第三章 温度传感器
第一节 概 论
第二节 热电偶温度传感器
第三节 热敏电阻温度传感器
第四节 IC温度传感器
第五节 其他温度传感器
通过本章的学习了解温度传感器的作用、地位、
分类和发展趋势；掌握热电偶三定律及相关计算；
掌握热敏电阻不同类型的特点及应用场合；掌握
集成温度传感器使用方法；了解其他温度传感器
工作原理。
第一节 概 论
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件 。 在种类
繁多的传感器中, 温度传感器是应用 最广泛, 发展 最快
的传感器之一 。
?温度是与人类生活息息相关的物理量。
?在 2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，
并开始使用温度传感器检测温度。
?人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学
及环保等部门都与温度有着密切的关系。
?工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一
半左右。
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。
一、温度的基本概念
热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理
量。
分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运
动的剧烈程度。
能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状
况的物理量。
表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。
?热力学温标
?国际实用温标
?摄氏温标
?华氏温标
如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的
传热量来完全地确定温标 。 1954年, 国际计量会议选
定 水的三相点为 273.16,并以它的 1/273.16定为一度,
这样热力学温标就完全确定了, 即 T=273.16(Q1/Q2)。
1848年威廉 ·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础, 建
立温度仅与热量有关, 而与物质无关的热力学温标 。 因
是开尔文总结出来的, 故又称开尔文温标, 用符号 K表
示 。 它是国际基本单位制之一 。
根据热力学中的卡诺定理, 如果在温度 T1的热源与温度
为 T2的冷源之间实现了卡诺循环, 则存在下列关系式
1．热力学温标
Q1——热源给予热机的传热量
Q2——热机传给冷源的传热量
2
1
2
1
Q
Q
T
T
?
为解决国际上温度标准的同意及实用问题, 国际上协商
决定, 建立一种既能体现热力学温度 （ 即能保证一定的
准确度 ）, 又使用方便, 容易实现的温标, 即国际实用
温标 International Practical Temperature Scale of 1968(简
称 IPTS-68),又称国际温标 。
2．国际实用温标
注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温
度间隔 1K=1℃ 。 T0是在标准大气压下冰的融化温度,
T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出 0.01 K。
1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用 t
表示，其单位是开尔文，符号为 K。 1K定义为水三相点
热力学温度的 1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、
液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点
温度为 273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。
氢
氧
三相点
沸点
54.361
90.188
-218.798
-182.962
水
三相点
沸点
273.16
373.15
0.01
100.0
锌
凝固点
692.73
419.58
银
凝固点
1235.08
961.93
金
凝固点
1337.58
1064.43
物质
三相点
平衡状态 温 度 T68/K
T68/℃
13.81
7.042
20.8
27.102
-259.31
-256.108
-252.87
-246.048
沸点 25/76atm
沸点
沸点
国际实用温标（ IPTS-68）的固定点
四个温度段：规定各温度段所使用的标准仪器
① 低温铂电阻温度计 （ 13.81K—273.15K） ；
② 铂电阻温度计 （ 273.15K—903.89K） ；
③ 铂铑 -铂热电偶温度计 （ 903.89K—1337.58K） ；
④ 光测温度计 （ 1337.58K以上 ） 。
国际实用开尔文温度与国际实用摄氏温度分别用符
号 T68和 t68来区别（一般简写为 T与 t）。
3．摄氏温标
是工程上最通用的温度标尺 。 摄氏温标是在标准大气
压 (即 101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等
份, 每一等份称为摄氏一度 (摄氏度, ℃ ),一般用小写
字母 t表示 。 与热力学温标单位开尔文并用 。
摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下,
4．华氏温标
目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为
32华氏度，水的沸点为 212华氏度，中间等分为 180份，
每一等份称为华氏一度，符号用 ℉,它和摄氏温度的
关系如下,
T=t+273.15 K t=T-273.15 ℃
m=1.8n+32 ℉ n= 5/9 (m-32) ℃
二、温度传感器的特点与分类
? 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；
? 蒸气压的温度变化；
? 电极的温度变化
? 热电偶产生的电动势；
? 光电效应
? 热电效应
? 介电常数、导磁率的温度变化；
? 物质的变色、融解；
? 强性振动温度变化；
? 热放射；
? 热噪声。
1 温度传感器的物理原理 (11)
?特性与温度之间的关系要适中，并容易检 测和
处理，且随温度呈线性变化；
?除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低；
?特性随时间变化要小；
?重复性好，没有滞后和老化；
?灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的
影响要小；
?机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好；
?能大批量生产，价格便宜；
?无危险性，无公害等。
2.温度传感器应满足的条件
3,温度传感器的种类及特点
? 接触式温度传感器
? 非接触式温度传感器
接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触
进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降
低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测
量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度
的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出
红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成
本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸
收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产
生消耗；反应快等。
物
理
现
象
体积热膨胀
电阻变化
温差电现象
导磁率变化
电容变化
压电效应
超声波传播速度变化
物质 颜色
P–N结电动势
晶体管特性变化
可控硅动作特性变化
热、光辐射
种
类
铂测温电阻、热敏电阻
热电偶
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器
超声波温度计
示温涂料 液晶
半导体二极管
晶体管半导体集成电路温度传感器
可控硅
辐射温度传感器 光学高温计
1.气体温度计 2,玻璃制水银温度计
3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计
5.液体压力温度计 6,气体压力温度计
1,热铁氧体 2,Fe-Ni-Cu合金
热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振
动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射
传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅
分 类 特 征 传 感 器 名 称
超高温用
传感器 1500℃ 以上 光学高温计、辐射传感器
高温用
传感器 1000～ 1500℃
光学高温计、辐射传感器、
热电偶
中高温用
传感器 500～ 1000℃
光学高温计、辐射传感器、
热电偶
中温用
传感器 0～ 500℃
低温用
传感器 -250～ 0℃
极低温用
传感器 -270～ -250℃ BaSrTiO3陶瓷
晶体管、热敏电阻,
压力式玻璃温度计
见表下内容
测
温
范
围
温度传感器分类 (1)
分 类 特 征 传 感 器 名 称
测温范围宽,
输出小
测温电阻器、晶体管、热电偶
半导体集成电路传感器,
可控硅、石英晶体振动器,
压力式温度计、玻璃制温度计
线性型
测温范围窄,
输出大 热敏电阻
指数型
函数
开关型
特性
特定温度、
输出大 感温铁氧体、双金属温度计
测
温
特
性
温度传感器分类 (2)
分 类 特 征 传 感 器 名 称
测定精度
± 0.1～
± 0.5℃
铂测温电阻、石英晶体振动
器、玻璃制温度计、气体温
度计、光学高温计
温度
标准用
测定精度
± 0.5～
± 5℃
热电偶, 测温电阻器, 热敏电
阻, 双金属温度计, 压力式温
度计, 玻璃制温度计, 辐射传
感器, 晶体管, 二极管, 半导
体集成电路传感器, 可控硅
绝对值
测定用
管理温度
测定用
相对值 ± 1～
± 5℃
测
定
精
度
温度传感器分类 (3)
此外，还有 微波测温温度传感器、噪声
测温温度传感器、温度图测温温度传感器、
热流计、射流测温计、核磁共振测温计、
穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温
计、低温超导转换测温计、光纤温度传感
器 等。这些温度传感器有的已获得应用，
有的尚在研制中。
公元 1600年, 伽里略研制出气体温度计 。 一百
年后, 研制成酒精温度计和水银温度计 。 随着
现代工业技术发展的需要, 相继研制出金属丝
电阻, 温差电动式元件, 双金属式温度传感器 。
1950年以后, 相继研制成半导体热敏电阻器 。
最近, 随着原材料, 加工技术的飞速发展, 又
陆续研制出各种类型的温度传感器 。
三、温度传感器的发展概况
接触式温度传感器
非接触式温度传感器
1,常用热电阻
范围,-260～＋ 850℃ ；精度,0.001℃ 。 改进后可连
续工作 2000h,失效率小于 1％, 使用期为 10年 。
2,管缆热电阻 测温范围为 -20～＋ 500℃, 最高上限
为 1000℃, 精度为 0.5级 。
（－）接触式温度传感器
3,陶瓷热电阻 测量范围为 –200～ +500℃, 精度为 0.3、
0.15级 。
4,超低温热电阻 两种碳电阻, 可分别测量 –268.8～
253℃ -272.9～ 272.99℃ 的温度 。
5,热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合
使用 。 经济性好, 价格便宜 。
l,辐射高温计 用来测量 1000℃ 以上高温 。 分四种：
光学高温计, 比色高温计, 辐射高温计和光电高温计 。
2,光谱高温计 前苏联研制的 YCI—I型自动测温通用光
谱高温计,其测量范围为 400～ 6000℃,它是采用电子化自
动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量 。
（二）非接触式温度传感器
3,超声波温度传感器 特点是响应快 (约为 10ms左右 )，
方向性强 。 目前国外有可测到 5000℉ 的产品 。
4,激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度
测量 。 如 NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测
很高的温度, 精度为 1％ 。 美国麻省理工学院正在研制
一种激光温度计, 最高温度可达 8000℃, 专门用于核聚
变研究 。 瑞士 Browa Borer研究中心用激光温度传感器
可测几千开 (K)的高温 。
1,超高温与超低温传感器, 如 +3000℃ 以上和 –250℃
以下的温度传感器 。
2,提高温度传感器的精度和可靠性 。
3,研制家用电器, 汽车及农畜业所需要的价廉的温
度传感器 。
4,发展新型产品, 扩展和完善管缆热电偶与热敏电
阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜
铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件, 快速高灵敏
CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器 。
5,发展适应特殊测温要求的温度传感器 。
6．发展数字化、集成化和自动化的温度传感器 。
（三）温度传感器的主要发展方向
温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最
普遍的传感元件之一。它除具有 结构简单，测量范围
宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号 便于远
传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、
测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于
快速及动态温度的测量。
第二节 热电偶温度传感器
★ 热电偶的工作原理
★ 热电偶回路的性质
★ 热电偶的常用材料与结构
★ 冷端处理及补偿
★ 热电偶的选择、安装使用和校验
两种不同的导体或半导体 A和 B组合成 如图所示
闭合回路, 若导体 A和 B的连接处温度不同 （ 设
T＞ T0）, 则在此闭合回路中就有电流产生, 也
就是说回路中有电动势存在, 这种现象叫做 热
电 效 应 。 这 种 现 象 早 在 1821年 首 先 由 西 拜 克
（ See－ back） 发现,所以又称西拜克效应 。
一、热电偶的工作原理
回路 中所产生 的电
动势, 叫热电 势 。
热电 势由两部 分组
成, 即 温差电 势和
接触电势 。
热端 冷端
1,接触电势
+ A B
T
eAB(T)
-
B
A
AB N
N
e
kT
Te ln)( ?
eAB(T)——导体 A,B结点在温度 T 时形成的接触电动势；
e——单位电荷,e =1.6× 10-19C；
k——波尔兹曼常数,k =1.38× 10-23 J/K ；
NA,NB ——导体 A,B在温度为 T 时的电子密度。
接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。
A
eA(T,To)
To
T
eA(T,T0)——导体 A两端温度为 T,T0时形成的温差电动势；
T,T0——高低端的绝对温度；
σA——汤姆逊系数，表示导体 A两端的温度差为 1℃ 时所产生的温
差电动势，例如在 0℃ 时，铜的 σ =2μV/℃ 。
2,温差电势
dTTTe
T
T AA ?
?
0
),( 0 ?
温差电势原理图
由导体材料 A,B组成的闭合回路, 其接点温度分别为 T、
T0,如果 T＞ T0,则必存在着两个接触电势和两个温差电
势, 回路总电势,
??
BT
AT
N
N
e
kT ln ?
0
0ln0
BT
AT
N
N
e
kT
dT
T
T BA?
??
0
)( ??
3,回路总电势
),(),()()(),( 0000 TTeTTeTeTeTTE BAABABAB ????
NAT,NAT0——导体 A在结点温度为 T和 T0时的电子密度；
NBT,NBT0——导体 B在结点温度为 T和 T0时的电子密度；
σA, σB——导体 A和 B的汤姆逊系数。
根据电磁场理论得
结论 (4点 ),
EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-C=g(T )
由于 NA,NB是温度的单值函数
dT
N
N
e
k
TTE
T
T
B
A
AB ??
