熱電偶和冷端溫度測(cè)量簡介

熱電偶利用熱電原理進(jìn)行溫度測(cè)量。其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測(cè)量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）。

常用的K型熱電偶實(shí)物如圖1所示，它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度。

熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)應(yīng)用中使用非常廣泛。

熱電偶測(cè)量端的實(shí)際溫度由冷端溫度和測(cè)量端溫度構(gòu)成，它們的關(guān)系為

熱電偶測(cè)量端的溫度 = 冷端溫度 + 測(cè)量端溫度。

在本方案中，測(cè)量端和冷端的溫度都用CS1237(ADC轉(zhuǎn)換芯片)來測(cè)量。

其中，冷端溫度直接使用CS1237內(nèi)部的溫度傳感器來測(cè)量，該溫度傳感器的誤差約為3°左右。

在使用CS1237內(nèi)部的溫度傳感器時(shí)，需要將其內(nèi)部的配置寄存器的通道選擇位ch_sel[1:0]配置為2’b10 ，此時(shí)ADC模擬信號(hào)輸入接到內(nèi)部溫度傳感器，其它的模擬輸入信號(hào)無效。

ADC 通過測(cè)量內(nèi)部溫度傳感器輸出的電壓差來推導(dǎo)出實(shí)際的溫度值。當(dāng)ch_sel[1:0]=2’b10 時(shí)，ADC只支持PGA=1。

溫度傳感器需要進(jìn)行單點(diǎn)校正。校正方法為：在某個(gè)溫度點(diǎn)A下，使用溫度傳感器進(jìn)行測(cè)量得到碼值Ya。

那么其他溫度點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的溫度= Yb*(273.15+A)/Ya-273.15 (1)

A點(diǎn)的溫度單位是攝氏度。Ya是A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度碼值。Yb是B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度碼值。

比如，在溫度點(diǎn)29.1°C下，Ya = 0xc1c29,那么溫度點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的溫度為

那么其他溫度點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的溫度= Yb*(273.15+29.1)/0xc1c29-273.15

所以要想測(cè)出任意時(shí)刻的冷端溫度，需要先在某一個(gè)確定的溫度下，讀出溫度數(shù)值，并代入式(1)對(duì)CS1237內(nèi)部的溫度傳感器進(jìn)行單點(diǎn)校正。

設(shè)計(jì)精度高、性能優(yōu)良而又價(jià)格低廉的工業(yè)測(cè)溫方案，國產(chǎn)的CS1237可能是一個(gè)比較好的選擇。近期，我們將和正點(diǎn)原子一起推出一期全面而深入的國產(chǎn)高精度溫控器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案的學(xué)習(xí)，詳情可以看正點(diǎn)原子的公眾號(hào)。

在該方案中，我們將對(duì)冷端溫度的跳變、最終溫度校正進(jìn)行詳細(xì)的介紹，考慮到modbus在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用，我們還在該方案中給出了modbus的RTU通信的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，還包含了困擾大家的freemodbus的移植。測(cè)溫的目的是控溫。