第 4章 热电式传感器
温度是表征物体冷热程度的物理量 。 它反
映物体内部各分子运动平均动能的大小 。
温度可以利用物体的某些物理性质 （ 电阻,
电势, 等 ） 随着温度变化的特征进行测量 。
测量方法按作用原理分接触式和非接触式 。
接触式传感器接触温度场, 二者进行热交换 。
（ 热电偶, 热电阻温度传感器 ） 。
测温范围在 -250——1800度, 适用于远距离多点
测量 。
非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随
温度的变化而变化的原理 。 物体辐射能量的大小与
温度有关,当选择合适的接收检测装置时,便可测得
被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显
示的各种信号,实现温度的测量 。 这类测温方法的
温度传感器主要有光电高温传感器, 红外辐射温度
传感器, 光纤高温传感器等 。 测量范围 600—6000度 。
4.1 热电偶传感器
一,热电偶的测温原理
1.接触电势
B
A
AB N
N
e
kTTE ln)( ?
B
A
AB N
NTT
e
KTTE ln)(),(
00 ??
2.温差电势
dtdt tNdNekTTE
T
T
A
A
A ??
0
)(1),(
0
dtdt tNdNekTTE
T
T
A
A
B ??
0
)(1),(
0
回路总的电势为
ABABAB EETTETTP ??? ),(),( 00
B
A
ABAB N
NTT
e
KTTETTP ln)(),(),(
000 ???
由于温差电势很小，可略去。因此回路
的电势为,
热电偶回路的几点结论,
① 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，
则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。
必须采用两种不同的材料作为热电极。
② 如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电
势亦为零。
③ 热电偶 AB的热电势与 A,B材料的中间温度无关，只
与结点温度有关。
二,
1,中间导体定律
利用热电偶进行测温,必须在回路中引入连接导线和仪表,
接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间导体定
律说明,在热电偶测温回路内,接入第三种导体,只要其两端温
度相同,则对回路的总热电势没有影响。
接入第三种导体回路如图
所示。 由于温差电势可忽
略不计,则回路中的总热
电势等于各接点的接触电
势之和。
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) （ 1
当 T= T0 时,有
EABC(T0)=eAB(T0 )+eBC(T0)+eCA(T0) =0
由此得 eAB(T0 )＝－ eBC(T0)－ eCA(T0) =0
代入（ 1）式
ＡＢＣ (T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T,T0)
同理,加入第四、第五种导体后,只要加入的导
体两端温度相等,同样不影响回路中的总热电势。
2.参考电极定律
当结点温度为 T,T0时，用导体 A,B组成的热电偶的热电
动势等于 AC热电偶和 CB热电偶的热电动势的代数和。
0 0 0(,) (,) (,)A B A C C BE T T E T T E T T??
参考电极的实用价值在于：它可大大简化热
电偶的选配工作。实际测温中，只要获得有关热
电极与参考电极配对时的热电势值，那么任何两
种热电极配对时的热电势均可按公式而无需再逐
个去测定。
用作参考电极 (标准电极 )的材料，目前主要
为纯铂丝材，因为铂的熔点高，易提纯，且在
高温与常温时的物理、化学性能都比较稳定。
3.中间温度定律
在热电偶回路中,两接点温度为 T,T0时的热电势,等于该
热电偶在接点 T,Ta和 Ta和 T0时的热电势。
根据这一定律，只要给出自由端 0℃ 时的热电势和温度
关系，就可求出冷端为任意温度 T0的热电偶电动势。它
是制定热电偶分度表的理论基础。在实际热电偶测温回
路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为 0℃ 的
热电势进行修正。
)(),(),( 00 TTETTETTE aABaABAB ???
