概述

熱電偶是一種溫度傳感器。

與TMP36等半導體溫度傳感器不同，熱電偶內部沒有電子器件，它們只需將兩條金屬線焊接在一起即可。由于兩種連接金屬的物理作用，導線兩端的電壓會隨著溫度的升高而輕微但可測量。使用的金屬類型會影響電壓范圍，成本和靈敏度，這就是為什么我們有幾種不同類型的熱電偶的原因。在半導體傳感器或熱敏電阻上使用熱電偶的主要改進是溫度范圍大大增加。例如，TMP36的溫度可從-50升至150°C，之后芯片本身可能會損壞。另一方面，普通的熱電偶的溫度范圍可以從-200°C到1350°C（K型），有些可以超過2300°C！

熱電偶通常用于HVAC系統，加熱器和鍋爐，窯爐等。有幾種不同的類型，但是本教程將討論K類型，這是非常常見的，并且更易于與之交互。

使用它們的一個困難是被測電壓很小，并且變化很大。每°C約50 uV（uV為1/1000000伏）。雖然可以使用干凈的電源和良好的運算放大器來讀取這些電壓，但還有其他復雜性，例如非線性響應（并非總是50uV/°C）和冷溫度補償（僅測量到的影響）差分，并且必須有一個參考，就像接地是電壓的參考一樣）。因此，我們建議僅使用可以為您完成繁重工作的接口芯片，讓您輕松集成傳感器而不會帶來太多麻煩。在本教程中，我們將使用一個甚至不需要ADC的MAX6675 K熱電偶接口芯片，吐出一個很好的溫度數字數據信號。

一些基本統計信息

這是用于帶有玻璃編織層的K型熱電偶

尺寸： 24米長1米（

價格：在adafruit商店中的價格為10美元

溫度范圍： -100°C到500°C/-150到900°F（此后可能會損壞玻璃編織層）

輸出范圍： -6至+ 20mV

精度： +-2°C

需要一個放大器，例如MAX31855

接口： MAX6675（已停產）或AD595（模擬）

K熱電偶數據表

MAX6675數據表

MAX31855數據表

接線熱電偶

正如我們之前提到的那樣，對于大多數人來說，嘗試實際測量導線上的電壓將非常困難，因此我們強烈建議使用熱電偶接口芯片。到目前為止，我們所見過的最好的是MAX6675（及其替代版本稱為MAX31855），不幸的是，僅提供SOIC封裝。盡管焊接起來不太困難，但我們在商店中仍準備好可以使用的分線板。

首先要確定哪根電線是哪根。您還記得，熱電偶是通過將兩根導線焊接在一起制成的，芯片讀取兩者之間的電壓差。一個是負極（對于K型由Alumel制成），另一個是正極（同上，Chromel）。幸運的是，電線采用了顏色編碼，幾乎所有時間您都會發現Alumel為紅色，Chromel為黃色。