0
ln),( 0
在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电
势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得,
EAB(T,T0)= EAB(T)-EAB(T0)
= EAB(T)-EAB(0)-[EAB(T)-EAB(T0)]
= EAB(T,0)-EAB(T0,0)
热电偶的热电势，等于两端温度分别为 T 和
零度以及 T0和零度的热电势之差。
导体材料确定后, 热电势的大小只与热电偶两
端的温度有关 。 如果使 EAB(T0)=常数, 则回路热
电势 EAB(T,T0)就只与温度 T有关, 而且是 T的单
值函数, 这就是利用热电偶测温的原理 。
只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材
料不同时才能有热电势产生。
热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端
温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。
只有用不同性质的导体 (或半导体 )才能组合成热
电偶；相同材料不会产生热电势，因为当 A,B
两种导体是同一种材料时,ln(NA/NB)=0，也即
EAB(T,T0)=0。
对于有几种不同材料串联组成的闭合回路, 接点温度分
别为 T1,T2, …, Tn, 冷端温度为零度的热电势 。 其
热电势为
E= EAB（ T1） + EBC（ T2） +… +ENA（ Tn）
由一种均质导体组成的闭合回路, 不论其导体
是否存在温度梯度, 回路中没有电流 (即不产生
电动势 )；反之, 如果有电流流动, 此材料则一
定是非均质的, 即热电偶必须采用两种不同材
料作为电极 。
二、热电偶回路的性质
1,均质导体定律
E总 =EAB（ T） +EBC（ T） +ECA（ T） = 0
三种不同导体组成的热电偶回路
T
A
B
C
T
T
2,中间导体定律
一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，
只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路
各接点产生的热电势的代数和为零。
如图，由 A,B,C三种材料组成的闭合回路，则
两点结论,
l） 将第三种材料 C接入由 A,B组成的热电偶回路, 如
图, 则图 a中的 A,C接点 2与 C,A的接点 3,均处于相
同温度 T0之中, 此回路的总电势不变, 即
同理, 图 b中 C,A接点 2与 C,B的接点 3,同处于温度 T0
之中, 此回路的电势也为,
T2 T
1
A
a B
C 2 3
EAB
a
A
T0
2
3
A
B
EAB T1 T2 C
T0
EAB（ T1,T2） =EAB（ T1） -EAB（ T2）
(a)
(b)
T0 T0
EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（ T2）
第三种材料
接入热电偶
回路图
E
T0 T0
T
E T
0
T1
T1
T
根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位
计 E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温
度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接
入的方式见下图所示。
EAB（ T,T0） = EAC（ T,T0） + ECB（ T,T0）
2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，
它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所
示，它们相互间热电势的关系为,
3,中间温度定律
如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度
分别为 T1,T2(如图所示 )时,则其热电势为 EAB(T1,T2)；
当接点温度为 T2,T3时, 其热电势为 EAB(T2,T3)；当接
点温度为 T1,T3时, 其热电势为 EAB(T1,T3),则
B
B
A
T2 T
1
T3
A
A
B
EAB（ T1,T3） =EAB（ T1,T2） +EAB（ T2,T3）
EAB（ T1,T3） =EAB（ T1,0） +EA B（ 0,T3）
=EAB（ T1,0） -EAB（ T3,0） =EAB（ T1） -EAB（ T3）
A
B
T1
T2
T2
A’
B’
T0
T0
热电偶补偿
导线接线图 E
对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提
供了依据。如当 T2=0℃ 时，则,
只要 T1,T0不变，接入 Aˊ Bˊ 后不管接点温度 T2如何变
化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。
EAB=EAB(T1)–EAB(T0)
说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料 A、
B同样热电特性的材料 A′,B′(如图 )即引入所谓补偿导
线时，当 EAA?(T2)=EBB?(T2)，则回路总电动势为
热电偶材料应满足,
? 物理性能稳定, 热电特性不随时间改变；
? 化学性能稳定, 以保证在不同介质中测量时不被腐
蚀；
? 热电势高, 导电率高, 且电阻温度系数小；
? 便于制造；
? 复现性好, 便于成批生产 。
三、热电偶的常用材料与结构
1,铂 —铂铑热电偶 (S型 ) 分度号 LB—3
工业用热电偶丝,Φ0.5mm,实验室用可更细些 。
正极：铂铑合金丝,用 90％ 铂和 10％ 铑 (重量比 )冶炼而成 。
负极：铂丝 。
测量温度：长期,1300℃, 短期,1600℃ 。
特点,
? 材料性能稳定, 测量准确度较高；可做成标准热电偶
或基准热电偶 。 用途：实验室或校验其它热电偶 。
? 测量温度较高, 一般用来测量 1000℃ 以上高温 。
? 在高温还原性气体中 （ 如气体中含 Co,H2等 ） 易被侵
蚀, 需要用保护套管 。
? 材料属贵金属, 成本较高 。
? 热电势较弱 。
（一）热电偶常用材料
2,镍铬 —镍硅 (镍铝 )热电偶 (K型 ) 分度号 EU—2
工业用热电偶丝,Φ1.2~2.5mm,实验室用可细些 。
正极：镍铬合金 (用 88.4～ 89.7％ 镍, 9～ 10％ 铬, 0.6％
硅, 0.3％ 锰, 0.4～ 0.7％ 钴冶炼而成 )。
负极：镍硅合金 (用 95.7～ 97％ 镍,2～ 3％ 硅,0.4～ 0.7％ 钴
冶炼而成 )。
测量温度：长期 1000℃, 短期 1300℃ 。
特点,
? 价格比较便宜, 在工业上广泛应用 。
? 高温下抗氧化能力强, 在还原性气体和含有 SO2,
H2S等气体中易被侵蚀 。
? 复现性好, 热电势大, 但精度不如 WRLB。
3,镍铬 —考铜热电偶 (E型 ) 分度号为 EA—2
工业用热电偶丝,Ф1.2～ 2mm,实验室用可更细些 。
正极：镍铬合金
负极：考铜合金 （ 用 56％ 铜, 44％ 镍冶炼而成 ） 。
测量温度：长期 600℃, 短期 800℃ 。
特点,
? 价格比较便宜, 工业上广泛应用 。
? 在常用热电偶中它产生的热电势最大 。
? 气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变
质，适于在还原性或中性介质中使用。
4,铂铑 30—铂铑 6热电偶 (B型 ) 分度号为 LL—2
正极：铂铑合金 （ 用 70％ 铂, 30％ 铑冶炼而成 ） 。
负极：铂铑合金 （ 用 94％ 铂, 6％ 铑冶炼而成 ） 。
测量温度：长期可到 1600℃, 短期可达 1800℃ 。
特点,
? 材料性能稳定, 测量精度高 。
? 还原性气体中易被侵蚀 。
? 低温热电势极小, 冷端温度在 50℃ 以下可不加补偿 。
? 成本高。
几种持殊用途的热电偶
（ 1） 铱和铱合金热电偶 如铱 50铑 —铱 10钌热电偶它
能在氧化气氛中测量高达 2100℃ 的高温 。
（ 2） 钨铼热电偶 是 60年代发展起来的, 是目前一种
较好的高温热电偶, 可使用在真空惰性气体介质或氢
气介质中, 但高温抗氧能力差 。 国产钨铼 -钨铼 20热
电偶使用温度范围 300～ 2000℃ 分度精度为 1％ 。
（ 3） 金铁 — 镍铬热电偶 主要用在低温测量, 可在
2～ 273K范围内使用, 灵敏度约为 10μV／ ℃ 。
（ 4） 钯 — 铂铱 15热电偶 是一种高输出性能的热电
偶, 在 1398℃ 时的热电势为 47.255mV,比铂 —铂铑 10
热电偶在同样温度下的热电势高出 3倍, 因而可配用
灵敏度较低的指示仪表, 常应用于航空工业 。
（ 6）铜 — 康铜热电偶，分度号 MK
热电偶的热电势略高于镍铬 -镍硅热电偶，
约为 43μV/℃ 。复现性好，稳定性好，精度高，
价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于 20K～
473K的低温实验室测量中。
（ 5）铁 — 康铜热电偶，分度号 TK
灵敏度高，约为 53μV/℃,线性度好，价格
便宜，可在 800℃ 以下的还原介质中使用。主要
缺点是铁极易氧化，采用发蓝处理后可提高抗
锈蚀能力。
（ 二 ） 常用热电偶的结构类型
1,工业用热电偶
下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶
丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验
室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。
工业热电偶结构示意图
1－接线盒； 2－保险套管 3― 绝缘套管 4― 热电偶丝
1 2 3 4
(a)
(b)
(c)
(d)
1
3
2
2,铠装式热电偶 （ 又称套管式热电偶 ）
优点是小型化 （ 直径从
12mm到 0.25mm）, 寿命,
热惯性小, 使用方便 。
测温范围在 1100℃ 以下
的有：镍铬 —镍硅, 镍
铬 —考铜铠装式热电偶 。
断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属
套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，
可分为四种型式如图。
图 3.2-12 铠装式热电偶断面结构示意图
1— 金属套管 ; 2—绝缘材料 ; 3—热电极
(a)—碰底型 ; (b)—不碰底型 ; (c)—露头型 ;
(d)—帽型
3．快速反应薄膜热电偶
用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而
形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄 (0.01～ 0.lμm)
4
1
2 3
快速反应薄膜热电偶
1—热电极 ; 2—热接点 ;
3—绝缘基板 ; 4—引出线
因此，特别适用于对壁面温
度的快速测量。安装时,用粘
结剂将它粘结在被测物体壁
面上。目前我国试制的有
铁 —镍、铁 —康铜和铜 —康
铜三种,尺寸为 60× 6× 0.2mm;
绝缘基板用云母、陶瓷片、
玻璃及酚醛塑料纸等；测温
范围在 300℃ 以下；反应时间
仅为几 ms。
4,快速消耗微型热电偶
下图为一种测量钢水温度的热电偶。它是用直径为
Φ0.05～ 0.lmm的铂铑 10一铂铑 30热电偶装在 U型石英管中
，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这
种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只
要注意它的动态标定，测量精度可达土 5～ 7℃ 。
1 4 2 3 5 6 7 8 9 11
10
快速消耗微型
1—刚帽； 2—石英； 3—纸环； 4—绝热泥； 5—冷端； 6—棉花；
7—绝缘纸管； 8—补偿导线； 9—套管； 10—塑料插座； 11—簧片与引出线
方法
? 冰点槽法
? 计算修正法
? 补正系数法
? 零点迁移法
? 冷端补偿器法
? 软件处理法
四, 冷端处理及补偿
原因
?热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为
保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温
度保持恒定；
?热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度 0℃ 为依据，
否则会产生误差。
1,冰点槽法
把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里, 使 T0=0℃ 。
这种办法仅限于科学实验中使用 。 为了避免冰水导电引
起两个连接点短路, 必须把连接点 分 别置于两个玻璃试
管里, 浸入同一冰点槽, 使相互绝缘 。
mV
A
B
A’
B’
T
C
C’
仪
表
铜
导
线
试管
补偿导线
热电偶
冰点槽
冰水溶液
四, 冷端处理及补偿
T0
2,计算修正法
用普通室温计算出参比端实际温度 TH,利用公式计算
例 用铜 -康铜热电偶测某一温度 T,参比端在室温环境
TH中, 测得热电动势 EAB(T,TH)=1.999mV,又用室温
计测出 TH=21℃,查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知,
EAB(21,0)=0.832mV,故得
EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)
=1.999+0.832
=2.831(mV)
再次查分度表, 与 2.831mV对应的热端温度 T=68℃ 。
注意,既不能只按 1.999mV查表，认为 T=49℃,也
不能把 49℃ 加上 21℃,认为 T=70℃ 。
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
3,补正系数法
把参比端实际温度 TH乘上系数 k,加到由 EAB(T,TH)查
分度表所得的温度上, 成为被测温度 T。 用公式表达即
式中,T——为未知的被测温度； T′——为参比端在室温下热电
偶电势与分度表上对应的某个温度； TH——室温；
k——为补正系数, 其它参数见下表 。
例 用铂铑 10－铂热电偶测温, 已知冷端温度 TH=35℃,
这时热电动势为 11.348mV,查 S型热电偶的分度表, 得
出与此相应的温度 T′=1150℃ 。 再从下表中查出, 对应
于 1150℃ 的补正系数 k=0.53。 于是, 被测温度
T=1150+0.53× 35=1168.3（ ℃ ）
用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大
一点，但误差不大于 0.14％。
T＝ T′＋ k T H
温度 T′/℃
补正系数 k
铂铑 10-铂 (S)
镍铬 -镍硅（ K）
100
0.82
1.00
200
0.72
1.00
300
0.69
0.98
400
0.66
0.98
500
0.63
1.00
600
0.62
0.96
700
0.60
1.00
800
0.59
1.00
900
0.56
1.00
1000
0.55
1.07
1100
0.53
1.11
1200
0.53
—
1300
0.52
—
1400
0.52
—
1500
0.53
—
1600
0.53
—
热电偶补正系数
例 用动圈仪表配合热电偶测温时, 如果把仪表的机械
零点调到室温 TH的刻度上,在热电动势为零时, 指针指示
的温度值并不是 0℃ 而是 TH。 而热电偶的冷端温度已是
TH,则只有当热端温度 T=TH时, 才能使 EAB(T,TH)=0,这
样, 指示值就和热端的实际温度一致了 。 这种办法非常
简便, 而且一劳永逸, 只要冷端温度总保持在 TH不变,
指示值就永远正确 。
4,零点迁移法
应用领域：如果冷端不是 0℃,但十分稳定（如恒温车
间或有空调的场所）。
实质,在测量结果中人为地加一个恒定值,因为冷端温
度稳定不变，电动势 EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上
调整零点 的办法，加大某个适当的值而实现补偿。
5,冷端补偿器法
利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化
而引起热电势的变化值 。 不平衡电桥由 R1,R2,R3(锰铜
丝绕制 ),RCu(铜丝绕制 )四个桥臂和桥路电源组成 。
设计时，在 0℃ 下使电桥平衡 (R1=R2=R3=RCu)，此时 Uab=0
，电桥对仪表读数无影响。
冷端补偿器的作用
注意：桥臂 RCu必须和热电偶的冷
端靠近, 使处于同一温度之下 。
mV
EAB(T,T0)
T0
T
0
T
A
B
+
+ -
a
b
U
Uab
RCu
R1 R2
R3
R
T0 Ua Uab EAB(T,T0)
供电 4V直流, 在 0～ 40℃ 或 -20～ 20℃ 的范围起补偿作用 。
注意, 不同材质的热电偶所配的冷端补偿器, 其中的限流电阻 R
不一样, 互换时必须重新调整 。
6,软件处理法
对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。
例如冷端温度恒定但不为 0℃ 的情况，只需在采样后
加一个与冷端温度对应的常数即可。
对于 T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传
感器把 T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程
序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样
通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如
果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若
占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接
到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正
T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡
检的速度也很有利。
1,热电偶的选择, 安装使用
热电偶的选用应该根据被测介质的温度, 压力, 介
质性质, 测温时间长短来选择 热电偶和保护套管 。 其
安装地点要有代表性, 安装方法要正确, 图 3.2-17是安
装在管道上常用的两种方法 。 在工业生产中, 热电偶
常与毫伏计连用 （ XCZ型动圈式仪表 ） 或与电子电位
差计联用, 后者精度较高, 且能自动记录 。 另外也可
图 3.2-17 热电偶安装图
通过与温度变送器
经放大后再接指示
仪表, 或作为控制
用的信号 。
五、热电偶的选择、安装使用和校验
热电偶
分度号 校验温度 /℃
热电偶允许偏差 /℃
温度 偏差 温度 偏 差
LB–3 600,800,1000,1200 0～ 600 ± 2.4 >600 占所测热电势 的 ± 0.4%
EU–2 400,600,800,100 0～ 400 ± 4 >400 占所测热电势 的 ± 0.75%
EA–2 300,400,600 0～ 300 ± 4 >300 占所测热电势 的 ± 1%
2,热电偶的定期校验
校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同
一校验炉中进行对比, 误差超过规定允许值为不合格 。
图为热电偶校验装置示意图, 最佳校验方法可由查阅有
关标准获得 。 工业热电偶的允许偏差, 见下表 。
工业热电偶允许偏差
7
8 5
6
4
3
2
1
稳
压
电
源
220V
热电偶校验图
1-调压变压器； 2-管式电炉； 3标准热电偶； 4-被校热电偶；
5-冰瓶； 6-切换开关； 7-测试仪表； 8-试管
热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随
温度变化而变化的性质制成的 。
在温度传感器中应用最多的有 热电偶, 热
电阻 （ 如铂, 铜电阻温度计等 ） 和 热敏电阻 。
热敏电阻发展最为迅速, 由于其性能得到不断
改进, 稳定性已大为提高, 在许多场合下 （ -40
～＋ 350℃ ） 热敏电阻已逐渐取代传统的温度传
感器 。
主要讲述热敏电阻的特点, 分类, 基本参
数, 主要特性和应用等 。
第三节 热敏电阻温度传感器
（ 一 ） 热敏电阻的特点
1,电阻温度系数的范围甚宽
有正, 负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的
三种热敏电阻元件 。 电阻温度系数的绝对值比金属大
10～ 100倍左右 。
2,材料加工容易, 性能好
可根据使用要求加工成各种形状, 特别是能够作到小
型化 。 目前, 最小的珠状热敏电阻其直径仅为 0.2mm。
3,阻值在 1～ 10M之间可供自由选择
使用时, 一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于
其功耗小, 故不需采取冷端温度补偿, 所以适合于远距
离测温和控温使用 。
一、热敏电阻的特点与分类
4．稳定性好
商品化产品已有 30多年历史，加之近年在材料与
工艺上不断得到改进。据报道，在 0.01℃ 的小温度范围
内，其稳定性可达 0.0002℃ 的精度。相比之下，优于其
它各种温度传感器。
5．原料资源丰富，价格低廉
烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境
条件；另外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性
能受磁场影响很小，这是十分可贵的特点。
热敏电阻的种类很多, 分类方法也不相同 。 按热
敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为,
1,正温度系数热敏电阻器 （ PTC）
电阻值随温度升高而增大的电阻器, 简称 PTC热
敏阻器 。 它的主要材料是掺杂的 BaTiO3半导体陶瓷 。
2,负温度系数热敏电阻器 （ NTC）
电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称 NTC
热敏电阻器 。 它的材料主要是一些过渡金属氧化物半
导体陶瓷 。
3,突变型负温度系数热敏电阻器 （ CTR
该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升
高而降低 3～ 4个数量级, 即具有很大 负温度系数 。 其
主要材料是 VO2并添加一些金属氧化物 。
（二）热敏电阻的分类
热敏电阻材料的分类 （ 1）
大分类 小分类 代表例子
NTC
单晶 金刚石,Ge,Si 金刚石热敏电阻
多晶
迁移金属氧化物复合烧
结体,无缺陷形金属氧
化烧结体多结晶单体,
固溶体形多结晶氧化物
SiC系
Mn,Co,Ni,Cu,Al氧化
物烧结体, ZrY氧化物烧结
体, 还原性 TiO3,Ge,Si
Ba,Co,Ni氧化物
溅射 SiC薄膜
玻璃
Ge, Fe,V等氧化物
硫硒碲化合物
玻璃
V,P,Ba氧化物, Fe,Ba、
Cu氧化物, Ge,Na,K氧
化物, （ As2Se3 ） 0.8,
（ Sb2SeI） 0.2
有机物 芳香族化合物 聚酰亚釉 表面活性添加剂
液体
电解质溶液
熔融硫硒碲化合物
水玻璃
As,Se,Ge系
热敏电阻材料的分类（ 2）
PTC
无机物
BaTiO3系
Zn,Ti,Ni氧化物系
Si系、硫硒碲化合物
（ Ba,Sr,Pb） TiO3烧结
体
有机物 石墨系 有机物 石墨, 塑料 石腊, 聚乙烯, 石墨
液体 三乙烯醇混合物 三乙烯醇, 水, NaCl
CTR
V,Ti氧化物系,Ag2S、
（ AgCu）、（ ZnCdHg）
BaTiO3单晶
V,P,（ Ba·Sr） 氧化物
Ag2S–CuS
大分类 小分类 代表例子
1,标称电阻 R25（ 冷阻 ）
标称电阻值是热敏电阻在 25± 0.2℃ 时的阻值 。
二、热敏电阻的基本参数
2,材料常数 BN
是表征负温度系数 (NTC)热敏电阻器材料的物理特性常
数。 BN值决定于材料的激活能 ?E,具有 BN=?E／ 2k的函
数关系，式中 k为波尔兹曼常数。一般 BN值越大，则电
阻值越大，绝对灵敏度越高。在工作温度范围内,BN
值并不是一个常数，而是随温度的升高略有增加的。
3,电阻温度系数 （ %/℃ ）
热敏电阻的温度变化 1 ℃ 时电阻值的变化率 。
4,耗散系数 H
热敏电阻器温度变化 1℃ 所耗散的功率变化量 。 在工作
范围内, 当环境温度变化时,H值随之变化,其大小与热
敏电阻的结构, 形状和所处介质的种类及状态有关 。
6,最高工作温度 Tmax
热敏电阻器在规定的技术条件下长期连续工作所允许
的最高温度,
T0—环境温度； PE—环境温度为 T0时的额定功率； H—耗散系数
7,最低工作温度 Tmin
热敏电阻器在规定的技术条件下能长期连续工作的最
低温度 。
8,转变点温度 Tc
热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度, 主
要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻 。
HPTT E?? 0m a x
5,时间常数 τ
热敏电阻器在零功率测量状态下, 当环境温度突变时电
阻器的温度变化量从开始到最终变量的 63.2％ 所需的时
间 。 它与热容量 C和耗散系数 H之间的关系
H
C??