三, 常用热电偶
理论上讲,任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶,
但为了准确可靠地测量温度,对组成热电偶的材料必须经过严
格的选择 。 工程上用于热电偶的材料应满足以下条件, 热电势
变化尽量大,热电势与温度关系尽量接近线性关系,物理,
化学性能稳定,易加工,复现性好,便于成批生产,有良好的
互换性 。
实际上并非所有材料都能满足上述要求 。 目前在国际上
被公认比较好的热电材料只有几种 。 国际电工委员会 （ IEC）
向世界各国推荐 8种标准化热电偶,所谓标准化热电偶,它已
列入工业标准化文件中,具有统一的分度表 。 我国从 1988年
开始采用 IEC标准生产热电偶 。 表 11-1 为我国采用的几种热电
偶的主要性能和特点 。
1.镍铬 -考铜 (E型 )
2.镍铬 -镍铝 (K型 )
3.铂铑 30-铂铑 6（ B型）
4.铂铑 10-铂 (S型）
目前工业上常用的有四种标准化热电偶
四、
为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶
的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电
偶等。
1.普通型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多,
它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成
2.铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶。它是由
热电偶丝,绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而
成的坚实组合体,它可以做得很细很长,使用中随
需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端
热容量小,动态响应快,机械强度高,挠性好,可
安装在结构复杂的装置上,因此被广泛用在许多工
业部门中。
3.薄膜热电偶
薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料,用真空
蒸镀,化学 凃 层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成
的一种特殊热电偶,薄膜热电偶的热接点可以做得
很小（可薄到 0.01~0.1μm ）,具有热容量小,反
应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,适用
于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度
测量 。
五,热电偶温度补偿方法
从热电偶测温基本公式可以看到,对某一种热电偶来说热电
偶产生的热电势只与工作端温度 t和自由端温度 t0有关,即,
EAB(t,t0)=e AB(t)-eAB(t0)
热电偶的分度表是以 t0=0℃ 作为基准进行分度的,而在实际
使用过程中,参考端温度往往不为 0℃,那么工作端温度为 t
时,分度表所对应的热电势 EAB (t,0)与热电偶实际产生的热
电势 EAB(t,t0)
EAB(t,0)= EAB(t,t0)+ EAB(t0,0)
由此可见,EAB(t,0) 是参考端温度 t0的函数,因此需要对
热电偶参考端温度进行处理。
1.补偿导线法
在实际测温时,需要把热电偶输出的电势信号传
输到远离现场数十米的控制室里的显示仪表或控
制仪表,这样参考端温度 t0也比较稳定。热电偶
一般做得较短 需要用导线将热电偶的冷端延伸
出来。工程中采用一种补偿导线,它通常由两种
不同性质的廉价金属导线制成,而且在 0~100℃ 温
度范围内,要求补偿导线和所配热电偶具有相同
的热电特性。
2,冷端温度修正法
可得热电偶热电势的计算公式：
E(t,0)=E(t,t0 )+E(t0,0)
E(t,0)－表示冷端为零度，热端为 t时的热电势
E(t,t0 )－表示冷端为 t0，热端为 t时的热电势,实测值
E(t0,0)－表示冷端为零度，热端为 t0时的热电势
采用补偿导线可使热电偶的参考端延伸到温度比较稳定的地方,
但只要参考端温度不等于 0℃,需要对热电偶回路的电势值加
以修正,修正值为 EAB(t0,0)。 经修正后的实际热电势,可由
分度表中查出被测实际温度值
3.电桥补偿法
补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电
压作为补偿信号,来自动补偿热电偶测量过程
中因参考端温度不为 0℃ 或变化而引起热电势
的变化值 。
不平衡电桥由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制
的电阻 R1,R2, R3、电阻温度系数较大的铜丝绕制的电
阻 RCU 和稳压电源组成。
补偿电桥法
补偿原理：将带有铜热电阻的补偿电桥与被
补偿的热电偶串联，铜与热电偶的冷端置于
同一温度场。室温时，电桥输出为零，当冷
端温度变化时，铜电阻阻值变化造成电桥不
平衡输出。此不平衡输出电压对热电偶输出
变化有抵消作用。
4.冰浴法
六, 热电偶测温线路
热电偶测温时,它可以直接与显示仪表 （ 如电子电位差
计, 数字表等 ） 配套使用,也可与温度变送器配套,转换成标
准电流信号,下图 为典型的热电偶测温线路 。
如用一台显示仪表显示多点温度时,可按下图 连接,这
样可节约显示仪表和补偿导线。
特殊情况下,热电偶可以串联或并联使用,但只能是同
一分度号的热电偶,且参考端应在同一温度下。如热电偶
正向串联,可获得较大的热电势输出和提高灵敏度。在测
量两点温差时,可采用热电偶反向串联。利用热电偶并联
可以测量平均温度。
（ 1）、单点温度测量
（ 2）、测量两点的温度差
用两只相同型号的热电偶，配用相同的补偿导线，
反向串联。产生热电势为
ET=EAB（ T1,T0） — EAB（ T2,T0）
显示仪表C
BA
D
B A
T2T1
T0 T0
C
（ 3）、测量平均温度
用几只型号特性相同的热电偶并联在一起。
仪表R1
E1
R2 R3
E2 E3
T2T1 T3
T0
ET
)(31 321 EEEE T ???