根據需要將導線連接到放大器：

MAX6675和MAX31855熱電偶放大器與接地的熱電偶不兼容。

我們已經看到一些K型熱電偶，其引線標記不正確，因此如果您發現熱電偶溫度下降而不是加熱時上升，嘗試交換紅色和黃色電線

Arduino代碼

如果您使用的是AD595接口芯片，則只需將電壓輸出連接到微控制器上的模擬輸入，然后進行一些基本數學運算即可將將10 mV/°C輸入到數字輸出中。

如果您打算使用MAX6675/MAX31855，還有更多工作要做。首先，Vin和GND必須連接到3-5V電源。然后，三個數據引腳必須連接到數字IO引腳：

CLK （時鐘）是MAX6675/MAX31855的輸入（微控制器的輸出），指示何時顯示另一位數據

DO （數據輸出）是MAX6675/MAX31855的輸出（微控制器的輸入），帶有數據的每一位

CS （片選）是MAX6675/MAX31855的輸入（微控制器的輸出），它告訴芯片何時是時候讀取熱電偶并輸出更多數據了。

在我們的草圖的開頭，我們定義了這些引腳。對于我們的示例， DO 連接到數字3 ， CS 連接到數字4， CLK 連接到引腳5

在嘈雜的環境中，MAX31855 v1.0可能需要在熱電偶引線之間添加一個0.01uF電容器。

MAX31855不支持接地的熱電偶-如果傳感器接地，芯片將返回錯誤

Arduino庫

如果您有較舊的MAX6675分支，請從Arduino庫管理器中下載 Adafruit MAX6675 庫。

如果您具有較新的MAX31855分支，請從以下位置下載 Adafruit MAX31855 庫：

打開Arduino庫管理器：

如果有MAX6675分組，請搜索 MAX6 675 庫并安裝

如果有MAX31855分組，請搜索 Adafruit MAX31855 庫并安裝它

打開文件 -》 示例-》 MAX6675/Adafruit_MAX31855 -》 serialthermocouple 草圖并將其上傳到Arduino。上傳后，打開串行端口監視器以顯示攝氏溫度和華氏溫度的當前溫度。

我們還提供了有關Arduino庫安裝的出色教程，網址為：

http ：//learn.adafruit.com/adafruit-all-about-arduino-libraries-install-use

readCelsius（）或 readFahrenheit（）以獲取浮點結果。

添加顯示 通常的要求是將溫度輸出到本教程中的“經典”字符LCD上。

為此接線，我們將 CLK 連接到數字 3 ， CS 轉換為數字 4 和 DO 轉換為數字 5。一旦工作，就可以更改草圖中的引腳連接

我們也有一個示例草圖。首先按照我們的教程使LCD工作。現在加載新草圖文件-》示例 -》 MAX31855 》 lcd熱電偶并像在串行熱電偶測試中一樣插入熱電偶模塊，您會看到內部溫度和熱電偶溫度以攝氏度顯示。

Python和CircuitPython

將MAX31855傳感器與Python和CircuitPython以及Adafruit CircuitPython MAX31855模塊一起使用很容易。此模塊使您可以輕松編寫可從熱電偶讀取溫度的Python代碼。

您可以將此傳感器與任何CircuitPython微控制器板或具有GPIO和Python的計算機一起使用，這要歸功于我們的CircuitPython支持的Adafruit_Blinka -Python兼容性庫。

CircuitPython微控制器接線

首先，按照與Arduino前幾頁完全相同的方式將aMAX31855連接到您的電路板上。下面是將Feather M0連接到傳感器的示例：

板3V 至 sensorVdd

板GND 至傳感器GND

板卡SCK 到 sensorCLK

板卡MISO sensorDO

D5板到傳感器CS （或任何其他免費的數字I/O引腳）

Python計算機接線

由于您可以使用數十種Linux計算機/主板，因此我們將顯示Raspberry Pi的接線。對于其他平臺，請訪問Linux上的CircuitPython指南，以了解您的平臺是否受支持。

以下是連接SPI的Raspberry Pi：

Pi 3.3V 到傳感器 Vin

Pi GND 到傳感器 GND

Pi SCLK 到傳感器 CLK

Pi MISO 到傳感器 DO

Pi GPIO 5 至傳感器 CS

MAX31855庫的CircuitPython安裝

接下來您需要在電路Python板上安裝Adafruit CircuitPython MAX31855庫

首先請確保您正在為板運行最新版本的Adafruit CircuitPython。

下一步，您需要安裝必要的庫才能使用硬件-認真按照以下步驟從Adafruit的CircuitPython庫捆綁包中查找和安裝這些庫。例如，Circuit Playground Express指南上有一個很棒的頁面，說明如何為快速和非表達板安裝庫包。

記住非表達板，例如Trinket M0，Gemma M0和Feather/Metro M0 basic，您需要從捆綁包中手動安裝必要的庫：

adafruit_max31855.mpy

adafruit_bus_device 》

在繼續之前，請確保您開發板的lib文件夾或根文件系統具有 adafruit_max31855.mpy，和 adafruit_bus_device 。

下一步連接到開發板的串行REPL，這樣您就可以在CircuitPython上得到》》》 提示。

MAX31855庫的Python安裝

您需要安裝Adafruit_Blinka庫，該庫在Python中提供了CircuitPython支持。這可能還需要在您的平臺上啟用I2C并驗證您正在運行Python3。由于每個平臺都略有不同，并且Linux經常更改，請訪問Linux上的CircuitPython指南以準備好您的計算機！