9,额定功率 PE
热敏电阻器在规定的条件下, 长期连续负荷工作所允
许的消耗功率 。 在此功率下,它自身温度不应超过 Tmax。
10,测量功率 P0
热敏电阻器在规定的环境温度下,受到测量电流加热而
引起的电阻值变化不超过 0.1％ 时所消耗的功率
11,工作点电阻 RG
在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后
使电阻器自热而达到某一给定的电阻值。
tn
HP
?10000 ?
12,工作点耗散功率 PG
电阻值达到 RG时所消耗的功率。
UG——电阻器达到热平衡时的端电压。
G
G
G R
U
P
2
?
13,功率灵敏度 KG
热敏电阻器在工作点附近消耗功率 lmW时所引起电阻的
变化, 即,
在工作范围内,KG随环境温度的变化略有改变。
14,稳定性
热敏电阻在各种气候、机械、电气等使用环境中，保持
原有特性的能力。它可用热敏电阻器的主要参数变化率
来表示。最常用的是以电阻值的年变化率或对应的温度
变化率来表示。
KG＝ R/P
15,热电阻值 RH
指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时,
电阻器达到热平衡状态时的电阻值。
16,加热器电阻值 Rr
指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件
下的电阻值。
18,标称工作电流 I
指在环境温度 25℃ 时，旁热式热敏电阻器的电阻值被
稳定在某一规定值时加热器内的电流。
19,标称电压
它是稳压热敏电阻器在规定温度下标称工作电流
所对应的电压值。
20,元件尺寸
指热敏电阻器的截面积 A、电极间距离 L和直径 d。
17,最大加热电流 Imax
指旁热式热敏电阻器上允许通过的最大电流 。
（ 一 ） 热敏电阻器的电阻 ——温度特性 （ RT—T）
1
2 3
4
铂丝
40 60 120 160 0 10
0
101
102
103
104
105
106 R
T/Ω
温度 T/oC
热敏电阻的电阻 --温度特性曲线
1-NTC； 2-CTR； 3-4 PTC
三、热敏电阻器主要特性
ρT—T与 RT—T特性曲线一致。
RT,RT0——温度为 T,T0时热敏电阻器的电阻值；
BN ——NTC热敏电阻的 材 料常数。
由测试结果表明, 不管是由氧化物材料, 还是由单晶体
材料制成的 NTC热敏电阻器, 在不太宽的温度范围 （ 小
于 450℃ ）, 都能利用该式, 它仅是一个经验公式 。
1 负电阻温度系数 (NTC)热敏电阻器的温度特性
??
?
?
??
?
?
??
0
11
e x p
0 TT
BRR NTT
NTC的电阻 —温度关系的一般数学表达式为,
0
ln
11
ln
0
TNT RTTBR ???
?
?
??
?
?
??
如果以 lnRT,1/T分别作为纵坐标和横坐标，则上式是
一条斜率为 BN,通过点 (1/T,lnRT)的一条直线,如图。
105
104
103
102
0
-10
10
30
50
70
85
100
120
T/oC
电
阻
/Ω
NTC热敏电阻器的电阻 --温度曲线
材料的不同或配方的比例和方法不同, 则 BN也不同 。 用
lnRT–1/T表示负电阻温度系数热敏电阻 —温度特性, 在
实际应用中比较方便 。
为了使用方便, 常取环境温度为 25℃ 作为参考温度 （ 即
T0=25℃ ）, 则 NTC热敏电阻器的电阻 —温度关系式,
?
?
?
?
?
? ??
2 9 8
11
e x p
25 T
B
R
R
N
T
RT/R25——BN关系如下表 。
0
25 50 75 100 125
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
(25oC,1)
RT / RT0--T特性曲线
RT/R25
T
RT／ R25～ BN系数表
RT／ R25
BN
R50／ R25
2200
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
5000
0.565
0.500
0.483
0.458
0.435
0.413
0.392
0.372
0.354
0.273
3.175
4.720
5.319
5.993
6.751
7.609
8.6571
9.660
10.88
19.77
1.963
2.221
2.362
2.512
2.671
2.840
3.020
3.211
3.414
4.642
0.347
0.288
0.259
0.236
0.214
0.194
0.176
0.160
0.146
0.092
0.227
0.173
0.149
0.132
0.115
0.101
0.088
0.077
0.067
0.034
0.113
0.076
0.062
0.051
0.042
0.034
0.028
0.023
0.019
0.007
R0／ R25 R75／ R25 R-20／ R25 R150／ R25 R100／ R25
2.正电阻温度系数 （ PTC） 热敏电阻器的电阻 —温度特性
其特性是利用正温度热敏材料, 在居里点附近结构发
生相变引起导电率突变来取得的, 典型特性曲线如图
10000
1000
100
10
0
50 100 150 200 250
R20=120Ω
R20=36.5Ω
R
20=12.2Ω
PTC热敏电阻器的电阻 —温度曲线
T/oC
电
阻
/Ω
Tp1
Tp2
Tc=175 oC
PTC热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电
阻 —温度曲线上有两个拐点,Tp1和 Tp2。当温度低于 Tp1
时，温度灵敏度低；当温度升高到 Tp1后，电阻值随温度
值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；当温度升到 Tp2时，
正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度 Tc，
对应有较大的温度系数 αtp 。
经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电
阻器的电阻 —温度特性可近似用下面的实验公式表示,
式中 RT,RT0——温度分别为 T,T0时的电阻值；
BP——正温度系数热敏电阻器的材料常数 。
若对上式取对数, 则得,
? ?0e x p
0
TTBRR PTT ??
? ? 0lnln 0 TPT RTTBR ???
以 lnRT,T分别作为纵坐标和横坐标，便得到下图。
）
可见,正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数 αtp,
正好等于它的材料常数 BP的值。
lnRr1
lnRr2 BP β mR
BP=tgβ =mR/mr
T1 T2
lnRr0
mr
lnRT~T 表示的 PTC热敏电阻器电阻 —温度曲线
lnRr
T
? ?
? ? PPT
PTPT
T
tp BTTBR
TTBRB
dT
dR
R
?
?
?
??
0
0
e x p
e x p1
0
0?
若对上式微分，可得 PTC热敏电阻的电阻温度系数 αtp
α
β
a
b
c
d
Um
U0
I0 Im
U/V
I/mA
NTC热敏电阻的静态伏安特性
（ 二 ） 热敏电阻器的伏安特性 （ U—I）
热敏电阻器伏安特性表示加在其两端的电压和通过的
电流, 在热敏电阻器和周围介质热平衡 （ 即加在元件
上的电功率和耗散功率相等 ） 时的互相关系 。
1.负温度系数 （ NTC） 热敏电阻器的伏安特性
该曲线是在环境温度为 T0时的静
态介质中测出的静态 U—I曲线 。
热敏电阻的端电压 UT和通过它
的电流 I有如下关系,
???
?
???
?
?
??
???
?
???
? ???
0
0
0
0 e x p
11e x p
TT
TBIR
TT
BIRIRU NNTT
T0——环境温度；
△ T——热敏电阻的温升。
曲线见下图，它与 NTC热敏电阻器一样，曲线的起始段
为直线，其斜率与热敏电阻器在环境温度下的电阻值相
等。这是因为流过电阻器电流很小时，耗散功率引起的
温升可以忽略不计的缘故。当热敏电阻器温度超过环境
温度时，引起电阻值增大，曲线开始弯曲。
104
103
102
101
105
Um
101
102
103
100
10-1
Im
PTC热敏电阻器的静态伏安特性
2,正温度系数 （ PTC） 热敏电阻器的伏安特性
当电压增至 Um时，
存在一个电流最大值 Im；
如电压继续增加，由于
温升引起电阻值增加速
度超过电压增加的速度，
电流反而减小，即曲线
斜率由正变负。
（ 三 ） 功率 -温度特性 （ PT—T）
描述热敏电阻器的电阻体与外加功率之间的关系, 与
电阻器所处的环境温度, 介质种类和状态等相关 。
（ 四 ） 热敏电阻器的动态特性
热敏电阻器的电阻值的变化完全是由热现象引起的 。
因此, 它的变化必然有时间上的滞后现象 。 这种电阻
值随时间变化的特性, 叫做热敏电阻器的动态特性 。
动态特性种类,
?周围温度变化所引起的加热特性；
?周围温度变化所引起的冷却特性；
?热敏电阻器通电加热所引起的自热特性。
当热敏电阻器由温度 T0增加到 TU时，其电阻值 RTr
随时间 t 的变化规律为,
式中 RTt——时间为 t时，热敏电阻的阻值；
T0 ——环境温度； Tu ——介质温度 (Tu>T0);
RTa——温度 Ta时,热敏电阻器的电阻值；
t——时间 。
当热敏电阻由温度 Tu冷却 T0时, 其电阻值 RTt与时
间的关系为,
Ta
a
n
uu
n
Tt RT
B
tTT
BR ln
)/e x p ()T(
ln
0
??
???
?
?
Ta
a
n
u
n
Tt RT
B
tT
BR ln
)/e x p ()T(
ln
0
??
??
?
?
伏安特性
的位置
在仪器仪表中的应用
U m 的左边
温度计, 温度差计, 温度补偿, 微小温度检测, 温度报警,
温度继电器, 湿度计, 分子量测定, 水分计, 热计, 红外
探测器, 热传导测定, 比热测定
U
m的附近 液位测定, 液位检测
U m的右边
流速计, 流量计, 气体分析仪, 真空计, 热导分析
旁热型
热敏电阻器 风速计, 液面计, 真空计
（一）检测和电路用的热敏电阻器
（ U m—峰值电压）
检测用 的热敏电阻在仪表中的应用
四、热敏电阻器的应用
电路元件 热敏电阻器在仪表中应用分类
在仪器仪表中的应用
U m 的左边 偏置线图的温度补偿, 仪表温度补偿, 热电偶温度补偿, 晶体管温度补偿
U
m的附近
恒压电路, 延迟电路, 保护电路
U m的右边
自动增益控制电路, RC振荡器, 振幅稳定电路
测温用的热敏电阻器, 其工作点的选取, 由热敏电
阻的伏安特性决定 。
伏安特性
的位置
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
6
5
4 3 2 1 1 2
D0.2~0.5
A型
B型
( j )
温度检测用的各种热敏电阻器探头
1—热敏电阻； 2—铂丝； 3—银焊； 4—钍镁丝； 5—绝缘柱； 6—玻璃
（ 二 ） 测温用的热敏电阻器
1,各种热敏电阻传感器结构
2,测表面电阻用的热敏电阻器安装方法
图为测表面温度用的热敏电阻器的各种安装方式 。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
油
测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式
1
2
3
4
1
2
3
4
5
Ir/mA
U/V
UR=IT0R U
R=IT1R UR=IT2R
UR=IT0R0
UR=IT1R1 U
R=IT2R2
IT0 IT1
IT2
自热电桥测量温线路
3,热敏电阻测温电桥
mA
Ir
R
UR
E
Rr
UT
自热电桥及其等效电路
RT R5
R6 R3
(R1) En
+
－
+ －
U2
UT
R
IT E
UR
Rr
(a) (b) (c)
R1 En
A
R1 R2
R4 R3
U’
+ －
（ 三 ） 热敏电阻作温度补偿用
由热敏电阻器 RT和与温度无关的线
性电阻器 R1和 R2串并联组成, 补偿
温度范围为 T1～ T2。 对于晶体管低
频放大器和功率放大器电路的温度
补偿, 可用下列公式确定热敏电阻
器的型号,
R(T)