例 用镍铬一镍硅热电偶测炉温时，其冷端温度
to＝ 30℃,在直流电位差计上测得的电动势
EAB(t,30)=38,500mV，求炉温为多少?
镍铬一镍硅热电偶分度表（自由端温度为 0 ℃ ）
解：①查镍铬一镍硅热电偶 K分度表得：
( 30,0) 1,20 3ABE m V?
② 根据中间温度定律得：
(,0 ) (,3 0 ) ( 3 0,0 )A B A B A BE t E t E??
38.500 1.203
39.703 mV
??
?
③ 查镍铬一镍硅热电偶 K分度表得：
960t ? ℃
4.2 热电阻传感器
一、概述
热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随
温度变化而变化的原理进行测温的。
1,优点：
①测量精度高；
②有较大的测量范围；－ 200～ 600℃
③ 易于使用在自动测量和远距离测量中
2,分类
热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻 两
大类,一般把金属热电阻称为热电阻,而把半导体
热电阻称为热敏电阻。
3,
用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定
的电阻温度系数和电阻率,R-t 关系最好成线性,
物理化学性能稳定,复现性好等。目前最常用的
热电阻有铂热电阻和铜热电阻。
4.热电阻的结构构
测温范围,-200℃~850℃
电阻与温度的关系：
在 -200 ℃ ~0 ℃ 范围
在 0～ 850℃ 范围
式中,Rt— 温度为 t时的阻值
R0— 温度为 0度时的阻值
A－常数,
B－常数,
C－常数，
320 )1 0 0(1[ tCtCBtAtRR t ??????
)1( 20 BtAtRR t ???
1-3 103, 9 0 8 0 2 ??? C
-27 C 108 0 2.5 ??? ?
-412 C 102 7 3 5 0.4 ??? ?
二、铂电阻 Pt
热电阻在温度 t时的电阻值与 R0 有关。目前我国
规定工业用铂热电阻有 R0=50Ω和 R0=100Ω两种,
它们的分度号分别为 Pt10和 Pt100,其中以 Pt100为常用。
铂热电阻不同分度号亦有相应分度表,即 Rt-t 的关
系表,这样在实际测量中,只要测得热电阻的阻值
Rt,便可从分度表上查出对应的温度值。
参看表 4.3-4.4(P135)
由于铂是贵重金属,因此,在一些测量精度要求不高且温度
较低的场合,可采用铜热电阻进行测温,它的测量范围为
－ 50 ～ 150℃ 。
铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的,
可近似地表示为,
Rt=R0（ 1+αt ）
式中：
α 为铜热电阻的电阻温度系数,取 α=4.28 × 10-3/℃ 。
铜热电组的两种分度号为：
Cu50(R0=50Ω) 和 Cu100 （ R100=100Ω）。
三、铜热电阻
铜热电阻线性好,价格便宜,但它易氧化,不适宜在腐蚀
性介质或高温下工作。
四, 热电阻传感器应用
内部引线方式有两线制, 三线制和四线制三种 。 二
线制中引线电阻对测量影响大,用于测温精度不高场
合 。 三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导
线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差 。 四线
制可以完全消除引线电阻对测量的影响,用于高精度
温度检测 。 工业用铂电阻测温采用三线制或四线制 。
A、三线制测温消除导线产生误差原理
相临两桥臂增加同一阻值的电阻，对电桥的平衡无影响。
0RR
RR t
??
??设计使
E
R
RR
E
rRRrRR
RRR
E
rRR
rR
rRR
rR
U
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
0
))((
)(
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??
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?
??
?
?
B、四线制测温
)1(
0
1
1
0
tIR
R
R
IR
R
R
U
f
t
f
????
??