完成后，從命令行運行以下命令：

sudo pip3 install adafruit-circuitpython-max31855

如果您的默認Python是版本3，則可能需要改為運行“ pip”。只要確保您不嘗試在Python 2.x上使用CircuitPython，就不支持它！

CircuitPython和Python的用法

為演示傳感器的用法，我們將對其進行初始化并讀取溫度。首先通過運行以下命令初始化SPI連接和庫：

下載：文件

復制代碼

import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs） import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs）

現在，您可以讀取溫度屬性，以從攝氏度中檢索傳感器的溫度：

下載：文件

復制代碼

print（‘Temperature： {} degrees C’.format（max31855.temperature）） print（‘Temperature： {} degrees C’.format（max31855.temperature））

使用MAX31855和CircuitPython代碼讀取溫度就是全部！

完整示例代碼

下載：Project Zip 或 max31855_simpletest.py | 在Github上查看

復制代碼

import time

import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs）

while True：

tempC = max31855.temperature

tempF = tempC * 9 / 5 + 32

print（‘Temperature： {} C {} F ’.format（tempC， tempF））

time.sleep（2.0）

import time

import board

import busio

import digitalio

import adafruit_max31855

spi = busio.SPI（board.SCK， MOSI=board.MOSI， MISO=board.MISO）

cs = digitalio.DigitalInOut（board.D5）

max31855 = adafruit_max31855.MAX31855（spi， cs）

while True：

tempC = max31855.temperature

tempF = tempC * 9 / 5 + 32

print（‘Temperature： {} C {} F ’.format（tempC， tempF））

time.sleep（2.0）

常見問題解答

我的熱電偶的溫度似乎向后！如果我加熱探頭，則報告的溫度會降低

由于熱電偶線的標簽不正確。嘗試交換兩條熱電偶引線，即使黃色和紅色的導線在正確的插槽中-我們也看到一些熱電偶的導線顏色錯誤。

》

我的MAX31855輸出確實不穩定且嘈雜-如果我觸摸或移動探頭，溫度輸出會發瘋

MAX31855具有令人驚訝的靈敏性，我們發現一種解決此問題的好方法是在熱電偶引線上放置一個0.01uF至0.1uF的電容器（即，將電容器放入藍色接線盒中，或焊接到底部，如下所示。

我的熱電偶輸出有一個偏移量/我有多個熱電偶，但它們在溫度上“不同意”

K熱電偶不是精確的溫度測量設備！熱電偶之間會有偏移和差異。我們建議，大多數熱電偶溫度計都通過軟件校正了偏移量。有關校準的提示，請參見本指南：

傳感器校準

對于精確的溫度測量，我們建議使用1％的熱敏電阻。

如何連接多個熱電偶？

您最多可以連接MAX31855你有別針。只需共享所有分支的CLK和DO引腳，并且每個引腳都有一個唯一的CS引腳即可。然后，您可以使用以下樣式創建新的熱電偶：

Adafruit_MAX31855熱電偶1（thermoCLK，thermoCS1， thermoDO）;

Adafruit_MAX31855熱電偶2（thermoCLK，thermoCS2，thermoDO）;

Adafruit_MAX31855熱電偶3（thermoCLK，thermoCS3，thermoDO）;

您也可以嘗試使用相同的CS和CLK引腳，但使用所有不同的DO引腳

Adafruit_MAX31855熱電偶1（thermoCLK，thermoCS，thermoDO1）;

Adafruit_MAX31855熱電偶2 （thermoCLK，thermoCS，thermoDO2）;

Adafruit_MAX31855熱電偶3（thermoCLK，thermoCS，thermoDO3）;

在極高或極低的溫度下，測量結果不正確

熱電偶線性化

項目示例

需要想法嗎？看看這些項目！

Jeelabs詳細介紹了回流控制器（使用AD595型芯片）

Terran的PI控制的咖啡烘焙機

RocketNumberNine的回流焊機項目

下載

數據表和文件 strong》

MAX31855數據表

MAX6675原理圖和布局文件位于GitHub

MAX31855原理圖和布局文件位于GitHub

在Adafruit Fritzing庫中為兩個對象都打褶

示意圖

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Fabric Print

責任編輯：wv