基于EFM8控制器制作用于监控和分析热电偶的测量系统

　　热电偶

　　热电偶（thermocouple）是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同，但是它们的基本结构却大致相同，通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成，通常和显示仪表、记录仪表及电子调节器配套使用。

　　在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。

　　工作原理

　　当有两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0 ，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势” 。

　　热电动势由两部分电动势组成，一部分是两种导体的接触电动势，另一部分是单一导体的温差电动势。

　　热电偶回路中热电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和两接点的温度有关，而与热电偶的形状尺寸无关。当热电偶两电极材料固定后，热电动势便是两接点温度t和t0。的函数差 。

　　这一关系式在实际测温中得到了广泛应用。因为冷端t0恒定，热电偶产生的热电动势只随热端（测量端）温度的变化而变化，即一定的热电动势对应着一定的温度。我们只要用测量热电动势的方法就可达到测温的目的 ［1］ 。

　　热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，

　　当两端存在温度梯度时，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，这就是所谓的塞贝克效应（Seebeck effect）。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。

　　在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此，在热电偶测温时，可接入测量仪表，测得热电动势后，即可知道被测介质的温度。热电偶测量温度时要求其冷端（测量端为热端，通过引线与测量电路连接的端称为冷端）的温度保持不变，其热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。若测量时，冷端的（环境）温度变化，将严重影响测量的准确性。在冷端采取一定措施补偿由于冷端温度变化造成的影响称为热电偶的冷端补偿正常。与测量仪表连接用专用补偿导线。

　　热电偶冷端补偿计算方法：

　　从毫伏到温度：测量冷端温度，换算为对应毫伏值，与热电偶的毫伏值相加，换算出温度；

　　从温度到毫伏：测量出实际温度与冷端温度，分别换算为毫伏值，相减後得出毫伏值，即得温度。

　　

　　。　　通过将EFM8微控制器连接到PC，您可以方便地监控温度并可视化温度随时间的变化情况。

　　所需的硬件/软件

　　● SLSTK2000A EFM8评估板

　　● Simplicity Studio集成开发环境

　　● SCILAB

　　● PmodTC1热电偶模块（包括一个K型热电偶）

　　● 5根连接导线

　　分析您的烤箱

　　在本篇文章中，我们将开发一个监测和记录热电偶温度测量的系统。您当然可以将此系统用于您选择执行的任何温度感应，但我确实有一个特定的应用：回流式烤箱。您可能还没有意识到，通过使用普通烤箱进行回流焊接，可以将表面贴装部件焊接到PCB上。如果您曾经考虑过，两到三块PCB进行专业装配的成本，那么您完全理解这种低成本自助式替代方案的重要性。

　　然而，使用烤箱进行回流焊接方法的困难之一是温度控制。首先，不能保证烤箱的温度设置足够准确（毕竟，它是专为食品准备而设计的，而不是PCB组装）。其次，最佳回流焊接不仅仅是单个温度。考虑以下：

　　

　　这是凯斯特（Kester）制造的有铅焊膏推荐的温度曲线。也许是自己动手组装技术人员不需要强调严格遵守温度曲线，但是一致成功的机会肯定会随着您复制推荐曲线的程度而增加。此外，记录您的温度变化 - 即使您没有尝试微调烤箱的性能 - 可以帮助您识别潜在的问题。例如，ChipQuick建议其含铅产品具有更高的最高温度（235°C对225°C），而ChipQuick的无铅焊膏需要更高的峰值温度和变化的曲线。因此，如果您注意到某种类型的锡膏比另一种效果更好，那么您的温度数据可能会帮助您解决问题。