R1
R2 Rr
温度补偿网络
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
021
2120
0T
221
2122
2T
121
2121
1T
)(TR
)(TR
)(TR
TRrr
rrrTR
TRrr
rrrTR
TRrr
rrrTR
)11(e x p)()(
01
01 TTBTRTR NTT ??
)11(e x p)()(
02
02 TTBTRTR NTT ??
—25℃ 时的温度
αtn=-BN/T2
设计原理：利用半导体 PN结的电流电压与温度有
关的特性。
优点：输出线性好, 测量精度高,传感驱动电路,
信号处理电路等都与温度传感部分集成在一起,因
而封装后的组件体积非常小,使用方便,价格便宜,
故在测温技术中越来越得到广泛应用。
本节简要介绍 IC温度传感器的类型, 基本原理,
主要特性及其应用等有关问题 。
第四节 IC温度传感器
一,IC温度传感器的分类
电压型 IC温度传感器 ； 电流型 IC温度传感器,
数字输出型 IC温度传感器。
电流型 IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄
膜工艺元件集成在一块芯片上,再通过激光修版微加工技
术,制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电
流正比于热力学温度，即 1μA/K；其次，因电流型输出恒
流，所以传感器具有高输出阻抗。其值可达 10MΩ。这为
远距离传输深井测温提供了一种新型器件。
电压型 IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放
大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大
器；故输出电压高、线性输出为 10mV／ ℃ ；另外,由于
其具有输出阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长
线传输。这类 IC温度传感器特别适合于工业现场测量。
电流型 IC温度传感器的测温原理, 是基于
晶体管的 PN结随温度变化而产生漂移现象研制
的 。 众所周知, 晶体管 PN结的这种温漂, 会给
电路的调整带来极大的麻烦 。 但是, 利用 PN结
的温漂特性来测量温度, 可研制成半导体温度
传感元件 。 IC温度传感器就是依据半导体的温
漂特性, 经过精心设计而制造出来的集成化线
性较好的温度传感器件 。
利用电流 I与 Tk的正比关系, 通过电流的变
化来测量温度的大小 。
二,IC温度传感器的测温原理
（ 一 ） 电压输出型集成温度传感器
AN6701S是日本松下公司生产的电压输出型集成温度传
感器，它有四个引脚，三种连线方式,(a)正电源供电，
(b)负电源供电,(c)输出极性颠倒。电阻 RC用来调整 25℃
下的输出电压，使其等于 5V,RC的阻值在 3~30kΩ范围
内。这时灵敏度可达 109~110mV/℃,在 -10~80℃ 范围内
基本误差不 ± 1℃ 。
输出
AN6701
(a)
1
2
4
3
RC
5~15V
AN6701
输出
(c)
10kΩ
RC
3
1
2
4
5~15V
-
+
∞
+
100kΩ
10kΩ
100kΩ
AN6701
(b)
2
1
3
输出
4
－ 5~－ 15V
RC
三,IC温度传感器的主要特性
输
出
电
压
/V
0
2
4
6
8
10
12
－ 20
0
20
40
60
80
RC=100kΩ
R
C=10kΩ
RC=1kΩ
温度 /oC
AN6701S的输入特性
在 -10~80℃ 范围内,RC的值与输出特性的关系如下图。
AN6701S有很好的线性，非线性误差不超过 0.5%。若在
25℃ 时借助 RC将输出电压调整到 5V，则 RC的值约在
3~30kΩ间，相应的灵敏度为 109~110mV/℃ 。校准后，
在 -10~80℃ 范围内，基本误差不超过 ± 1℃ 。这种集成
传感器在静止空气中的时间常
数为 24s，在流动空气中为 11s。
电源电压在 5~15V间变化，所
引起的测温误差一般不超过
± 2℃ 。整个集成电路的电流
值一般为 0.4mA，最大不超过
0.8mA（ RL=∞时）。
（ 二 ） 电流型温度传感器
1,伏安特性
工作电压,4V～ 30V,I 为一恒流值输出, I∝ Tk,即
KT——标定因子, AD590的标定因子为 1μA/℃
I = KT · TK
4V
30V
0
I/μA
U/V
AD590伏安特性曲线
-55℃
+25℃
+150℃
218
298
423
－ 55 0 150
273.2μA
I/ μA
TC / oC
AD590温度特性曲线
2,温度特性
其 温度特性曲线函数是以 Tk为变量的 n阶多项式之和,
省略非线性项后则有,
Tc——摄氏温度； I 的单位为 μA。
可见, 当温度为 0℃ 时, 输出电流为 273.2μA。 在常
温 25℃ 时, 标定输出电流为 298.2μA。
I=KT·Tc＋ 273.2
3,AD590的非线性
150
－ 55
△ T/oC
0.3
－ 0.3
0
在实际应用中, ΔT 通过硬件或软件进行补偿校正, 使
测温精度达 ± 0.1℃ 。 其次, AD590恒流输出, 具有较好
的抗干扰抑制比和高输出阻抗 。 当电源电压由＋ 5V向＋
10V变化时, 其电流变化仅为 0.2μA/V。 长时间漂移最大
为 ± 0.1℃, 反向基极漏电流小于 10pA。
–55℃ ～ 100℃, ΔT递增,100℃ ～ 150℃ 则是递降。 ΔT
最大可达 ± 3℃,最小 ΔT＜ 0.3℃,按档级分等。
T/oC
AD590 非线
性误差曲线
美国 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器
DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微
机处理 。 由于每片 DS1820含有唯一的串行序列号, 所
以在一条总线上可挂接任意多个 DS1820芯片 。 从
DS1820读出的信息或写入 DS1820的信息, 仅需要一根
口线 （ 单总线接口 ） 。 读写及温度变换功率来源于数
据总线, 总线本身也可以向所挂接的 DS1820供电, 而
无需额外电源 。 DS1820提供九位温度读数, 构成多点
温度检测系统而无需任何外围硬件 。
（三）数字输出型 IC温度传感器
１,DS1820的特性
? 单线接口：仅需一根口线与 MCU连接；
? 无需外围元件；
? 由总线提供电源；
? 测温范围为 -55℃ ～ 125℃,精度为 0.5℃ ；
? 九位温度读数；
? A/D变换时间为 200ms；
? 用户可以任意设置温度上、下限报警值，
且能够识别具体报警传感器。
DS 1820
1 2 3
GND I/O VDD
(a) PR—35封装
DS1820的管脚排列
DS1820
1
2
3
4
5
6
7
8
I/O
GND
(b) SOIC封装
NC NC
NC
NC
VDD
NC
2,DS1820引脚及功能
GND：地； VDD：电源电压
I/O：数据输入／输出脚 (单线接口，可作寄生供电 )
3, DS1820的工作原理
图为 DS1820的内部框图，它主要包括 寄生电源, 温
度传感器, 64位激光 ROM单线接口, 存放中间数据的高
速暂存器 （内含便笺式 RAM），用于存储用户设定的温
度上下限值的 TH和 TL触发器存储与控制逻辑,8位循环
冗余校验码（ CRC）发生器等七部分。
存储器控制逻辑 64bit
ROM
和单线
接口 电
源
检
测
温度传感器
高温触发器
低温触发器
8位 CRC触发器
存
储
器
DS1820内部结构图
寄生电源由两个二极管和寄生电容组成。电源
检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时,
电源端接地，器件从总线上获取电源。在 I/O线
呈低电平时，改由寄生电容上的电压继续向器
件供电。
寄生电源两个优点,
?检测远程温度时无需本地电源；
?缺少正常电源时也能读 ROM。若采用外部电
源,则通过二极管向器件供电。
(1 ) 寄生电源
DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号
f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号 f。
当计数门打开时,DS1820对 f0计数，计数门开通时间由
高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可
对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。
一般情况下的温度值应为 9位（符号点 1位），但因符号
位扩展成高 8位，故以 16位补码形式读出，表 3.4-1给出
了 DS1820温度和数字量的对应关系。
温度 /℃
输出的二进制码
对应的十六进制码
+125
0000000011111010
00FAH
+25
0000000000110010
0032H
+1/2
0000000000000001
0001H
0
0000000000000000
0000H
-1/2
1111111111111111
FFFFH
-25
1111111111001110
FFCEH
-55
1111111110010010
FF92H
DS1820温度与数字量对应关系表
温度测量电路
斜率累加器
计数器 1
计数器 2
低温度系数晶振
高温度系数晶振
=0
=0
预置
温度寄存器
预置
比较
停止
置位 /
清零
加 1
(2) 温度测量原理
DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术，如图。
64位 ROM的结构如下,
开始 8位是产品类型的编号（ DS1820为 10H），接着是每个器
件的唯一的序号，共有 48位，最后 8位是前 56位的 CRC校验码，
这也是多个 DS1820可以采用一线进行通信的原因。主机操作
ROM的命令有五种，如表所列
指 令 说 明
读 ROM（ 33H） 读 DS1820的序列号
匹配 ROM（ 55H） 继读完 64位序列号的一个命令, 用于多个 DS1820时定位
跳过 ROM（ CCH） 此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有 DS1820
搜 ROM（ F0H） 识别总线上各器件的编码, 为操作各器件作好准备
报警搜索（ ECH） 仅温度越限的器件对此命令作出响应
(3) 64位激光 ROM
由 便笺式 RAM和 非易失性电擦写 EERAM组成，后者用于存储 TH、
TL值。数据先写入 RAM，经校验后再传给 EERAM。便笺式 RAM
占 9个字节，包括温度信息（第 1,2字节）,TH和 TL值（ 3,4字
节）、计数寄存器（ 7,8字节）,CRC（第 9字节）等，第 5,6字
节不用。暂存器的命令共 6条，见表 3.4-3所列。
在正常测温情况下,DS1820的测温分辨力为 0.5℃,可采用下
述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用 DS1820提供的读暂
存器指令（ BEH）读出以 0.5℃ 为分辨率的温度测量结果，然后切
去测量结果中的最低有效位（ LSB），得到所测实际温度的整数
部分 Tz，然后再用 BEH指令取计数器 1的计数剩余值 Cs和每度计数
值 CD。考虑到 DS1820测量温度的整数部分以 0.25℃, 0.75℃ 为进
位界限的关系，实际温度 Ts可用下式计算,
Ts=（ Tz-0.25℃ ） +(CD-Cs)/CD
(4) 高速暂存器
DS1820存贮控制命令
指 令 说 明
温度转换（ 44H） 启动在线 DS1820做温度 A/D转换
读数据（ BEH） 从高速暂存器读 9bits温度值和 CRC值
写数据（ 4EH） 将数据写入高速暂存器的第 0和第 1字节中
复制（ 48H） 将高速暂存器中第 2 和第 3 字节复制到EERAM
读 EERAM（ B8H） 将 EERAM内容写入高速暂存器中第 2和第 3字节
读电源供电方式（ B4H） 了解 DS1820的供电方式
DS1820单线通信功能是分时完成的，它有严格的时
隙概念。因此系统对 DS1820的各种操作必须按协议进行。
DS1820工作工程中的协议：初始化,ROM操作命令、
存储器操作命令、处理数据。
４ 温度检测系统原理
由于单线数字温度传感器 DS1820具有在一条总线上可同时挂
接多片的显著特点，可同时测量多点的温度，而且 DS1820的连
接线可以很长，抗干扰能力强，便于远距离测量，因而得到了
广泛应用。
采用寄生电容供电的温度检测系统
89C51
DS1820 DS1820
DS1820
P1.0
P1.1
P1.2
Tx
R
x
+5V
GND
VDD
P1.1作输出口用, 相当于 Tx
P1.2作输入口用, 相当于 Rx
……
温度检测系统原理图如图所示，采用寄生电源供电
方式。为保证在有效的 DS1820时钟周期内，提供足够的
电流，我们用一个 MOSFET管和 89C51的一个 I/O口
（ P1.0）来完成对 DS1820总线的上拉。当 DS1820处于
写存储器操作和温度 A/D变换操作时，总线上必须有强
的上拉，上拉开启时间最大为 10μs。采用寄生电源供电
方式时 VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发
送接收口必须是三态的，为了操作方便我们用 89C51的
P1.1口作发送口 Tx,P1.2口作接收口 Rx。通过试验我们
发现此种方法可挂接 DS1820数十片，距离可达到５０米，
而用一个口时仅能挂接 10片 DS1820，距离仅为 20米。同
时，由于读写在操作上是分开的，故不存在信号竞争问
题。
DS1820采用了一种单线总线系统，即可用一根线连
接主从器件,DS1820作为从属器件，主控器件一般为
微处理器。单线总线仅由一根线组成，与总线相连的
器件应具有漏极开路或三态输出，以保证有足够负载
能力驱动该总线。 DS1820的 I/O端是开漏输出的，单线
总线要求加一只 5kΩ左右的上拉电阻。
应特别注意：当总线上 DS1820挂接得比较多时，
就要减小上拉电阻的阻值，否则总线拉不成高电平，
读出的数据全是 0。在测试时，上拉电阻可以换成一个
电位器，通过调整电位器可以使读出的数据正确，当
总线上有 8片 DS1820时，电位器调到阻值为 1.25kΩ时
就能读出正确数据，在实际应用时可根据具体的传感
器数量来选择合适的上拉电阻。
四, IC温度传感器的应用
?串联、并联使用,
串联测最低温度；并联测平均温度
?冷端补偿,
可代替冰池，环境温度 15 ℃ ～ 35℃
?温度控制,
?温度检测,
AD590应用
（ 一 ） 深井长传输线的摄氏温度测量
在实际中, 可使用 AD590进行深井长线传输侧温, 并能
对测温曲线的非线性误差进行校正 。
用 AD590为测温传感器，传输电缆可达 1000m以上，主
要是因 AD590本身具有恒流、高阻抗输出特性，输出阻
抗达 10MΩ。 1000m的铜质电缆。其直流阻值约为 150Ω。
所以电缆的影响是微乎其微的。实验证明，接入 1000m
电缆后的测量值与不接入电缆的侧量值。相差值小于
0.1℃ 。这一变化值是在规定的测温精度范围内的 。长
线传输摄氏温度测量的典型电路如图。
由图可得
设 RT=1k,KT 为标定因子
(1μA/K),则
U1=1mV/K·Tk
因 BG1为 1.25V稳压管, 经
R2,WT 分压,取 U2=273.2mV
放大倍数 A=10 ；于是有,
TKT RTKU ???1
～
－
+ U
0
A
BG1 R1
R2
U2 W
r
Rr
I1
+E 9V
U1
当 t=– 55℃ 时, U0=–550mV；
当 t=＋ 150℃ 时, U0=＋ 1500mV。
此电路只要 BG1的运放漂移小, 性能稳定, RT取 0.l％ 精
密电阻, 加上对 AD590的自身非线性补偿后, 测温精度
在测温范围内可达 0.1℃ 。 对于标定因子 KT的离散性,
可通过调节 WT来调整, WT为多圈线精密电位器 。
U0=(U1-U2)A=1mV·Tc·A =10mV/℃ ·Tc 摄氏 TC－ V转换公式
（ 二 ） 测温曲线的非线性误差校正,
在实际测温曲线中,若没有通过校正,曲线如图, 0℃ ～
100℃ 温域曲线是上升的, 原因是 AD590本身的非线性
所致, 在 –55℃ ～＋ 100℃ 时 ΔT是递增的；在 100℃ ～
+150℃ 的 ΔT是递降的, 即 ΔU0/ΔT=F(≤1)。 式中的 F为测
温电路的标定因子 。
要使整个测温曲线有良好线性关系, 就要使 F=1,采取
80oC
100oC
TC标准值
T
测
量
值
0
测量误差曲线
的办法是利用双积分 A/D转换
线性特性，对曲线分段校正，
线性双积分 A/D转换的基本公
式为,
N1为固定值, V标 是反向积分时所加的标准电压,实际
上 N1/V标 为一常数, 故该公式为 N2-V输入 间的线性关
系式 。 如果由 AD590的非线性产生的 V输入 值偏高,
要使 N2保持不变, 只要减小 V标 的值, 即可使曲线得
到提升；反之, 增加 V标 值, 曲线就下降 。
在实际电路中, 是改变双积分转换器的参考电
压 UREF的值来使测温读数值得到修正的 。 这种办法
补偿了 AD590的非线性误差, 提高了测量精度 。
输入
标准电压
V
V
N
N ?? 12
一, 铂电阻温度传感器
利用纯铂丝电阻随温度的变换而变化的原理设计研制
成的 。 可测量和控制 –200℃ ～ 650℃ 范围内的温度,
也可作对其他变量 (如：流量, 导电率, pH值等 )测量
电路中的温度补偿 。 有时用它来测量介质的温差和平
均温度 。 它具有比其他元件良好的稳定性和互换性 。
目前, 铂电阻上限温度达 850℃ 。
第五节 其他温度传感器
1 2
3
4 5
1－云母片骨架； 2－铂丝； 3－银丝引出线；
4－保护用云母； 5－绑扎用银带
在 0～ 850℃ 范围内, 铂电阻的电阻值与温度的关系为
在 –200℃ ～ 0℃ 范围内为,
式中 R0,Rt——温度为 0及 t℃ 时的铂电阻的电阻值；
A,B,C——常数值, 其中,
A=3.96847× 10-3℃ -1或 3.94851× 10-3℃ -1
B=–5.847× 10-7℃ -2或 –5.851× 10-7℃ -2
C=–4.22× 10-12℃ -4或 –4.04× 10-12℃ -4
Rt=R0（ 1+At+Bt2）
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100) t3]
铂电阻的纯度以 R100/R0表示, R100表示在标准大气压下水
沸点时的铂的电阻值 。 国际温标规定, 作为基准器的铂
电阻, 其 R100/R0不得小于 1.3925。 我国工业用铂电阻分
度号为 BA1,BA2,其 R100/R0=1.391。
用途：钢铁,地质,石油,化工等生产工艺流程,各种食品加
工,空调设备及冷冻库,恒温槽等的温度检测与控制中 。
型号 R0 测温范围 ℃ 测量对象 时间常数 s 精度 备注
CW-1-4-1 40± 0.2 -50～ 150 表面温度 0.05 0℃ 时 ± 0.5℃ 其它不大于 1%+1℃
保证 100kg/cm3以
下的气密性（ 0℃
以上）
CW-1-4-2 35± 0.2 -50～ 400 表面温度 0.05 0℃ 时 ± 0.5℃ 其它不大于 1%+1℃
CW-1-4- 46± 0.2 -50～ 150 表面温度 0.05 0℃ 时 ± 0.5℃ 其它不大于 1%+1℃
CW1-8 46± 0.2 -30～ 200 表面温度 <1 ± 0.5℃
CW2-16-1 70± 0.2 -50～ +50 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+6× 10-3|t|)℃
CW2-16-2 46± 0.2 -50～ 200 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+6× 10-3|t|)℃
CW2-16-3 46± 0.05 -50~100 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-18 40± 0.2 -40～ 300 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-19 40± 0.05 -50～ 150 空气温度 0.06 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-20 46± 0.2 -40～ 200 空气温度 0 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-22-1 100± 0.1 -200～ 0 空气温度 0.3 ± 0.5℃
CW2-22-2 500± 1 -253～ 0 空气温度 0.3 ± 0.5℃
CW2-26 100± 0.1 -40～ 400 -40～ 650
管道内介
质
介质温度
0.5
0.1
± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
± (0.3+6× 10-3|t|)℃
小型铂电阻 100± 0.1 -253～ 0 介质温度 0.1 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
高温铂电阻 1000± 1 500± 1 -40～ 650 -40～ 650 介质温度 介质温度 <0.3 <0.3 ± (0.3+4.5× 10
-3|t|)℃
± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
铂电阻温度传感器的主要技术参数详见下表
二, 水晶温度传感器
水晶振子具有优良的频率稳定性 。 利用这种特性制成
的高精度晶振, 已广泛应用于通信, 检测, 控制仪器及
微机等领域 。 水晶振子根据需要可切割成各种水晶板 。
主要切割形式有,AT, AC,RS,LC,Y等, 其中, AT
切割都使用在相对温度频率误差小的切割中 。 水晶振子
的固有振动频率, 可用下式表示,
式中 f——固有频率； n——谐波次数； t——振子厚度
ρ——水晶的密度； Cii——弹性常数 。
式中的 t,ρ,Cii均是温度的函数。水晶温度传感器就是
利用水晶振子的振动频率随温度变化的特性制成的
?
iiC
t
n
f
2
?
