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热电偶的原理及单片K型热电偶放大与数字转换器MAX6675 2007年09月21日 星期五 下午 08:45 摘要：MAX6675是Maxim公司推出的具有冷端补偿的单片K型热电偶放大器与数字转换器。文中介绍器件的特点、工作原理及接口时序，并给出与单片机的接口电路及温度读取、转换程序。 ????关键词：热电偶放大器 冷端补偿 数字输出 热电偶是一种感温元件 , 它把温度信号转换成热电动势信号 , 通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均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 Seebeck 电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。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。热电偶优点　　热电偶是工业中常用的温度测温元件，具有如下特点：① 测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响。 ② 热响应时间快：热电偶对温度变化反应灵敏。③ 测量范围大：热电偶从 -40~+ 1600℃ 均可连续测温。 ④性能可靠， 机械强度好。⑤ 使用寿命长，安装方便。热电偶的种类及结构：（ 1 ）热电偶的种类 　　K 型（镍铬 - 镍硅） WRN 系列　　　　N 型（镍铬硅 - 镍硅镁） WRM 系列 　　E 型（镍铬 - 铜镍） WRE 系列　　　　J 型（铁 - 铜镍） WRF 系列 　　T 型（铜 - 铜镍） WRC 系列　　　　　S 型（铂铑 10- 铂） WRP 系列 　　R 型（铂铑 13- 铂）WRQ系列　　 　　B 型（铂铑 30- 铂铑 6 ） WRR 系列等。 （ 2 ）热电偶的结构形式：热电偶的基本结构是热电极，绝缘材料和保护管；并 与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。在现场使用中根据环境，被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。 热电偶简单分为装配式热电偶，铠装式热电偶和特殊形式热电偶；按使用环境细分有耐 高温热电偶，耐磨热电偶，耐腐热电偶，耐高压热电偶，隔爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环硫化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极焙烧炉用热电偶，高温热风炉用热电偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温盐浴炉用热电偶，铜、铁及钢水用热电偶，抗氧化钨铼热电偶，真空炉用热电偶，铂铑热电偶等 注意：热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： 　　①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； 　　②两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； 　　③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； 　　④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 热电偶冷端的温度补偿 　　由于热电偶的材料一般都比较贵重，而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 　　在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。 热电偶作为一种主要的测温元件，具有结构简单、制造容易、使用方便、测温范围宽、测温精度高等特点。但是将热电偶应用在基于单片机的嵌入式系统领域时，却存在着以下几方面的问题。①非线性：热电偶输出热电势与温度之间的关系为非线性关系，因此在应用时必须进行线性化处理。②冷补偿：热电偶输出的热电势为冷端保持为0℃时与测量端的电势差值，而在实际应用中冷端的温度是随着环境温度而变化的，故需进行冷端补偿。③数字化输出：与嵌入式系统接口必然要采用数字化输出及数字化接口，而作为模拟小信号测温元件的热电偶显然法直接满足这个要求。因此，若将热电偶应用于嵌入式系统时，须进行复杂的信号放大、A/D转换、查表线性线、温度补偿及数字化输出接口等软硬件设计。如果能将上述的功能集成到一个集成电路芯片中，即采用单芯片来完成信号放大、冷端补偿、线性化及数字化输出功能，则将大大简化热电偶在嵌入式领域的应用设计。 Maxim公司新近推出的MAX6