运放采用斩波放
大器 ICL7650差
动放大器。
恒流源供电。
4.3 半导体热敏电阻传感器
一、热敏电阻的特点
① 电阻温度系数大，灵敏度高
② 结构简单
③ 电阻率高，热惯性小
④ 阻值与温度变化呈非线性
⑤ 稳定性和互换性较差
二、热敏电阻的结构与材料
热敏电阻主要由热敏探头、引先壳体构成
热敏电阻的结构形式
三,半导体热敏电阻传感器的特性
1.温度特性
电阻－温度的关系为
RT,R0— 温度 T,T0时的阻值
T－热力学温度
B－热敏电阻材料常数，一般取 2000～ 6000K
电阻温度系数为
)11(
0
0TT
B
T eRR
??
2
1
T
B
dT
dR
Ra
T
T
????
2.伏安特性
1,温度补偿
对一些仪表的重要元器件进行温度补偿。
被补偿元器件具有正的温度系数。
热敏电阻具有负的温度系数。
R2
R1
被补偿元件
实现补偿。使
。阻值减小了
并联后与，
。阻值增加
，设温度增加
锰锰
0
21
2
1
????
?
??
?
?
RR
R
RRRR
R
Ct
tt
?四、热敏电阻的应用
2,家电控温
温度过高,RT减小,T截止,K失电,K1断开。
负载失电。
若 RT为正温度系数,RW与 RT对调即可。
K
D
10K
9013R
T
K1 220V
4.4 热电开关
一,双金属片式温度计
双金属片的弯曲程度（偏位的大小），可参照下列
公式计算
D=K(T2-T1) l / h
式中：
D－偏位的大小
K－双金属片的特性常数
(T2-T1) －温度的变化
l－金属片的长度
h－金属片的厚度
由此可知，提高灵敏度的方法是使双金属片减薄厚
度 h和增加常度 l,通常灵敏度为 0.01mm/C－
0.03mm/C
二、陶铁磁体热电开关
温度是表征物体冷热程度的物理量 。 它反
映物体内部各分子运动平均动能的大小 。
温度可以利用物体的某些物理性质 （ 电阻,
电势, 等 ） 随着温度变化的特征进行测量 。
测量方法按作用原理分接触式和非接触式 。
接触式传感器接触温度场, 二者进行热交换 。
（ 热电偶, 热电阻温度传感器 ） 。
测温范围在 -250——1800度, 适用于远距离多点
测量 。
非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随
温度的变化而变化的原理 。 物体辐射能量的大小与
温度有关,当选择合适的接收检测装置时,便可测得
被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显
示的各种信号,实现温度的测量 。 这类测温方法的
温度传感器主要有光电高温传感器, 红外辐射温度
传感器, 光纤高温传感器等 。 测量范围 600—6000度 。
4.1 热电偶传感器
一,热电偶的测温原理
1.接触电势
B
A
AB N
N
e
kTTE ln)( ?
B
A
AB N
NTT
e
KTTE ln)(),(
00 ??
2.温差电势
dtdt tNdNekTTE
T
T
A
A
A ??
0
)(1),(
0
dtdt tNdNekTTE
T
T
A
A
B ??
0
)(1),(
0
回路总的电势为
ABABAB EETTETTP ??? ),(),( 00
B
A
ABAB N
NTT
e
KTTETTP ln)(),(),(
000 ???
由于温差电势很小，可略去。因此回路
的电势为,
热电偶回路的几点结论,
① 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体，
则无论两结点温度如何，热电偶回路内的总热电势为零。
必须采用两种不同的材料作为热电极。
② 如果热电偶两结点温度相等，热电偶回路内的总电
势亦为零。
③ 热电偶 AB的热电势与 A,B材料的中间温度无关，只
与结点温度有关。
二,
1,中间导体定律
利用热电偶进行测温,必须在回路中引入连接导线和仪表,
接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢？中间导体定
律说明,在热电偶测温回路内,接入第三种导体,只要其两端温
度相同,则对回路的总热电势没有影响。
接入第三种导体回路如图
所示。 由于温差电势可忽
略不计,则回路中的总热
电势等于各接点的接触电
势之和。
EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0) （ 1
当 T= T0 时,有
EABC(T0)=eAB(T0 )+eBC(T0)+eCA(T0) =0
由此得 eAB(T0 )＝－ eBC(T0)－ eCA(T0) =0
代入（ 1）式
ＡＢＣ (T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T,T0)
同理,加入第四、第五种导体后,只要加入的导
体两端温度相等,同样不影响回路中的总热电势。
2.参考电极定律
当结点温度为 T,T0时，用导体 A,B组成的热电偶的热电
动势等于 AC热电偶和 CB热电偶的热电动势的代数和。
0 0 0(,) (,) (,)A B A C C BE T T E T T E T T??
