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        Ardunio MEGA+MAX6675熱電偶測溫

        作者:我不是奔跑哥   來源:我不是奔跑哥的blog   點擊數:  更新時間:2014年06月08日   【字體:

        一、熱電偶工作原理

        兩種不同成份的導體兩端接合成回路,當兩個接合點的溫度不同時,在回路中就會產生電動勢,這種現象稱為熱電效應,而這種電動勢稱為熱電勢。
        熱電偶就是利用熱點效應原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。
        熱電偶的實物如圖1所示。 
        圖1 熱電偶實物圖
         熱電偶實際上是一種能量轉換器,它將熱能轉換為電能,用所產生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應注意如下幾個問題:
        1、熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數;
        2、熱電偶所產生的熱電勢的大小,當熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無關,只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關;
        3、當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關;若熱電偶冷端的溫度保持一定,這時候的熱電偶熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。
        將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流。
        根據熱電偶測溫原理,熱電偶的輸出熱電勢不僅與測量端的溫度有關,而且與冷端的溫度有關,需要測量出冷端溫度,從而才能準確地測量出真實的溫度。下面將介紹集成冷端補償的芯片MAX6675。
        二、MAX6675工作原理
        MAX6675是MAXIM公司的K型熱電偶串行模數轉換器,它能獨立完成信號放大、冷端補償、線性化、A/D轉換及SPI串口數字化輸出功能。
         MAX6675內部集成有冷端補償電路;帶有簡單的3位串行SPI接口;可將溫度信號轉換成12位數字量,溫度分辨率達0.25℃;內含熱電偶斷線檢測電路。冷端補償的溫度范圍-20℃~80℃,可以測量0℃~1023.75℃的溫度。  MAX6675為SO-8腳封裝,工作電壓為+5V直流電壓,功耗為47.1mW,電流為50mA,適用于體積不大,不利散熱的裝置條件下使用,其引腳圖如圖2所示。其中SO為SPI串行輸出端口引腳; CS為片選信號;SCK為串行時鐘輸入;T+、T-分別接熱電偶的測量端和冷端。 
         
        圖2 MAX6675引腳圖

         

        三、Arduino程序設計
        MAX6675的庫文件自帶的串口輸出示例,把采樣間隔改為2s。
         #include "Max6675.h"
         
        Max6675 ts(8, 9, 10);
        // Max6675 module: SO on pin #8, SS on pin #9, CSK on pin #10 of Arduino UNO
        // Other pins are capable to run this library, as long as digitalRead works on SO,
        // and digitalWrite works on SS and CSK
         
        void setup()
        {
        ts.setOffset(0);
        // set offset for temperature measurement.
        // 1 stannds for 0.25 Celsius
         
        Serial.begin(9600);
        }
         
        void loop()
        {
        Serial.print(ts.getCelsius(), 2);
        Serial.print(" C / ");
        Serial.print(ts.getFahrenheit(), 2);
        Serial.print(" F / ");
        Serial.print(ts.getKelvin(), 2);
        Serial.print(" K\n");
        delay(2000);
        }
        四、實物實驗演示
        圖3 MAX6675模塊實物圖
        圖4 MAX6674與MEGA連接圖
        采用用串口助手接收溫度數據,數據如下:
        1、放置在空氣中,常溫環境下
        圖5 熱電偶暴露于空氣中
        圖6 空氣中的溫度

         

        可以看出,溫度還是很穩定的,還說明南京很熱,都30℃了。
         
        2、放置于一杯熱水中,高溫環境
         
        圖7 熱電偶置于盛有熱水的杯子中
         
         
        圖8 瓷杯中的水溫

         

        水溫穩定在57℃左右,看起來溫度不是很高,但是我端水杯還是感覺很燙的。
        五、結束語
        K型熱電偶的應用非常廣泛,基于MAX6675的熱電偶測溫模塊解決了冷端補償、線性化等問題,雖然效果不是特別好,可以通過其他手段,進一步提高測溫精度,有一定的工業應用價值。
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