（ 一 ） 水晶温度传感器的特性
在各种切割中, 相对温度频率误差大的切割有 Y,LC、
RS,AC等 。 温度和水晶振子频率的关系一般用,
fT——T℃ 时的频率； fT0——T0℃ 时的频率；
T——测量温度； T0——基准温度 （ 任意 ） ；
A,B,C——方程式的 1次, 2次, 3次项的温度系数 。
如果方程的 2次,3次项的温度系数近似为 0，就可以得
到线性水晶温度传感器。
由于切割形式不同，温度系数也不同。 LC切割传感器
的特性如下表。
? ? ? ? ? ? 30200
0
0 TTCTTBTTA
f
ff
T
TT ???????
水晶温度传感器的特性
项目 A/10-6 B/10-9 C/10-12 灵敏度约 1000Hz/℃ 时
的频率,MHz 谐波次数 n
Y 92.75 61.74 28.83 ～ 10.6 1
RS 42.50 1.25 -39.75 ～ 23.5 3
LC 38.09 0 0～ 28.2 3
切割
Φ3.12 max
Φ8.0以下
± 0.2
3.75
± 0.50
Φ0.3
± 0.07
Φ0.3
1.1± 0.2
0.3max
10min
0.5以下
4.7以下
QTY-451
QTY-452
QTL-451 QTY-381
6.5以下
目前, 日本制造出的
水晶温度传感器有 Y
切 割 的 QTY-452,
QTY-451, QTY-381
LC切割的 QTL-451，
如图 。
水晶温度传
感器外形图
（ 二 ） 水晶温度探测器
水晶探测器是由传感器和振荡电路组装在一起制
成的, 适用于检测液体, 固体或气体的温度 。
（ 三 ） 水晶温度传感器的应用
水晶温度传感器可广泛用于空调、电子工业、食
品加工等领域。由于可用数字显示，所以，可作为高
稳定性和高分辨率的温度计使用。
三, 分布温度传感器
温度越限往往造成火灾、爆炸或机毁人亡等恶性事故。
对于在空间延伸的设备和装置，进行温度越限的检测和
控制尤为重要。避免温度越限不可能通过温度的点测来
实现，如电力电缆表层某一点温度的检测和控制。因此,
这种传感器在温度检测与控制中，具有独特重要作用。
（ 一 ） 一次触发式分布温度传感器
仅能触发一次, 然后必须重新设定测量位置 。 最普通的
是利用易熔塑料分割两根导线制成 。 当温度越限使塑料
融化时, 分割的两根导线产生短路电流, 短路电流可利
用电缆终端的装置测出 。 其主要缺点是,
?仅能触发一次，不适于连续检测；
?不能进行非破坏性试验，每次都必须接到传感器电缆
的一个新部位上；
?一般仅适用于火焰检测。
（ 二 ） 重复使用式分布温度传感器
重复使用式温度传感器适用于温度连续监测, 主要有,
1,热敏电阻材料包裹导线式传感器
是利用负温度系数的热敏电阻材料, 以同轴方式包
裹中心电缆, 并用金属外套封装这个同轴电缆 。 当在延
伸电缆长度方向上的任一点的温度低于触发温度时,
传感器处于正常工作状态, 此时中心导线与外套间的电
阻为高值；但当温度升高到某一数值时, 电阻就下降的
相应值 。 报警点的温度与对应的最小阻值相对应 。
由于这种传感器是一种空间积累式温度传感器, 一
段长的热段和一段短的热段所测的电阻值相同, 因此,
沿传感器长度延伸方向出现温度越限的位置, 不能由测
量电阻值来确定 。
2,热敏材料填充式传感器
这是一种将热敏材料填充在中心导线与圆柱形金
属套之间构成的同轴电缆, 所用的热敏材料是易溶盐
化合物 。 在正常工作状态下, 盐化合物为固态, 导线
与金属套间阻值最大 。 当温度升高, 盐化合物熔化时,
填充层的阻值显著下降 。 椐此可测出电缆是否过热 。
3,气压输送管
这种传感器实际上是一个充满惰性气体的气压输
送管，当温度升高时，连接在电触膜盒上所受的压力
增加，椐此来测定越限温度。但这种传感器也不能以
任何方式测定出故障的确切位置，也只能检测出是否
过热。
4,导电聚合物式传感器
这种传感器为同轴电容器式结构，中心导线用电介质被
覆，导线塑料压涂在已被覆电介质的导线上。导电塑料
应选用在预定的出发点附近，且为正电阻温度系数较大
的材料。最外层是防护塑料套，其结构如图。
金属导体
电介质
导体塑料
保护塑料套
按要求选定具有某一触发温度值的传感器电缆, 并使其
与监控设备之间保持良好热接触 。 如果在传感器电缆长
度方向上的任何一部分超过预定的触发温度, 则该部分
的导电塑料中的阻值将大大增加 。 由于不能通过高电阻
对电缆充放电, 所以电容值减小 。 根据越限温度时的电
容值和正常温度电容值之比,可测出温度触发点的位置 。
目前，一种长 180m以上的这种传感器，在国外已
投入使用，其触发温度为 125± 5℃,测位精度达 5m。
除上述集中分度温度传感器外, 还有两种新型的
分布温度传感器 。 第一种传感器长 250m,全长用金属
封装, 它可测出过热部分温度 。 该传感器测温范围 0～
500℃ 。 它可用于监测反应堆的温度 。 另一种传感器可
在长 1000m或更长的距离内测出温度上下限, 其触发
温度范围为 0～ 150℃ 。 这种传感器适用于化工或其他
具危险工艺过程中的温度监测 。
总之，分布温度传感器可有效地解决各种空间延
伸设备的温度监测等问题，它的广泛应用大大推动了
温度检测技术的发展。
四, 双金属温度传感器
目前, 双金属式温度传感器已被广泛应用于各种测温
领域 。 这种温度传感器实际上是双金属式温度保护器 。
（ 一 ） 工作原理
将热膨胀系数不同的两种或两种以上金属 (线、板、棒 )
压制成一体，当温度变化时，双金属产生变形，利用这
种机械运动实现控温目的。
提高电器, 热源和应用仪器等的安全可靠性能,
一般通过附加电压, 靠过热, 过电流等保护元件来实
现 。 但这样使用时很不方便, 出现事故后要更新保护
元件 。 当应用双金属式传感器做保护元件时, 如果马
达, 变压器等电器设备工作出现异常, 不仅温度上升,
而且工作电流也随之增加, 此时双金属式温度传感器
可通过本身的发热变形特性进行对工作电路的开, 闭
控制, 这与恒温箱的工作原理基本相同 。
0
1
2
3
4
5
6
7
70
80
90
100
110
120
130
140
工作温度 /oC
电
流
/A
电流负荷特性 （ 玻璃型 ）
图 3.5-4 电流负荷特性示意图
（ 二 ） 特性
1,电流负荷特性
电流负荷特性如图 3.5-4所示。由于负载与
传感器串联使用的，故应根据负载电流值来合
理选用温度传感器。
过电流的工作时间特性如图 3.5-5所示 。 当温度升高
或过电流时, 电路自动断开 。 断开时间因过电流值大
小不同而不同, 要根据两者之间的关系选择所需要的
产品 。
1
2
4
6
8
20
10
40
60
80
100
10
11
12
13
14
15
T70
T80
T90
T100
T110
T120
T140
T130
电流 /A
电
流
应
动
时
间/s
图 3.5-5 过电流工作时间特性示意图
2, 过电流的工作时间特性
3,恢复温度
恢复温度是指电路断开后能够使仪器的过热温度
自动下降, 并能使之重新开始工作的温度 。 工作温度
与恢复温度的差通常为 15℃ 以上, 一般按 25℃ 设计 。
4,工作温度和恢复温度的往返精度
工作温度和恢复温度的精度开始为 ± 1%，在额
定负荷工作 5000次后，精度为 ± 5%。
（ 三 ） 应用
双金属式温度传感器用途很广。一般串联在保护
电路中，可用于防止因过电流而造成事故。如，电路
的过热、过电流保护；小马达、小型变压器等电气设
备的保护。
Ucd
R3
R2
R4
R1
E
a
b
c
d
电阻的电桥测量线路
实验报告要求
实验名称、实验时间
报告人姓名、班级学号
实验目的
实验记录：基本原理、使用的实验部件、实
验步骤及连接图、测试数据
实验结果分析：理论分析、理论曲线、实测
曲线、误差分析
应用设计：应用原理、线路框图及说明
复习内容
常用温标及其关系
物理分类温度传感器（现象、种类、范围）
温度传感器发展趋势
热电效应、接触电势和 温差电势及其表达式
热电偶回路定律及证明
温度补偿方法
热敏电阻的参数、分类、特性及应用
IC温度传感器的应用
第一节 概 论
第二节 热电偶温度传感器
第三节 热敏电阻温度传感器
第四节 IC温度传感器
第五节 其他温度传感器
通过本章的学习了解温度传感器的作用、地位、
分类和发展趋势；掌握热电偶三定律及相关计算；
掌握热敏电阻不同类型的特点及应用场合；掌握
集成温度传感器使用方法；了解其他温度传感器
工作原理。
第一节 概 论
温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件 。 在种类
繁多的传感器中, 温度传感器是应用 最广泛, 发展 最快
的传感器之一 。
?温度是与人类生活息息相关的物理量。
?在 2000多年前，就开始为检测温度进行了各种努力，
并开始使用温度传感器检测温度。
?人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学
及环保等部门都与温度有着密切的关系。
?工业生产自动化流程,温度测量点要占全部测量点的一
半左右。
温度是反映物体冷热状态的物理参数。
因此，人类离不开温度，当然也离不开温度传感器。
一、温度的基本概念
热平衡：温度是描述热平衡系统冷热程度的物理
量。
分子物理学：温度反映了物体内部分子无规则运
动的剧烈程度。
能量：温度是描述系统不同自由度间能量分配状
况的物理量。
表示温度大小的尺度是温度的标尺，简称温标。
?热力学温标
?国际实用温标
?摄氏温标
?华氏温标
如果在式中再规定一个条件,就可以通过卡诺循环中的
传热量来完全地确定温标 。 1954年, 国际计量会议选
定 水的三相点为 273.16,并以它的 1/273.16定为一度,
这样热力学温标就完全确定了, 即 T=273.16(Q1/Q2)。
1848年威廉 ·汤姆首先提出以热力学第二定律为基础, 建
立温度仅与热量有关, 而与物质无关的热力学温标 。 因
是开尔文总结出来的, 故又称开尔文温标, 用符号 K表
示 。 它是国际基本单位制之一 。
根据热力学中的卡诺定理, 如果在温度 T1的热源与温度
为 T2的冷源之间实现了卡诺循环, 则存在下列关系式
1．热力学温标
Q1——热源给予热机的传热量
Q2——热机传给冷源的传热量
2
1
2
1
Q
Q
T
T
?