参考电极的实用价值在于：它可大大简化热
电偶的选配工作。实际测温中，只要获得有关热
电极与参考电极配对时的热电势值，那么任何两
种热电极配对时的热电势均可按公式而无需再逐
个去测定。
用作参考电极 (标准电极 )的材料，目前主要
为纯铂丝材，因为铂的熔点高，易提纯，且在
高温与常温时的物理、化学性能都比较稳定。
3.中间温度定律
在热电偶回路中,两接点温度为 T,T0时的热电势,等于该
热电偶在接点 T,Ta和 Ta和 T0时的热电势。
根据这一定律，只要给出自由端 0℃ 时的热电势和温度
关系，就可求出冷端为任意温度 T0的热电偶电动势。它
是制定热电偶分度表的理论基础。在实际热电偶测温回
路中,利用热电偶这一性质,可对参考端温度不为 0℃ 的
热电势进行修正。
)(),(),( 00 TTETTETTE aABaABAB ???
三, 常用热电偶
理论上讲,任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶,
但为了准确可靠地测量温度,对组成热电偶的材料必须经过严
格的选择 。 工程上用于热电偶的材料应满足以下条件, 热电势
变化尽量大,热电势与温度关系尽量接近线性关系,物理,
化学性能稳定,易加工,复现性好,便于成批生产,有良好的
互换性 。
实际上并非所有材料都能满足上述要求 。 目前在国际上
被公认比较好的热电材料只有几种 。 国际电工委员会 （ IEC）
向世界各国推荐 8种标准化热电偶,所谓标准化热电偶,它已
列入工业标准化文件中,具有统一的分度表 。 我国从 1988年
开始采用 IEC标准生产热电偶 。 表 11-1 为我国采用的几种热电
偶的主要性能和特点 。
1.镍铬 -考铜 (E型 )
2.镍铬 -镍铝 (K型 )
3.铂铑 30-铂铑 6（ B型）
4.铂铑 10-铂 (S型）
目前工业上常用的有四种标准化热电偶
四、
为了适应不同生产对象的测温要求和条件,热电偶
的结构形式有普通型热电偶、铠装型热电偶和薄膜热电
偶等。
1.普通型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多,
它一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成
2.铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶。它是由
热电偶丝,绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而
成的坚实组合体,它可以做得很细很长,使用中随
需要能任意弯曲。铠装热电偶的主要优点是测温端
热容量小,动态响应快,机械强度高,挠性好,可
安装在结构复杂的装置上,因此被广泛用在许多工
业部门中。
3.薄膜热电偶
薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料,用真空
蒸镀,化学 凃 层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成
的一种特殊热电偶,薄膜热电偶的热接点可以做得
很小（可薄到 0.01~0.1μm ）,具有热容量小,反
应速度快等的特点,热相应时间达到微秒级,适用
于微小面积上的表面温度以及快速变化的动态温度
测量 。
五,热电偶温度补偿方法
从热电偶测温基本公式可以看到,对某一种热电偶来说热电
偶产生的热电势只与工作端温度 t和自由端温度 t0有关,即,
EAB(t,t0)=e AB(t)-eAB(t0)
热电偶的分度表是以 t0=0℃ 作为基准进行分度的,而在实际
使用过程中,参考端温度往往不为 0℃,那么工作端温度为 t
时,分度表所对应的热电势 EAB (t,0)与热电偶实际产生的热
电势 EAB(t,t0)
EAB(t,0)= EAB(t,t0)+ EAB(t0,0)
由此可见,EAB(t,0) 是参考端温度 t0的函数,因此需要对
热电偶参考端温度进行处理。
1.补偿导线法
在实际测温时,需要把热电偶输出的电势信号传
输到远离现场数十米的控制室里的显示仪表或控
制仪表,这样参考端温度 t0也比较稳定。热电偶
一般做得较短 需要用导线将热电偶的冷端延伸
出来。工程中采用一种补偿导线,它通常由两种
