热电偶测温如何“一键”实现？

  穿戴设备中，人体温度需要检测；汽车中，电池温度需要检测；工厂中，锅炉加热需要检测。

  虽然测温一件蛮简单的事，但如果选错温度传感器，是测不出来温度的，你看豆豆可不就做错了吗——

  测温的环境不同，而温度传感产品又多种多样，这给工程师们制造了一些小麻烦。今天，针对测温，我们就来整理几种最常用的测温方式。

  热敏电阻是敏感元件的一类，电阻值会随着温度的变化而改变。温度越高电阻值越大就是正温度系数热敏电阻（PTC），相反，温度越高电阻值越低就是负温度系数热敏电阻（NTC）。

  在电路中，用上一个电阻就可以测温，很明显这样的测温方式成本低，尺寸小，应用简单。尽管热敏电阻线性度较差，但在一些需要快速响应和小尺寸的应用场景中，依然能看到它的身影。

  这是一种内置某种金属探头，阻值随着温度的升高而增大或降低的温度传感器。虽然名字中也有电阻，但是它和热敏电阻的区别还是很大的。RTD是最精确和最稳定的温度传感器之一，在一些需要高精度测温的场合可以用RTD，但是RTD的响应速度较慢，且价格偏高。

  这类测温传感器，大家最熟悉的就是DS18B20了。集成（IC）温度传感器是将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及信号输出功能的专用IC。

  集成（IC）温度传感器的主要特征是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控测，不有必要进行非线性校准，外围电路简单。

  集成（IC）温度传感器按输出信号类型可分为模拟集成温度传感器(LM35) 和数字集成温度传感器(DS18B20)两种。

  热电偶测温是两种不同成分的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，根据热电动势的大小可以计算出两端的温度差。

  热电偶的一个优势是其无需外部供电。另外，热电偶还有测温范围宽、适应任何大气环境等优点，但其缺点是测量精度不高，所以在高精度的测量和应用中通常不会选择热电偶。

  上面介绍的四种测温方式，都有其应用场景。热敏电阻、RTD以及IC温度传感器，这三种是我们硬件工程师很常用的，而热电偶由于常在工业应用“大显身手”，有些小伙伴不是很了解，接下来就重点学习下热电偶测温吧。

  前面说了热电偶的测温原理，这是源自于“塞贝克效应”。把两种不一样的材料的导体焊接在一起，形成一个闭合回路。把其中一个端，可以称为工作端或测量端，处于高温环境中，而另一个端，也就是冷端或参考端，处于较低温度的环境中时，两端之间就会产生电动势。经过测量这个电动势的大小，可以推算出热电偶工作端所处的温度。

  这两种不同成分的材料连接是标准的，根据采用的两种材料的不同，热电偶可分为K型热电偶、S型热电偶、E型热电偶、N型热电偶、J型热电偶等等。

  每种热电偶都有一个分度表，就是参考端是0℃的时候，测量端温度对应的热电动势标准值，从分度表能够准确的看出电压信号是mV级，很小。

  在实际应用中，由于热电偶参考端温度不可能保持在0℃不变，也不可能固定在某一个温度不变，而由于热偶电势又与参考度温度有关，如果参考端气温变化，必然会引起测量误差。为了消除这种误差，须进行冷端温度补偿。

  如何进行冷端补偿呢？即使没有用过热电偶的人应该也想到，可以用补偿导线将热电偶延长到环境和温度变化较稳定的地方，又或者把热电偶处在恒定0℃的容器中。有一些电子基础的人可能会想到采用电路补偿，也就是专业的叫法电桥补偿。

  这几种方式确实是可以让热电偶能测到正确的温度，但是实施起来，有一些不便之处。有没有更方便的补偿方式呢？有！

  这个是原ADI老牌代理商世健开发的EPSH TCM 856测温模块。现在，世健已被WT文晔科技收购。

  在这个测温模块中，用到了来自ADI的MAX31856，一款高精度、带线性补偿的热电偶数字转换器，可以对任何类型热电偶的信号进行冷端补偿和数字转换，输出以摄氏度为单位的数据，允许读取高达+1800°C 以及低至 210°C ( 取决于热电偶类型)的温度读数。

  前面要说到了热电偶的热电动势只有mV级，有必要进行数据处理，MAX31856内部集成了热电偶测温所需的外围电路，内置的输入放大器和 ADC 对热电偶的输出电压进行放大和数字转换，片内温度传感器测量冷端温度，然后利用内部查找表 (LUT)确定所选热电偶类型与冷端温度对应的 ADC 数值，再将热电偶数值和冷端数值进行求和，产生与冷端补偿后的热电偶温度对应的数值，并转换成以 °C 为单位的输出值，最后通过 SPI 接口将结果发送给 MCU，MCU 经 RS485将数据上传到 PC 端。

  有了这个测温模块，再配合WT文晔开发的上位机软件，就可以一键开启测温了。

  通过电源接口输入12-24v，或者通过USB TypeC 输入 5V，给EPSH TCM 856供电；通过传感器接口连接热电偶；通过RS485 数字接口将模块输出连接至PC端。

  根据功能有五个分区，寄存器配置区，实时冷端补偿温度，实时线性化热电偶温度也就是实际的温度、错误状态，寄存器列表以及温度的实时曲线图。

  对于热电偶的一些功能配置，通过寄存器配置区配置就可以。这里有6个寄存器，分别代表不同的功能。通过鼠标选择，就可以把0或者1对应写入寄存器中。

  WT文晔技术团队把这个寄存器配置直接模块化，可视化了，功能、怎么配置一目了然。直接通过这一个上位机，就可以给板子发指令，修改内部寄存器。这样不但可以减少学习寄存器的时间，还能够大大减少自己修改源码而产生的问题，这样简单的操作，工程师是最喜欢了。在寄存器列表中，还能实时看到寄存器的值在变化。

  通过上手测试，我们得知虽然热电偶常常在工业设施、电力这些恶劣的环境里使用，但有了EPSH TCM 856这个测温模块，让热电偶测温很方便快捷，为工程师节省了很多时间。