为解决国际上温度标准的同意及实用问题, 国际上协商
决定, 建立一种既能体现热力学温度 （ 即能保证一定的
准确度 ）, 又使用方便, 容易实现的温标, 即国际实用
温标 International Practical Temperature Scale of 1968(简
称 IPTS-68),又称国际温标 。
2．国际实用温标
注意：摄氏温度的分度值与开氏温度分度值相同，即温
度间隔 1K=1℃ 。 T0是在标准大气压下冰的融化温度,
T0 = 273.15 K。水的三相点温度比冰点高出 0.01 K。
1968年国际实用温标规定热力学温度是基本温度，用 t
表示，其单位是开尔文，符号为 K。 1K定义为水三相点
热力学温度的 1/273.16，水的三相点是指纯水在固态、
液态及气态三项平衡时的温度，热力学温标规定三相点
温度为 273.16 K，这是建立温标的惟一基准点。
氢
氧
三相点
沸点
54.361
90.188
-218.798
-182.962
水
三相点
沸点
273.16
373.15
0.01
100.0
锌
凝固点
692.73
419.58
银
凝固点
1235.08
961.93
金
凝固点
1337.58
1064.43
物质
三相点
平衡状态 温 度 T68/K
T68/℃
13.81
7.042
20.8
27.102
-259.31
-256.108
-252.87
-246.048
沸点 25/76atm
沸点
沸点
国际实用温标（ IPTS-68）的固定点
四个温度段：规定各温度段所使用的标准仪器
① 低温铂电阻温度计 （ 13.81K—273.15K） ；
② 铂电阻温度计 （ 273.15K—903.89K） ；
③ 铂铑 -铂热电偶温度计 （ 903.89K—1337.58K） ；
④ 光测温度计 （ 1337.58K以上 ） 。
国际实用开尔文温度与国际实用摄氏温度分别用符
号 T68和 t68来区别（一般简写为 T与 t）。
3．摄氏温标
是工程上最通用的温度标尺 。 摄氏温标是在标准大气
压 (即 101325Pa)下将水的冰点与沸点中间划分一百个等
份, 每一等份称为摄氏一度 (摄氏度, ℃ ),一般用小写
字母 t表示 。 与热力学温标单位开尔文并用 。
摄氏温标与国际实用温标温度之间的关系如下,
4．华氏温标
目前已用得较少，它规定在标准大气压下冰的融点为
32华氏度，水的沸点为 212华氏度，中间等分为 180份，
每一等份称为华氏一度，符号用 ℉,它和摄氏温度的
关系如下,
T=t+273.15 K t=T-273.15 ℃
m=1.8n+32 ℉ n= 5/9 (m-32) ℃
二、温度传感器的特点与分类
? 随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；
? 蒸气压的温度变化；
? 电极的温度变化
? 热电偶产生的电动势；
? 光电效应
? 热电效应
? 介电常数、导磁率的温度变化；
? 物质的变色、融解；
? 强性振动温度变化；
? 热放射；
? 热噪声。
1 温度传感器的物理原理 (11)
?特性与温度之间的关系要适中，并容易检 测和
处理，且随温度呈线性变化；
?除温度以外，特性对其它物理量的灵敏度要低；
?特性随时间变化要小；
?重复性好，没有滞后和老化；
?灵敏度高，坚固耐用，体积小，对检测对象的
影响要小；
?机械性能好，耐化学腐蚀，耐热性能好；
?能大批量生产，价格便宜；
?无危险性，无公害等。
2.温度传感器应满足的条件
3,温度传感器的种类及特点
? 接触式温度传感器
? 非接触式温度传感器
接触式温度传感器的特点：传感器直接与被测物体接触
进行温度测量，由于被测物体的热量传递给传感器，降
低了被测物体温度，特别是被测物体热容量较小时，测
量精度较低。因此采用这种方式要测得物体的真实温度
的前提条件是被测物体的热容量要足够大。
非接触式温度传感器主要是利用被测物体热辐射而发出
红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其制造成
本较高，测量精度却较低。优点是：不从被测物体上吸
收热量；不会干扰被测对象的温度场；连续测量不会产
生消耗；反应快等。
物
理
现
象
体积热膨胀
电阻变化
温差电现象
导磁率变化
电容变化
压电效应
超声波传播速度变化
物质 颜色
P–N结电动势
晶体管特性变化
可控硅动作特性变化
热、光辐射
种
类
铂测温电阻、热敏电阻
热电偶
BaSrTiO3陶瓷
石英晶体振动器
超声波温度计
示温涂料 液晶
半导体二极管
晶体管半导体集成电路温度传感器
可控硅
辐射温度传感器 光学高温计
1.气体温度计 2,玻璃制水银温度计
3.玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计
5.液体压力温度计 6,气体压力温度计
1,热铁氧体 2,Fe-Ni-Cu合金
热电偶、测温电阻器、热敏电阻、感温铁氧体、石英晶体振
动器、双金属温度计、压力式温度计、玻璃制温度计、辐射
传感器、晶体管、二极管、半导体集成电路传感器、可控硅
分 类 特 征 传 感 器 名 称
超高温用
传感器 1500℃ 以上 光学高温计、辐射传感器
高温用
传感器 1000～ 1500℃
光学高温计、辐射传感器、
热电偶
中高温用
传感器 500～ 1000℃
光学高温计、辐射传感器、
热电偶
中温用
传感器 0～ 500℃
低温用
传感器 -250～ 0℃
极低温用
传感器 -270～ -250℃ BaSrTiO3陶瓷
晶体管、热敏电阻,
压力式玻璃温度计
见表下内容
测
温
范
围
温度传感器分类 (1)
分 类 特 征 传 感 器 名 称
测温范围宽,
输出小
测温电阻器、晶体管、热电偶
半导体集成电路传感器,
可控硅、石英晶体振动器,
压力式温度计、玻璃制温度计
线性型
测温范围窄,
输出大 热敏电阻
指数型
函数
开关型
特性
特定温度、
输出大 感温铁氧体、双金属温度计
测
温
特
性
温度传感器分类 (2)
分 类 特 征 传 感 器 名 称
测定精度
± 0.1～
± 0.5℃
铂测温电阻、石英晶体振动
器、玻璃制温度计、气体温
度计、光学高温计
温度
标准用
测定精度
± 0.5～
± 5℃
热电偶, 测温电阻器, 热敏电
阻, 双金属温度计, 压力式温
度计, 玻璃制温度计, 辐射传
感器, 晶体管, 二极管, 半导
体集成电路传感器, 可控硅
绝对值
测定用
管理温度
测定用
相对值 ± 1～
± 5℃
测
定
精
度
温度传感器分类 (3)
此外，还有 微波测温温度传感器、噪声
测温温度传感器、温度图测温温度传感器、
热流计、射流测温计、核磁共振测温计、
穆斯保尔效应测温计、约瑟夫逊效应测温
计、低温超导转换测温计、光纤温度传感
器 等。这些温度传感器有的已获得应用，
有的尚在研制中。
公元 1600年, 伽里略研制出气体温度计 。 一百
年后, 研制成酒精温度计和水银温度计 。 随着
现代工业技术发展的需要, 相继研制出金属丝
电阻, 温差电动式元件, 双金属式温度传感器 。
1950年以后, 相继研制成半导体热敏电阻器 。
最近, 随着原材料, 加工技术的飞速发展, 又
陆续研制出各种类型的温度传感器 。
三、温度传感器的发展概况
接触式温度传感器
非接触式温度传感器
1,常用热电阻
范围,-260～＋ 850℃ ；精度,0.001℃ 。 改进后可连
续工作 2000h,失效率小于 1％, 使用期为 10年 。
2,管缆热电阻 测温范围为 -20～＋ 500℃, 最高上限
为 1000℃, 精度为 0.5级 。
（－）接触式温度传感器
3,陶瓷热电阻 测量范围为 –200～ +500℃, 精度为 0.3、
0.15级 。
4,超低温热电阻 两种碳电阻, 可分别测量 –268.8～
253℃ -272.9～ 272.99℃ 的温度 。
5,热敏电阻器 适于在高灵敏度的微小温度测量场合
使用 。 经济性好, 价格便宜 。
l,辐射高温计 用来测量 1000℃ 以上高温 。 分四种：
光学高温计, 比色高温计, 辐射高温计和光电高温计 。
2,光谱高温计 前苏联研制的 YCI—I型自动测温通用光
谱高温计,其测量范围为 400～ 6000℃,它是采用电子化自
动跟踪系统,保证有足够准确的精度进行自动测量 。
（二）非接触式温度传感器
3,超声波温度传感器 特点是响应快 (约为 10ms左右 )，
方向性强 。 目前国外有可测到 5000℉ 的产品 。
4,激光温度传感器 适用于远程和特殊环境下的温度
测量 。 如 NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射计可测
很高的温度, 精度为 1％ 。 美国麻省理工学院正在研制
一种激光温度计, 最高温度可达 8000℃, 专门用于核聚
变研究 。 瑞士 Browa Borer研究中心用激光温度传感器
可测几千开 (K)的高温 。
1,超高温与超低温传感器, 如 +3000℃ 以上和 –250℃
以下的温度传感器 。
2,提高温度传感器的精度和可靠性 。
3,研制家用电器, 汽车及农畜业所需要的价廉的温
度传感器 。
4,发展新型产品, 扩展和完善管缆热电偶与热敏电
阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜
铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件, 快速高灵敏
CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器 。
5,发展适应特殊测温要求的温度传感器 。
6．发展数字化、集成化和自动化的温度传感器 。
（三）温度传感器的主要发展方向
温差热电偶（简称热电偶）是目前温度测量中使用最
普遍的传感元件之一。它除具有 结构简单，测量范围
宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号 便于远
传或信号转换等优点外，还能用来测量流体的温度、
测量固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于
快速及动态温度的测量。
第二节 热电偶温度传感器
★ 热电偶的工作原理
★ 热电偶回路的性质
★ 热电偶的常用材料与结构
★ 冷端处理及补偿
★ 热电偶的选择、安装使用和校验
两种不同的导体或半导体 A和 B组合成 如图所示
闭合回路, 若导体 A和 B的连接处温度不同 （ 设
T＞ T0）, 则在此闭合回路中就有电流产生, 也
就是说回路中有电动势存在, 这种现象叫做 热
电 效 应 。 这 种 现 象 早 在 1821年 首 先 由 西 拜 克
（ See－ back） 发现,所以又称西拜克效应 。
一、热电偶的工作原理
回路 中所产生 的电
动势, 叫热电 势 。
热电 势由两部 分组
成, 即 温差电 势和
接触电势 。
热端 冷端
1,接触电势
+ A B
T
eAB(T)
-
B
A
AB N
N
e
kT
Te ln)( ?
eAB(T)——导体 A,B结点在温度 T 时形成的接触电动势；
e——单位电荷,e =1.6× 10-19C；
k——波尔兹曼常数,k =1.38× 10-23 J/K ；
NA,NB ——导体 A,B在温度为 T 时的电子密度。
接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。
A
eA(T,To)
To
T
eA(T,T0)——导体 A两端温度为 T,T0时形成的温差电动势；
T,T0——高低端的绝对温度；
σA——汤姆逊系数，表示导体 A两端的温度差为 1℃ 时所产生的温
差电动势，例如在 0℃ 时，铜的 σ =2μV/℃ 。
2,温差电势
dTTTe
T
T AA ?
?
0
),( 0 ?
温差电势原理图
由导体材料 A,B组成的闭合回路, 其接点温度分别为 T、
T0,如果 T＞ T0,则必存在着两个接触电势和两个温差电
势, 回路总电势,
??
BT
AT
N
N
e
kT ln ?
0
0ln0
BT
AT
N
N
e
kT
dT
T
T BA?
??
0
)( ??
3,回路总电势
),(),()()(),( 0000 TTeTTeTeTeTTE BAABABAB ????
NAT,NAT0——导体 A在结点温度为 T和 T0时的电子密度；
NBT,NBT0——导体 B在结点温度为 T和 T0时的电子密度；
σA, σB——导体 A和 B的汤姆逊系数。
根据电磁场理论得
结论 (4点 ),
EAB(T,T0)=EAB(T )-EAB(T0 )=f(T )-C=g(T )
由于 NA,NB是温度的单值函数
dT
N
N
e
k
TTE
T
T
B
A
AB ??
0
ln),( 0
在工程应用中，常用实验的方法得出温度与热电
势的关系并做成表格，以供备查。由公式可得,
EAB(T,T0)= EAB(T)-EAB(T0)
= EAB(T)-EAB(0)-[EAB(T)-EAB(T0)]
= EAB(T,0)-EAB(T0,0)
热电偶的热电势，等于两端温度分别为 T 和
零度以及 T0和零度的热电势之差。
导体材料确定后, 热电势的大小只与热电偶两
端的温度有关 。 如果使 EAB(T0)=常数, 则回路热
电势 EAB(T,T0)就只与温度 T有关, 而且是 T的单
值函数, 这就是利用热电偶测温的原理 。
只有当热电偶两端温度不同,热电偶的两导体材
料不同时才能有热电势产生。
热电偶回路热电势只与组成热电偶的材料及两端
温度有关；与热电偶的长度、粗细无关。
只有用不同性质的导体 (或半导体 )才能组合成热
电偶；相同材料不会产生热电势，因为当 A,B
两种导体是同一种材料时,ln(NA/NB)=0，也即
EAB(T,T0)=0。
对于有几种不同材料串联组成的闭合回路, 接点温度分
别为 T1,T2, …, Tn, 冷端温度为零度的热电势 。 其
热电势为
E= EAB（ T1） + EBC（ T2） +… +ENA（ Tn）
由一种均质导体组成的闭合回路, 不论其导体
是否存在温度梯度, 回路中没有电流 (即不产生
电动势 )；反之, 如果有电流流动, 此材料则一
定是非均质的, 即热电偶必须采用两种不同材
料作为电极 。
二、热电偶回路的性质
1,均质导体定律
E总 =EAB（ T） +EBC（ T） +ECA（ T） = 0
三种不同导体组成的热电偶回路
T
A
B
C
T
T
2,中间导体定律
一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，
只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路
各接点产生的热电势的代数和为零。
如图，由 A,B,C三种材料组成的闭合回路，则
两点结论,
l） 将第三种材料 C接入由 A,B组成的热电偶回路, 如
图, 则图 a中的 A,C接点 2与 C,A的接点 3,均处于相
同温度 T0之中, 此回路的总电势不变, 即
同理, 图 b中 C,A接点 2与 C,B的接点 3,同处于温度 T0
之中, 此回路的电势也为,
T2 T
1
A
a B
C 2 3
EAB
a
A
T0
2
3
A
B
EAB T1 T2 C
T0
EAB（ T1,T2） =EAB（ T1） -EAB（ T2）
(a)
(b)
T0 T0
EAB(T1,T2)=EAB(T1)-EAB（ T2）
第三种材料
接入热电偶
回路图
E
T0 T0
T
E T
0
T1
T1
T
根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位
计 E，只要保证电位计与连接热电偶处的接点温
度相等，就不会影响回路中原来的热电势，接
入的方式见下图所示。
EAB（ T,T0） = EAC（ T,T0） + ECB（ T,T0）
2）如果任意两种导体材料的热电势是已知的，
它们的冷端和热端的温度又分别相等，如图所
示，它们相互间热电势的关系为,
3,中间温度定律
如果不同的两种导体材料组成热电偶回路,其接点温度
分别为 T1,T2(如图所示 )时,则其热电势为 EAB(T1,T2)；
当接点温度为 T2,T3时, 其热电势为 EAB(T2,T3)；当接
点温度为 T1,T3时, 其热电势为 EAB(T1,T3),则
B
B
A
T2 T
1
T3
A
A
B
EAB（ T1,T3） =EAB（ T1,T2） +EAB（ T2,T3）
EAB（ T1,T3） =EAB（ T1,0） +EA B（ 0,T3）
=EAB（ T1,0） -EAB（ T3,0） =EAB（ T1） -EAB（ T3）
A
B
T1
T2
T2
A’
B’
T0
T0
热电偶补偿
导线接线图 E
对于冷端温度不是零度时，热电偶如何分度表的问题提
供了依据。如当 T2=0℃ 时，则,
只要 T1,T0不变，接入 Aˊ Bˊ 后不管接点温度 T2如何变
化，都不影响总热电势。这便是引入补偿导线原理。
EAB=EAB(T1)–EAB(T0)
说明：当在原来热电偶回路中分别引入与导体材料 A、
B同样热电特性的材料 A′,B′(如图 )即引入所谓补偿导
线时，当 EAA?(T2)=EBB?(T2)，则回路总电动势为
热电偶材料应满足,
? 物理性能稳定, 热电特性不随时间改变；
? 化学性能稳定, 以保证在不同介质中测量时不被腐
蚀；
? 热电势高, 导电率高, 且电阻温度系数小；
? 便于制造；
? 复现性好, 便于成批生产 。
三、热电偶的常用材料与结构
1,铂 —铂铑热电偶 (S型 ) 分度号 LB—3
工业用热电偶丝,Φ0.5mm,实验室用可更细些 。
正极：铂铑合金丝,用 90％ 铂和 10％ 铑 (重量比 )冶炼而成 。
负极：铂丝 。
测量温度：长期,1300℃, 短期,1600℃ 。
特点,
? 材料性能稳定, 测量准确度较高；可做成标准热电偶
或基准热电偶 。 用途：实验室或校验其它热电偶 。