不同性质的廉价金属导线制成,而且在 0~100℃ 温
度范围内,要求补偿导线和所配热电偶具有相同
的热电特性。
2,冷端温度修正法
可得热电偶热电势的计算公式：
E(t,0)=E(t,t0 )+E(t0,0)
E(t,0)－表示冷端为零度，热端为 t时的热电势
E(t,t0 )－表示冷端为 t0，热端为 t时的热电势,实测值
E(t0,0)－表示冷端为零度，热端为 t0时的热电势
采用补偿导线可使热电偶的参考端延伸到温度比较稳定的地方,
但只要参考端温度不等于 0℃,需要对热电偶回路的电势值加
以修正,修正值为 EAB(t0,0)。 经修正后的实际热电势,可由
分度表中查出被测实际温度值
3.电桥补偿法
补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的不平衡电
压作为补偿信号,来自动补偿热电偶测量过程
中因参考端温度不为 0℃ 或变化而引起热电势
的变化值 。
不平衡电桥由三个电阻温度系数较小的锰铜丝绕制
的电阻 R1,R2, R3、电阻温度系数较大的铜丝绕制的电
阻 RCU 和稳压电源组成。
补偿电桥法
补偿原理：将带有铜热电阻的补偿电桥与被
补偿的热电偶串联，铜与热电偶的冷端置于
同一温度场。室温时，电桥输出为零，当冷
端温度变化时，铜电阻阻值变化造成电桥不
平衡输出。此不平衡输出电压对热电偶输出
变化有抵消作用。
4.冰浴法
六, 热电偶测温线路
热电偶测温时,它可以直接与显示仪表 （ 如电子电位差
计, 数字表等 ） 配套使用,也可与温度变送器配套,转换成标
准电流信号,下图 为典型的热电偶测温线路 。
如用一台显示仪表显示多点温度时,可按下图 连接,这
样可节约显示仪表和补偿导线。
特殊情况下,热电偶可以串联或并联使用,但只能是同
一分度号的热电偶,且参考端应在同一温度下。如热电偶
正向串联,可获得较大的热电势输出和提高灵敏度。在测
量两点温差时,可采用热电偶反向串联。利用热电偶并联
可以测量平均温度。
（ 1）、单点温度测量
（ 2）、测量两点的温度差
用两只相同型号的热电偶，配用相同的补偿导线，
反向串联。产生热电势为
ET=EAB（ T1,T0） — EAB（ T2,T0）
显示仪表C
BA
D
B A
T2T1
T0 T0
C
（ 3）、测量平均温度
用几只型号特性相同的热电偶并联在一起。
仪表R1
E1
R2 R3
E2 E3
T2T1 T3
T0
ET
)(31 321 EEEE T ???
例 用镍铬一镍硅热电偶测炉温时，其冷端温度
to＝ 30℃,在直流电位差计上测得的电动势
EAB(t,30)=38,500mV，求炉温为多少?
镍铬一镍硅热电偶分度表（自由端温度为 0 ℃ ）
解：①查镍铬一镍硅热电偶 K分度表得：
( 30,0) 1,20 3ABE m V?
② 根据中间温度定律得：
(,0 ) (,3 0 ) ( 3 0,0 )A B A B A BE t E t E??
38.500 1.203
39.703 mV
??
?
③ 查镍铬一镍硅热电偶 K分度表得：
960t ? ℃
4.2 热电阻传感器
一、概述
热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随
温度变化而变化的原理进行测温的。
1,优点：
①测量精度高；
②有较大的测量范围；－ 200～ 600℃
③ 易于使用在自动测量和远距离测量中
2,分类
热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热电阻 两
大类,一般把金属热电阻称为热电阻,而把半导体
热电阻称为热敏电阻。
3,
用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定
的电阻温度系数和电阻率,R-t 关系最好成线性,
物理化学性能稳定,复现性好等。目前最常用的
热电阻有铂热电阻和铜热电阻。
4.热电阻的结构构
测温范围,-200℃~850℃
电阻与温度的关系：
在 -200 ℃ ~0 ℃ 范围
在 0～ 850℃ 范围
式中,Rt— 温度为 t时的阻值
R0— 温度为 0度时的阻值
A－常数,
B－常数,
C－常数，
320 )1 0 0(1[ tCtCBtAtRR t ??????
