Modbus远程模块和热电偶

文章将介绍热电偶的有关内容。热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件。

 
热电偶

它可以直接测量温度，并把温度信号转换为热电动势信号。热电偶测量温度所利用的原理是：塞贝克效应又称第一热电效应。他是由托马斯·约翰·塞贝克在1821年发现的。

具体表述是：由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。

热电偶通常由热电极、绝缘套、保护管和接线盒等部分组成。

热电极是其主要的测温模块。它由两根金属丝构成，我们将连接在一起的一端称为工作端、测量段或热端，另一端则称为补偿端、自由端或冷端。

测量时将热端靠近被测物，冷端的两根金属丝间就会产生电压差，从而得到物体的温度。那么电压差是怎样产生的呢？

当我们对导体的一端加热时，金属内的自由电子受热获得能量，并由于温度梯度的影响朝温度较低的一端运动。这样自由电子就在冷端聚集，导致导体的两端产生电压差。

热电偶使用了两种不同的金属，这是因为不同金属中自由电子的数量和迁移速率不同，这样才能在冷端的两种金属丝间产生电压差。如果采用同种金属，冷端就不能产生电压差了。需要注意的是：热端和冷端只是人们对热电偶不同工作位的命名。在测量中，热端的温度不必比冷端的温度高。而且热电偶产生的电压差信号很小，不超过55mV，但ADC能够接受的电压信号一般是2.5V至5V左右，所以我们需要一个电压放大设备，放大电压差。

现在假设现在已经得到了冷热两端的电压差，但我们关注的是热端的实际温度。那么就需要知道冷端的温度是多少，然后经过温度补偿计算，则可以得到被测物的实际温度。其中，冷端的温度可以使用温度传感器获得，比如RTD等。

通过大量实验，工程师们得到了8种常用的热电偶。

这些热电偶各有优势，比如说B型、R型、S型热电偶。可以测量的温度达到1800℃左右，但它们使用了铂，铑等贵金属，使用成本比较高。使用最广泛的是K型热电偶，虽然它的高温特性差，只有1300℃，但使用的是镍铬、镍硅合金，成本相对低廉。

在测量温度时，热电偶与RTD（热电阻）一样，通过简单的一次方程并不能很好的反应热电偶的温度情况。

所以人们通过实验绘制出了热电偶的温度分度表，这样就能相对准确的知道热电偶在各热电动势下的温度值了。

以上就是对热电偶内容的介绍，接下来我们将使用热电偶模块完成相关实验。实验使用的设备有：一块M2101热电偶数据采集卡、一张SDS-1011 USB转换器、一个K型热电偶。

本次实验用到的M-2101数据采集卡是专为热电偶设计的数据采集模块，它可以较好的反应热电偶采集的温度信息。关于模块和转换器的其他内容，在我们发布的M系列数据采集卡的视频中都有介绍，大家可以移步观看，这里便不再复述。

我们直接进行设备连接，首先将M-2101数据采集卡和SDS-1011转换器组合到一起。

然后将热电偶冷端的红色线接入M-2101的IN 0+端，将绿色线接入IN 0-端。因为我们需要用SDS-1011转换器为M-2101模块提供直流电压，所以要把转换器和模块的Vs+（电源线）和GND（地线）相连。还要把两个设备的485-A和485-B两个端口连接起来，最后通过USB线缆将SDS-1011转换器和电脑相连。

实验使用的是“M Manage”软件，它可以在思迈科华的官网中下载（出链接），而本实验中所做的软件相关的操作，同样包含在M系列视频中，我们就不在做详细说明。运行数据采集软件，搜索出设备。

开启数据记录功能，将正在使用的端口添加至任务列表。点击RUN进行数据采集。

将热电偶放入热水中，软件中显示的温度快速上升。

停止采集后，调整画布可以看到比较清晰的图像。

以上便是使用热电偶采集温度的全过程，实验所使用的硬件设备信息可在思迈科华官网的相关页面查看。有任何关于此片文章的问题，您够可以在评论区指出，也可以搜索微信公众号Smacq思迈科华，直接与我们沟通。

文章的视频资料可以通过如下链接访问：数据采集与热电偶。

审核编辑 黄宇