? 测量温度较高, 一般用来测量 1000℃ 以上高温 。
? 在高温还原性气体中 （ 如气体中含 Co,H2等 ） 易被侵
蚀, 需要用保护套管 。
? 材料属贵金属, 成本较高 。
? 热电势较弱 。
（一）热电偶常用材料
2,镍铬 —镍硅 (镍铝 )热电偶 (K型 ) 分度号 EU—2
工业用热电偶丝,Φ1.2~2.5mm,实验室用可细些 。
正极：镍铬合金 (用 88.4～ 89.7％ 镍, 9～ 10％ 铬, 0.6％
硅, 0.3％ 锰, 0.4～ 0.7％ 钴冶炼而成 )。
负极：镍硅合金 (用 95.7～ 97％ 镍,2～ 3％ 硅,0.4～ 0.7％ 钴
冶炼而成 )。
测量温度：长期 1000℃, 短期 1300℃ 。
特点,
? 价格比较便宜, 在工业上广泛应用 。
? 高温下抗氧化能力强, 在还原性气体和含有 SO2,
H2S等气体中易被侵蚀 。
? 复现性好, 热电势大, 但精度不如 WRLB。
3,镍铬 —考铜热电偶 (E型 ) 分度号为 EA—2
工业用热电偶丝,Ф1.2～ 2mm,实验室用可更细些 。
正极：镍铬合金
负极：考铜合金 （ 用 56％ 铜, 44％ 镍冶炼而成 ） 。
测量温度：长期 600℃, 短期 800℃ 。
特点,
? 价格比较便宜, 工业上广泛应用 。
? 在常用热电偶中它产生的热电势最大 。
? 气体硫化物对热电偶有腐蚀作用。考铜易氧化变
质，适于在还原性或中性介质中使用。
4,铂铑 30—铂铑 6热电偶 (B型 ) 分度号为 LL—2
正极：铂铑合金 （ 用 70％ 铂, 30％ 铑冶炼而成 ） 。
负极：铂铑合金 （ 用 94％ 铂, 6％ 铑冶炼而成 ） 。
测量温度：长期可到 1600℃, 短期可达 1800℃ 。
特点,
? 材料性能稳定, 测量精度高 。
? 还原性气体中易被侵蚀 。
? 低温热电势极小, 冷端温度在 50℃ 以下可不加补偿 。
? 成本高。
几种持殊用途的热电偶
（ 1） 铱和铱合金热电偶 如铱 50铑 —铱 10钌热电偶它
能在氧化气氛中测量高达 2100℃ 的高温 。
（ 2） 钨铼热电偶 是 60年代发展起来的, 是目前一种
较好的高温热电偶, 可使用在真空惰性气体介质或氢
气介质中, 但高温抗氧能力差 。 国产钨铼 -钨铼 20热
电偶使用温度范围 300～ 2000℃ 分度精度为 1％ 。
（ 3） 金铁 — 镍铬热电偶 主要用在低温测量, 可在
2～ 273K范围内使用, 灵敏度约为 10μV／ ℃ 。
（ 4） 钯 — 铂铱 15热电偶 是一种高输出性能的热电
偶, 在 1398℃ 时的热电势为 47.255mV,比铂 —铂铑 10
热电偶在同样温度下的热电势高出 3倍, 因而可配用
灵敏度较低的指示仪表, 常应用于航空工业 。
（ 6）铜 — 康铜热电偶，分度号 MK
热电偶的热电势略高于镍铬 -镍硅热电偶，
约为 43μV/℃ 。复现性好，稳定性好，精度高，
价格便宜。缺点是铜易氧化，广泛用于 20K～
473K的低温实验室测量中。
（ 5）铁 — 康铜热电偶，分度号 TK
灵敏度高，约为 53μV/℃,线性度好，价格
便宜，可在 800℃ 以下的还原介质中使用。主要
缺点是铁极易氧化，采用发蓝处理后可提高抗
锈蚀能力。
（ 二 ） 常用热电偶的结构类型
1,工业用热电偶
下图为典型工业用热电偶结构示意图。它由热电偶
丝、绝缘套管、保护套管以及接线盒等部分组成。实验
室用时，也可不装保护套管，以减小热惯性。
工业热电偶结构示意图
1－接线盒； 2－保险套管 3― 绝缘套管 4― 热电偶丝
1 2 3 4
(a)
(b)
(c)
(d)
1
3
2
2,铠装式热电偶 （ 又称套管式热电偶 ）
优点是小型化 （ 直径从
12mm到 0.25mm）, 寿命,
热惯性小, 使用方便 。
测温范围在 1100℃ 以下
的有：镍铬 —镍硅, 镍
铬 —考铜铠装式热电偶 。
断面如图所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属
套管三者拉细组合而成一体。又由于它的热端形状不同，
可分为四种型式如图。
图 3.2-12 铠装式热电偶断面结构示意图
1— 金属套管 ; 2—绝缘材料 ; 3—热电极
(a)—碰底型 ; (b)—不碰底型 ; (c)—露头型 ;
(d)—帽型
3．快速反应薄膜热电偶
用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而
形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄 (0.01～ 0.lμm)
4
1
2 3
快速反应薄膜热电偶
1—热电极 ; 2—热接点 ;
3—绝缘基板 ; 4—引出线
因此，特别适用于对壁面温
度的快速测量。安装时,用粘
结剂将它粘结在被测物体壁
面上。目前我国试制的有
铁 —镍、铁 —康铜和铜 —康
铜三种,尺寸为 60× 6× 0.2mm;
绝缘基板用云母、陶瓷片、
玻璃及酚醛塑料纸等；测温
范围在 300℃ 以下；反应时间
仅为几 ms。
4,快速消耗微型热电偶
下图为一种测量钢水温度的热电偶。它是用直径为
Φ0.05～ 0.lmm的铂铑 10一铂铑 30热电偶装在 U型石英管中
，再铸以高温绝缘水泥，外面再用保护钢帽所组成。这
种热电偶使用一次就焚化，但它的优点是热惯性小，只
要注意它的动态标定，测量精度可达土 5～ 7℃ 。
1 4 2 3 5 6 7 8 9 11
10
快速消耗微型
1—刚帽； 2—石英； 3—纸环； 4—绝热泥； 5—冷端； 6—棉花；
7—绝缘纸管； 8—补偿导线； 9—套管； 10—塑料插座； 11—簧片与引出线
方法
? 冰点槽法
? 计算修正法
? 补正系数法
? 零点迁移法
? 冷端补偿器法
? 软件处理法
四, 冷端处理及补偿
原因
?热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为
保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温
度保持恒定；
?热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度 0℃ 为依据，
否则会产生误差。
1,冰点槽法
把热电偶的参比端置于冰水混合物容器里, 使 T0=0℃ 。
这种办法仅限于科学实验中使用 。 为了避免冰水导电引
起两个连接点短路, 必须把连接点 分 别置于两个玻璃试
管里, 浸入同一冰点槽, 使相互绝缘 。
mV
A
B
A’
B’
T
C
C’
仪
表
铜
导
线
试管
补偿导线
热电偶
冰点槽
冰水溶液
四, 冷端处理及补偿
T0
2,计算修正法
用普通室温计算出参比端实际温度 TH,利用公式计算
例 用铜 -康铜热电偶测某一温度 T,参比端在室温环境
TH中, 测得热电动势 EAB(T,TH)=1.999mV,又用室温
计测出 TH=21℃,查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知,
EAB(21,0)=0.832mV,故得
EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)
=1.999+0.832
=2.831(mV)
再次查分度表, 与 2.831mV对应的热端温度 T=68℃ 。
注意,既不能只按 1.999mV查表，认为 T=49℃,也
不能把 49℃ 加上 21℃,认为 T=70℃ 。
EAB(T,T0)=EAB(T,TH)+EAB(TH,T0)
3,补正系数法
把参比端实际温度 TH乘上系数 k,加到由 EAB(T,TH)查
分度表所得的温度上, 成为被测温度 T。 用公式表达即
式中,T——为未知的被测温度； T′——为参比端在室温下热电
偶电势与分度表上对应的某个温度； TH——室温；
k——为补正系数, 其它参数见下表 。
例 用铂铑 10－铂热电偶测温, 已知冷端温度 TH=35℃,
这时热电动势为 11.348mV,查 S型热电偶的分度表, 得
出与此相应的温度 T′=1150℃ 。 再从下表中查出, 对应
于 1150℃ 的补正系数 k=0.53。 于是, 被测温度
T=1150+0.53× 35=1168.3（ ℃ ）
用这种办法稍稍简单一些，比计算修正法误差可能大
一点，但误差不大于 0.14％。
T＝ T′＋ k T H
温度 T′/℃
补正系数 k
铂铑 10-铂 (S)
镍铬 -镍硅（ K）
100
0.82
1.00
200
0.72
1.00
300
0.69
0.98
400
0.66
0.98
500
0.63
1.00
600
0.62
0.96
700
0.60
1.00
800
0.59
1.00
900
0.56
1.00
1000
0.55
1.07
1100
0.53
1.11
1200
0.53
—
1300
0.52
—
1400
0.52
—
1500
0.53
—
1600
0.53
—
热电偶补正系数
例 用动圈仪表配合热电偶测温时, 如果把仪表的机械
零点调到室温 TH的刻度上,在热电动势为零时, 指针指示
的温度值并不是 0℃ 而是 TH。 而热电偶的冷端温度已是
TH,则只有当热端温度 T=TH时, 才能使 EAB(T,TH)=0,这
样, 指示值就和热端的实际温度一致了 。 这种办法非常
简便, 而且一劳永逸, 只要冷端温度总保持在 TH不变,
指示值就永远正确 。
4,零点迁移法
应用领域：如果冷端不是 0℃,但十分稳定（如恒温车
间或有空调的场所）。
实质,在测量结果中人为地加一个恒定值,因为冷端温
度稳定不变，电动势 EAB(TH,0)是常数，利用指示仪表上
调整零点 的办法，加大某个适当的值而实现补偿。
5,冷端补偿器法
利用不平衡电桥产生热电势补偿热电偶因冷端温度变化
而引起热电势的变化值 。 不平衡电桥由 R1,R2,R3(锰铜
丝绕制 ),RCu(铜丝绕制 )四个桥臂和桥路电源组成 。
设计时，在 0℃ 下使电桥平衡 (R1=R2=R3=RCu)，此时 Uab=0
，电桥对仪表读数无影响。
冷端补偿器的作用
注意：桥臂 RCu必须和热电偶的冷
端靠近, 使处于同一温度之下 。
mV
EAB(T,T0)
T0
T
0
T
A
B
+
+ -
a
b
U
Uab
RCu
R1 R2
R3
R
T0 Ua Uab EAB(T,T0)
供电 4V直流, 在 0～ 40℃ 或 -20～ 20℃ 的范围起补偿作用 。
注意, 不同材质的热电偶所配的冷端补偿器, 其中的限流电阻 R
不一样, 互换时必须重新调整 。
6,软件处理法
对于计算机系统，不必全靠硬件进行热电偶冷端处理。
例如冷端温度恒定但不为 0℃ 的情况，只需在采样后
加一个与冷端温度对应的常数即可。
对于 T0经常波动的情况，可利用热敏电阻或其它传
感器把 T0信号输入计算机，按照运算公式设计一些程
序，便能自动修正。后一种情况必须考虑输入的采样
通道中除了热电动势之外还应该有冷端温度信号，如
果多个热电偶的冷端温度不相同，还要分别采样，若
占用的通道数太多，宜利用补偿导线把所有的冷端接
到同一温度处，只用一个冷端温度传感器和一个修正
T0的输入通道就可以了。冷端集中，对于提高多点巡
检的速度也很有利。
1,热电偶的选择, 安装使用
热电偶的选用应该根据被测介质的温度, 压力, 介
质性质, 测温时间长短来选择 热电偶和保护套管 。 其
安装地点要有代表性, 安装方法要正确, 图 3.2-17是安
装在管道上常用的两种方法 。 在工业生产中, 热电偶
常与毫伏计连用 （ XCZ型动圈式仪表 ） 或与电子电位
差计联用, 后者精度较高, 且能自动记录 。 另外也可
图 3.2-17 热电偶安装图
通过与温度变送器
经放大后再接指示
仪表, 或作为控制
用的信号 。
五、热电偶的选择、安装使用和校验
热电偶
分度号 校验温度 /℃
热电偶允许偏差 /℃
温度 偏差 温度 偏 差
LB–3 600,800,1000,1200 0～ 600 ± 2.4 >600 占所测热电势 的 ± 0.4%
EU–2 400,600,800,100 0～ 400 ± 4 >400 占所测热电势 的 ± 0.75%
EA–2 300,400,600 0～ 300 ± 4 >300 占所测热电势 的 ± 1%
2,热电偶的定期校验
校验的方法是用标准热电偶与被校验热电偶装在同
一校验炉中进行对比, 误差超过规定允许值为不合格 。
图为热电偶校验装置示意图, 最佳校验方法可由查阅有
关标准获得 。 工业热电偶的允许偏差, 见下表 。
工业热电偶允许偏差
7
8 5
6
4
3
2
1
稳
压
电
源
220V
热电偶校验图
1-调压变压器； 2-管式电炉； 3标准热电偶； 4-被校热电偶；
5-冰瓶； 6-切换开关； 7-测试仪表； 8-试管
热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随
温度变化而变化的性质制成的 。
在温度传感器中应用最多的有 热电偶, 热
电阻 （ 如铂, 铜电阻温度计等 ） 和 热敏电阻 。
热敏电阻发展最为迅速, 由于其性能得到不断
改进, 稳定性已大为提高, 在许多场合下 （ -40
～＋ 350℃ ） 热敏电阻已逐渐取代传统的温度传
感器 。
主要讲述热敏电阻的特点, 分类, 基本参
数, 主要特性和应用等 。
第三节 热敏电阻温度传感器
（ 一 ） 热敏电阻的特点
1,电阻温度系数的范围甚宽
有正, 负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变的
三种热敏电阻元件 。 电阻温度系数的绝对值比金属大
10～ 100倍左右 。
2,材料加工容易, 性能好
可根据使用要求加工成各种形状, 特别是能够作到小
型化 。 目前, 最小的珠状热敏电阻其直径仅为 0.2mm。
3,阻值在 1～ 10M之间可供自由选择
使用时, 一般可不必考虑线路引线电阻的影响；由于
其功耗小, 故不需采取冷端温度补偿, 所以适合于远距
离测温和控温使用 。
一、热敏电阻的特点与分类
4．稳定性好
商品化产品已有 30多年历史，加之近年在材料与
工艺上不断得到改进。据报道，在 0.01℃ 的小温度范围
内，其稳定性可达 0.0002℃ 的精度。相比之下，优于其
它各种温度传感器。
5．原料资源丰富，价格低廉
烧结表面均已经玻璃封装。故可用于较恶劣环境
条件；另外由于热敏电阻材料的迁移率很小，故其性
能受磁场影响很小，这是十分可贵的特点。
热敏电阻的种类很多, 分类方法也不相同 。 按热
敏电阻的阻值与温度关系这一重要特性可分为,
1,正温度系数热敏电阻器 （ PTC）
电阻值随温度升高而增大的电阻器, 简称 PTC热
敏阻器 。 它的主要材料是掺杂的 BaTiO3半导体陶瓷 。
2,负温度系数热敏电阻器 （ NTC）
电阻值随温度升高而下降的热敏电阻器简称 NTC
热敏电阻器 。 它的材料主要是一些过渡金属氧化物半
导体陶瓷 。
3,突变型负温度系数热敏电阻器 （ CTR
该类电阻器的电阻值在某特定温度范围内随温度升
高而降低 3～ 4个数量级, 即具有很大 负温度系数 。 其
主要材料是 VO2并添加一些金属氧化物 。
（二）热敏电阻的分类
热敏电阻材料的分类 （ 1）
大分类 小分类 代表例子
NTC
单晶 金刚石,Ge,Si 金刚石热敏电阻
多晶
迁移金属氧化物复合烧
结体,无缺陷形金属氧
化烧结体多结晶单体,
固溶体形多结晶氧化物
SiC系
Mn,Co,Ni,Cu,Al氧化
物烧结体, ZrY氧化物烧结
体, 还原性 TiO3,Ge,Si
Ba,Co,Ni氧化物
溅射 SiC薄膜
玻璃
Ge, Fe,V等氧化物
硫硒碲化合物
玻璃
V,P,Ba氧化物, Fe,Ba、
Cu氧化物, Ge,Na,K氧
化物, （ As2Se3 ） 0.8,
（ Sb2SeI） 0.2
有机物 芳香族化合物 聚酰亚釉 表面活性添加剂
液体
电解质溶液
熔融硫硒碲化合物
水玻璃
As,Se,Ge系
热敏电阻材料的分类（ 2）
PTC
无机物
BaTiO3系
Zn,Ti,Ni氧化物系
Si系、硫硒碲化合物
（ Ba,Sr,Pb） TiO3烧结
体
有机物 石墨系 有机物 石墨, 塑料 石腊, 聚乙烯, 石墨
液体 三乙烯醇混合物 三乙烯醇, 水, NaCl
CTR
V,Ti氧化物系,Ag2S、
（ AgCu）、（ ZnCdHg）
BaTiO3单晶
V,P,（ Ba·Sr） 氧化物
Ag2S–CuS
大分类 小分类 代表例子
1,标称电阻 R25（ 冷阻 ）
标称电阻值是热敏电阻在 25± 0.2℃ 时的阻值 。
二、热敏电阻的基本参数
2,材料常数 BN
是表征负温度系数 (NTC)热敏电阻器材料的物理特性常
数。 BN值决定于材料的激活能 ?E,具有 BN=?E／ 2k的函
数关系，式中 k为波尔兹曼常数。一般 BN值越大，则电
阻值越大，绝对灵敏度越高。在工作温度范围内,BN
值并不是一个常数，而是随温度的升高略有增加的。
3,电阻温度系数 （ %/℃ ）
热敏电阻的温度变化 1 ℃ 时电阻值的变化率 。
4,耗散系数 H
热敏电阻器温度变化 1℃ 所耗散的功率变化量 。 在工作
范围内, 当环境温度变化时,H值随之变化,其大小与热
敏电阻的结构, 形状和所处介质的种类及状态有关 。
6,最高工作温度 Tmax
热敏电阻器在规定的技术条件下长期连续工作所允许
的最高温度,
T0—环境温度； PE—环境温度为 T0时的额定功率； H—耗散系数
7,最低工作温度 Tmin
热敏电阻器在规定的技术条件下能长期连续工作的最
低温度 。
8,转变点温度 Tc
热敏电阻器的电阻一温度特性曲线上的拐点温度, 主
要指正电阻温度系数热敏电阻和临界温度热敏电阻 。
HPTT E?? 0m a x
5,时间常数 τ
热敏电阻器在零功率测量状态下, 当环境温度突变时电
阻器的温度变化量从开始到最终变量的 63.2％ 所需的时
间 。 它与热容量 C和耗散系数 H之间的关系
H
C??