)1( 20 BtAtRR t ???
1-3 103, 9 0 8 0 2 ??? C
-27 C 108 0 2.5 ??? ?
-412 C 102 7 3 5 0.4 ??? ?
二、铂电阻 Pt
热电阻在温度 t时的电阻值与 R0 有关。目前我国
规定工业用铂热电阻有 R0=50Ω和 R0=100Ω两种,
它们的分度号分别为 Pt10和 Pt100,其中以 Pt100为常用。
铂热电阻不同分度号亦有相应分度表,即 Rt-t 的关
系表,这样在实际测量中,只要测得热电阻的阻值
Rt,便可从分度表上查出对应的温度值。
参看表 4.3-4.4(P135)
由于铂是贵重金属,因此,在一些测量精度要求不高且温度
较低的场合,可采用铜热电阻进行测温,它的测量范围为
－ 50 ～ 150℃ 。
铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的,
可近似地表示为,
Rt=R0（ 1+αt ）
式中：
α 为铜热电阻的电阻温度系数,取 α=4.28 × 10-3/℃ 。
铜热电组的两种分度号为：
Cu50(R0=50Ω) 和 Cu100 （ R100=100Ω）。
三、铜热电阻
铜热电阻线性好,价格便宜,但它易氧化,不适宜在腐蚀
性介质或高温下工作。
四, 热电阻传感器应用
内部引线方式有两线制, 三线制和四线制三种 。 二
线制中引线电阻对测量影响大,用于测温精度不高场
合 。 三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导
线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差 。 四线
制可以完全消除引线电阻对测量的影响,用于高精度
温度检测 。 工业用铂电阻测温采用三线制或四线制 。
A、三线制测温消除导线产生误差原理
相临两桥臂增加同一阻值的电阻，对电桥的平衡无影响。
0RR
RR t
??
??设计使
E
R
RR
E
rRRrRR
RRR
E
rRR
rR
rRR
rR
U
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
0
))((
)(
?
?
????
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
B、四线制测温
)1(
0
1
1
0
tIR
R
R
IR
R
R
U
f
t
f
????
??
运放采用斩波放
大器 ICL7650差
动放大器。
恒流源供电。
4.3 半导体热敏电阻传感器
一、热敏电阻的特点
① 电阻温度系数大，灵敏度高
② 结构简单
③ 电阻率高，热惯性小
④ 阻值与温度变化呈非线性
⑤ 稳定性和互换性较差
二、热敏电阻的结构与材料
热敏电阻主要由热敏探头、引先壳体构成
热敏电阻的结构形式
三,半导体热敏电阻传感器的特性
1.温度特性
电阻－温度的关系为
RT,R0— 温度 T,T0时的阻值
T－热力学温度
B－热敏电阻材料常数，一般取 2000～ 6000K
电阻温度系数为
)11(
0
0TT
B
T eRR
??
2
1
T
B
dT
dR
Ra
T
T
????
2.伏安特性
1,温度补偿
对一些仪表的重要元器件进行温度补偿。
被补偿元器件具有正的温度系数。
热敏电阻具有负的温度系数。
R2
R1
被补偿元件
实现补偿。使
。阻值减小了
并联后与，
。阻值增加
，设温度增加
锰锰
0
21
2
1
????
?
??
?
?
RR
R
RRRR
R
Ct
tt
?四、热敏电阻的应用
2,家电控温
温度过高,RT减小,T截止,K失电,K1断开。
负载失电。
若 RT为正温度系数,RW与 RT对调即可。
K
D
10K
9013R
T
K1 220V
4.4 热电开关
一,双金属片式温度计
双金属片的弯曲程度（偏位的大小），可参照下列
公式计算
D=K(T2-T1) l / h
式中：
D－偏位的大小
K－双金属片的特性常数
(T2-T1) －温度的变化
l－金属片的长度
h－金属片的厚度
由此可知，提高灵敏度的方法是使双金属片减薄厚
度 h和增加常度 l,通常灵敏度为 0.01mm/C－
0.03mm/C
二、陶铁磁体热电开关
