文章將介紹熱電偶的有關內容。熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件。

熱電偶

它可以直接測量溫度，并把溫度信號轉換為熱電動勢信號。熱電偶測量溫度所利用的原理是：塞貝克效應又稱第一熱電效應。他是由托馬斯·約翰·塞貝克在1821年發現的。

具體表述是：由于兩種不同電導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間的電壓差的熱電現象。

熱電偶通常由熱電極、絕緣套、保護管和接線盒等部分組成。

熱電極是其主要的測溫模塊。它由兩根金屬絲構成，我們將連接在一起的一端稱為工作端、測量段或熱端，另一端則稱為補償端、自由端或冷端。

測量時將熱端靠近被測物，冷端的兩根金屬絲間就會產生電壓差，從而得到物體的溫度。那么電壓差是怎樣產生的呢？

當我們對導體的一端加熱時，金屬內的自由電子受熱獲得能量，并由于溫度梯度的影響朝溫度較低的一端運動。這樣自由電子就在冷端聚集，導致導體的兩端產生電壓差。

熱電偶使用了兩種不同的金屬，這是因為不同金屬中自由電子的數量和遷移速率不同，這樣才能在冷端的兩種金屬絲間產生電壓差。如果采用同種金屬，冷端就不能產生電壓差了。需要注意的是：熱端和冷端只是人們對熱電偶不同工作位的命名。在測量中，熱端的溫度不必比冷端的溫度高。而且熱電偶產生的電壓差信號很小，不超過55mV，但ADC能夠接受的電壓信號一般是2.5V至5V左右，所以我們需要一個電壓放大設備，放大電壓差。

現在假設現在已經得到了冷熱兩端的電壓差，但我們關注的是熱端的實際溫度。那么就需要知道冷端的溫度是多少，然后經過溫度補償計算，則可以得到被測物的實際溫度。其中，冷端的溫度可以使用溫度傳感器獲得，比如RTD等。

通過大量實驗，工程師們得到了8種常用的熱電偶。

這些熱電偶各有優勢，比如說B型、R型、S型熱電偶。可以測量的溫度達到1800℃左右，但它們使用了鉑，銠等貴金屬，使用成本比較高。使用最廣泛的是K型熱電偶，雖然它的高溫特性差，只有1300℃，但使用的是鎳鉻、鎳硅合金，成本相對低廉。

在測量溫度時，熱電偶與RTD（熱電阻）一樣，通過簡單的一次方程并不能很好的反應熱電偶的溫度情況。

所以人們通過實驗繪制出了熱電偶的溫度分度表，這樣就能相對準確的知道熱電偶在各熱電動勢下的溫度值了。

以上就是對熱電偶內容的介紹，接下來我們將使用熱電偶模塊完成相關實驗。實驗使用的設備有：一塊M2101熱電偶數據采集卡、一張SDS-1011 USB轉換器、一個K型熱電偶。

本次實驗用到的M-2101數據采集卡是專為熱電偶設計的數據采集模塊，它可以較好的反應熱電偶采集的溫度信息。關于模塊和轉換器的其他內容，在我們發布的M系列數據采集卡的視頻中都有介紹，大家可以移步觀看，這里便不再復述。

我們直接進行設備連接，首先將M-2101數據采集卡和SDS-1011轉換器組合到一起。

然后將熱電偶冷端的紅色線接入M-2101的IN 0+端，將綠色線接入IN 0-端。因為我們需要用SDS-1011轉換器為M-2101模塊提供直流電壓，所以要把轉換器和模塊的Vs+（電源線）和GND（地線）相連。還要把兩個設備的485-A和485-B兩個端口連接起來，最后通過USB線纜將SDS-1011轉換器和電腦相連。

實驗使用的是“M Manage”軟件，它可以在思邁科華的官網中下載（出鏈接），而本實驗中所做的軟件相關的操作，同樣包含在M系列視頻中，我們就不在做詳細說明。運行數據采集軟件，搜索出設備。

開啟數據記錄功能，將正在使用的端口添加至任務列表。點擊RUN進行數據采集。

將熱電偶放入熱水中，軟件中顯示的溫度快速上升。

停止采集后，調整畫布可以看到比較清晰的圖像。

以上便是使用熱電偶采集溫度的全過程，實驗所使用的硬件設備信息可在思邁科華官網的相關頁面查看。有任何關于此片文章的問題，您夠可以在評論區指出，也可以搜索微信公眾號Smacq思邁科華，直接與我們溝通。

文章的視頻資料可以通過如下鏈接訪問：數據采集與熱電偶。

審核編輯 黃宇