攝氏度為單位的數(shù)據(jù)，允許讀取高達(dá)+1800°C 以及低至 210°C ( 取決于熱電偶類型)的溫度讀數(shù)。

前面要說到了熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)只有mV級(jí)，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，MAX31856內(nèi)部集成了熱電偶測(cè)溫所需的外圍電路，內(nèi)置的輸入放大器和 ADC 對(duì)熱電偶的輸出電壓進(jìn)行放大和數(shù)字轉(zhuǎn)換，片內(nèi)溫度傳感器測(cè)量冷端溫度，然后利用內(nèi)部查找表 (LUT)確定所選熱電偶類型與冷端溫度對(duì)應(yīng)的 ADC 數(shù)值，再將熱電偶數(shù)值和冷端數(shù)值進(jìn)行求和，產(chǎn)生與冷端補(bǔ)償后的熱電偶溫度對(duì)應(yīng)的數(shù)值，并轉(zhuǎn)換成以 °C 為單位的輸出值，最后通過 SPI 接口將結(jié)果發(fā)送給 MCU，MCU 經(jīng) RS485將數(shù)據(jù)上傳到 PC 端。

MAX31856內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

# 0 4

「 熱電偶實(shí)測(cè)溫度 溫模塊 」

有了這個(gè)測(cè)溫模塊，再配合WT文曄開發(fā)的上位機(jī)軟件，就可以一鍵開啟測(cè)溫了。

1）硬件連接

通過電源接口輸入12-24v，或者通過USB TypeC 輸入 5V，給EPSH TCM 856供電；通過傳感器接口連接熱電偶；通過RS485 數(shù)字接口將模塊輸出連接至PC端。

2）軟件連接

打開上位機(jī)軟件，選擇對(duì)應(yīng)的串口：

3）配置主界面

根據(jù)功能有五個(gè)分區(qū)，寄存器配置區(qū)，實(shí)時(shí)冷端補(bǔ)償溫度，實(shí)時(shí)線性化熱電偶溫度也就是實(shí)際的溫度、錯(cuò)誤狀態(tài)，寄存器列表以及溫度的實(shí)時(shí)曲線圖。

對(duì)于熱電偶的一些功能配置，通過寄存器配置區(qū)配置就可以。這里有6個(gè)寄存器，分別代表不同的功能。通過鼠標(biāo)選擇，就可以把0或者1對(duì)應(yīng)寫入寄存器中。

WT文曄技術(shù)團(tuán)隊(duì)把這個(gè)寄存器配置直接模塊化，可視化了，功能、怎么配置一目了然。直接通過這個(gè)上位機(jī)，就可以給板子發(fā)指令，修改內(nèi)部寄存器。這樣不僅可以減少學(xué)習(xí)寄存器的時(shí)間，還可以減少自己修改源碼而產(chǎn)生的問題，這樣簡(jiǎn)單的操作，工程師是最喜歡了。在寄存器列表中，還能實(shí)時(shí)看到寄存器的值在變化。

4）讀取溫度

模塊對(duì)于溫度顯示有兩種：數(shù)值顯示和線性圖形。

通過上手測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)雖然熱電偶常常在工業(yè)設(shè)備、電力這些惡劣的環(huán)境里使用，但有了EPSH TCM 856這個(gè)測(cè)溫模塊，讓熱電偶測(cè)溫非常便捷，為工程師節(jié)省了很多時(shí)間。