9,额定功率 PE
热敏电阻器在规定的条件下, 长期连续负荷工作所允
许的消耗功率 。 在此功率下,它自身温度不应超过 Tmax。
10,测量功率 P0
热敏电阻器在规定的环境温度下,受到测量电流加热而
引起的电阻值变化不超过 0.1％ 时所消耗的功率
11,工作点电阻 RG
在规定的温度和正常气候条件下，施加一定的功率后
使电阻器自热而达到某一给定的电阻值。
tn
HP
?10000 ?
12,工作点耗散功率 PG
电阻值达到 RG时所消耗的功率。
UG——电阻器达到热平衡时的端电压。
G
G
G R
U
P
2
?
13,功率灵敏度 KG
热敏电阻器在工作点附近消耗功率 lmW时所引起电阻的
变化, 即,
在工作范围内,KG随环境温度的变化略有改变。
14,稳定性
热敏电阻在各种气候、机械、电气等使用环境中，保持
原有特性的能力。它可用热敏电阻器的主要参数变化率
来表示。最常用的是以电阻值的年变化率或对应的温度
变化率来表示。
KG＝ R/P
15,热电阻值 RH
指旁热式热敏电阻器在加热器上通过给定的工作电流时,
电阻器达到热平衡状态时的电阻值。
16,加热器电阻值 Rr
指旁热式热敏电阻器的加热器，在规定环境温度条件
下的电阻值。
18,标称工作电流 I
指在环境温度 25℃ 时，旁热式热敏电阻器的电阻值被
稳定在某一规定值时加热器内的电流。
19,标称电压
它是稳压热敏电阻器在规定温度下标称工作电流
所对应的电压值。
20,元件尺寸
指热敏电阻器的截面积 A、电极间距离 L和直径 d。
17,最大加热电流 Imax
指旁热式热敏电阻器上允许通过的最大电流 。
（ 一 ） 热敏电阻器的电阻 ——温度特性 （ RT—T）
1
2 3
4
铂丝
40 60 120 160 0 10
0
101
102
103
104
105
106 R
T/Ω
温度 T/oC
热敏电阻的电阻 --温度特性曲线
1-NTC； 2-CTR； 3-4 PTC
三、热敏电阻器主要特性
ρT—T与 RT—T特性曲线一致。
RT,RT0——温度为 T,T0时热敏电阻器的电阻值；
BN ——NTC热敏电阻的 材 料常数。
由测试结果表明, 不管是由氧化物材料, 还是由单晶体
材料制成的 NTC热敏电阻器, 在不太宽的温度范围 （ 小
于 450℃ ）, 都能利用该式, 它仅是一个经验公式 。
1 负电阻温度系数 (NTC)热敏电阻器的温度特性
??
?
?
??
?
?
??
0
11
e x p
0 TT
BRR NTT
NTC的电阻 —温度关系的一般数学表达式为,
0
ln
11
ln
0
TNT RTTBR ???
?
?
??
?
?
??
如果以 lnRT,1/T分别作为纵坐标和横坐标，则上式是
一条斜率为 BN,通过点 (1/T,lnRT)的一条直线,如图。
105
104
103
102
0
-10
10
30
50
70
85
100
120
T/oC
电
阻
/Ω
NTC热敏电阻器的电阻 --温度曲线
材料的不同或配方的比例和方法不同, 则 BN也不同 。 用
lnRT–1/T表示负电阻温度系数热敏电阻 —温度特性, 在
实际应用中比较方便 。
为了使用方便, 常取环境温度为 25℃ 作为参考温度 （ 即
T0=25℃ ）, 则 NTC热敏电阻器的电阻 —温度关系式,
?
?
?
?
?
? ??
2 9 8
11
e x p
25 T
B
R
R
N
T
RT/R25——BN关系如下表 。
0
25 50 75 100 125
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
(25oC,1)
RT / RT0--T特性曲线
RT/R25
T
RT／ R25～ BN系数表
RT／ R25
BN
R50／ R25
2200
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
5000
0.565
0.500
0.483
0.458
0.435
0.413
0.392
0.372
0.354
0.273
3.175
4.720
5.319
5.993
6.751
7.609
8.6571
9.660
10.88
19.77
1.963
2.221
2.362
2.512
2.671
2.840
3.020
3.211
3.414
4.642
0.347
0.288
0.259
0.236
0.214
0.194
0.176
0.160
0.146
0.092
0.227
0.173
0.149
0.132
0.115
0.101
0.088
0.077
0.067
0.034
0.113
0.076
0.062
0.051
0.042
0.034
0.028
0.023
0.019
0.007
R0／ R25 R75／ R25 R-20／ R25 R150／ R25 R100／ R25
2.正电阻温度系数 （ PTC） 热敏电阻器的电阻 —温度特性
其特性是利用正温度热敏材料, 在居里点附近结构发
生相变引起导电率突变来取得的, 典型特性曲线如图
10000
1000
100
10
0
50 100 150 200 250
R20=120Ω
R20=36.5Ω
R
20=12.2Ω
PTC热敏电阻器的电阻 —温度曲线
T/oC
电
阻
/Ω
Tp1
Tp2
Tc=175 oC
PTC热敏电阻的工作温度范围较窄，在工作区两端，电
阻 —温度曲线上有两个拐点,Tp1和 Tp2。当温度低于 Tp1
时，温度灵敏度低；当温度升高到 Tp1后，电阻值随温度
值剧烈增高（按指数规律迅速增大）；当温度升到 Tp2时，
正温度系数热敏电阻器在工作温度范围内存在温度 Tc，
对应有较大的温度系数 αtp 。
经实验证实：在工作温度范围内，正温度系数热敏电
阻器的电阻 —温度特性可近似用下面的实验公式表示,
式中 RT,RT0——温度分别为 T,T0时的电阻值；
BP——正温度系数热敏电阻器的材料常数 。
若对上式取对数, 则得,
? ?0e x p
0
TTBRR PTT ??
? ? 0lnln 0 TPT RTTBR ???
以 lnRT,T分别作为纵坐标和横坐标，便得到下图。
）
可见,正温度系数热敏电阻器的电阻温度系数 αtp,
正好等于它的材料常数 BP的值。
lnRr1
lnRr2 BP β mR
BP=tgβ =mR/mr
T1 T2
lnRr0
mr
lnRT~T 表示的 PTC热敏电阻器电阻 —温度曲线
lnRr
T
? ?
? ? PPT
PTPT
T
tp BTTBR
TTBRB
dT
dR
R
?
?
?
??
0
0
e x p
e x p1
0
0?
若对上式微分，可得 PTC热敏电阻的电阻温度系数 αtp
α
β
a
b
c
d
Um
U0
I0 Im
U/V
I/mA
NTC热敏电阻的静态伏安特性
（ 二 ） 热敏电阻器的伏安特性 （ U—I）
热敏电阻器伏安特性表示加在其两端的电压和通过的
电流, 在热敏电阻器和周围介质热平衡 （ 即加在元件
上的电功率和耗散功率相等 ） 时的互相关系 。
1.负温度系数 （ NTC） 热敏电阻器的伏安特性
该曲线是在环境温度为 T0时的静
态介质中测出的静态 U—I曲线 。
热敏电阻的端电压 UT和通过它
的电流 I有如下关系,
???
?
???
?
?
??
???
?
???
? ???
0
0
0
0 e x p
11e x p
TT
TBIR
TT
BIRIRU NNTT
T0——环境温度；
△ T——热敏电阻的温升。
曲线见下图，它与 NTC热敏电阻器一样，曲线的起始段
为直线，其斜率与热敏电阻器在环境温度下的电阻值相
等。这是因为流过电阻器电流很小时，耗散功率引起的
温升可以忽略不计的缘故。当热敏电阻器温度超过环境
温度时，引起电阻值增大，曲线开始弯曲。
104
103
102
101
105
Um
101
102
103
100
10-1
Im
PTC热敏电阻器的静态伏安特性
2,正温度系数 （ PTC） 热敏电阻器的伏安特性
当电压增至 Um时，
存在一个电流最大值 Im；
如电压继续增加，由于
温升引起电阻值增加速
度超过电压增加的速度，
电流反而减小，即曲线
斜率由正变负。
（ 三 ） 功率 -温度特性 （ PT—T）
描述热敏电阻器的电阻体与外加功率之间的关系, 与
电阻器所处的环境温度, 介质种类和状态等相关 。
（ 四 ） 热敏电阻器的动态特性
热敏电阻器的电阻值的变化完全是由热现象引起的 。
因此, 它的变化必然有时间上的滞后现象 。 这种电阻
值随时间变化的特性, 叫做热敏电阻器的动态特性 。
动态特性种类,
?周围温度变化所引起的加热特性；
?周围温度变化所引起的冷却特性；
?热敏电阻器通电加热所引起的自热特性。
当热敏电阻器由温度 T0增加到 TU时，其电阻值 RTr
随时间 t 的变化规律为,
式中 RTt——时间为 t时，热敏电阻的阻值；
T0 ——环境温度； Tu ——介质温度 (Tu>T0);
RTa——温度 Ta时,热敏电阻器的电阻值；
t——时间 。
当热敏电阻由温度 Tu冷却 T0时, 其电阻值 RTt与时
间的关系为,
Ta
a
n
uu
n
Tt RT
B
tTT
BR ln
)/e x p ()T(
ln
0
??
???
?
?
Ta
a
n
u
n
Tt RT
B
tT
BR ln
)/e x p ()T(
ln
0
??
??
?
?
伏安特性
的位置
在仪器仪表中的应用
U m 的左边
温度计, 温度差计, 温度补偿, 微小温度检测, 温度报警,
温度继电器, 湿度计, 分子量测定, 水分计, 热计, 红外
探测器, 热传导测定, 比热测定
U
m的附近 液位测定, 液位检测
U m的右边
流速计, 流量计, 气体分析仪, 真空计, 热导分析
旁热型
热敏电阻器 风速计, 液面计, 真空计
（一）检测和电路用的热敏电阻器
（ U m—峰值电压）
检测用 的热敏电阻在仪表中的应用
四、热敏电阻器的应用
电路元件 热敏电阻器在仪表中应用分类
在仪器仪表中的应用
U m 的左边 偏置线图的温度补偿, 仪表温度补偿, 热电偶温度补偿, 晶体管温度补偿
U
m的附近
恒压电路, 延迟电路, 保护电路
U m的右边
自动增益控制电路, RC振荡器, 振幅稳定电路
测温用的热敏电阻器, 其工作点的选取, 由热敏电
阻的伏安特性决定 。
伏安特性
的位置
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
6
5
4 3 2 1 1 2
D0.2~0.5
A型
B型
( j )
温度检测用的各种热敏电阻器探头
1—热敏电阻； 2—铂丝； 3—银焊； 4—钍镁丝； 5—绝缘柱； 6—玻璃
（ 二 ） 测温用的热敏电阻器
1,各种热敏电阻传感器结构
2,测表面电阻用的热敏电阻器安装方法
图为测表面温度用的热敏电阻器的各种安装方式 。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
油
测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式
1
2
3
4
1
2
3
4
5
Ir/mA
U/V
UR=IT0R U
R=IT1R UR=IT2R
UR=IT0R0
UR=IT1R1 U
R=IT2R2
IT0 IT1
IT2
自热电桥测量温线路
3,热敏电阻测温电桥
mA
Ir
R
UR
E
Rr
UT
自热电桥及其等效电路
RT R5
R6 R3
(R1) En
+
－
+ －
U2
UT
R
IT E
UR
Rr
(a) (b) (c)
R1 En
A
R1 R2
R4 R3
U’
+ －
（ 三 ） 热敏电阻作温度补偿用
由热敏电阻器 RT和与温度无关的线
性电阻器 R1和 R2串并联组成, 补偿
温度范围为 T1～ T2。 对于晶体管低
频放大器和功率放大器电路的温度
补偿, 可用下列公式确定热敏电阻
器的型号,
R(T)
R1
R2 Rr
温度补偿网络
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
?
?
??
?
?
??
?
?
021
2120
0T
221
2122
2T
121
2121
1T
)(TR
)(TR
)(TR
TRrr
rrrTR
TRrr
rrrTR
TRrr
rrrTR
)11(e x p)()(
01
01 TTBTRTR NTT ??
)11(e x p)()(
02
02 TTBTRTR NTT ??
—25℃ 时的温度
αtn=-BN/T2
设计原理：利用半导体 PN结的电流电压与温度有
关的特性。
优点：输出线性好, 测量精度高,传感驱动电路,
信号处理电路等都与温度传感部分集成在一起,因
而封装后的组件体积非常小,使用方便,价格便宜,
故在测温技术中越来越得到广泛应用。
本节简要介绍 IC温度传感器的类型, 基本原理,
主要特性及其应用等有关问题 。
第四节 IC温度传感器
一,IC温度传感器的分类
电压型 IC温度传感器 ； 电流型 IC温度传感器,
数字输出型 IC温度传感器。
电流型 IC温度传感器是把线性集成电路和与之相容的薄
膜工艺元件集成在一块芯片上,再通过激光修版微加工技
术,制造出性能优良的测温传感器。这种传感器的输出电
流正比于热力学温度，即 1μA/K；其次，因电流型输出恒
流，所以传感器具有高输出阻抗。其值可达 10MΩ。这为
远距离传输深井测温提供了一种新型器件。
电压型 IC温度传感器是将温度传感器基准电压、缓冲放
大器集成在同一芯片上,制成一四端器件。因器件有放大
器；故输出电压高、线性输出为 10mV／ ℃ ；另外,由于
其具有输出阻抗低的特性；抗干扰能力强，故不适合长
线传输。这类 IC温度传感器特别适合于工业现场测量。
电流型 IC温度传感器的测温原理, 是基于
晶体管的 PN结随温度变化而产生漂移现象研制
的 。 众所周知, 晶体管 PN结的这种温漂, 会给
电路的调整带来极大的麻烦 。 但是, 利用 PN结
的温漂特性来测量温度, 可研制成半导体温度
传感元件 。 IC温度传感器就是依据半导体的温
漂特性, 经过精心设计而制造出来的集成化线
性较好的温度传感器件 。
利用电流 I与 Tk的正比关系, 通过电流的变
化来测量温度的大小 。
二,IC温度传感器的测温原理
（ 一 ） 电压输出型集成温度传感器
AN6701S是日本松下公司生产的电压输出型集成温度传
感器，它有四个引脚，三种连线方式,(a)正电源供电，
(b)负电源供电,(c)输出极性颠倒。电阻 RC用来调整 25℃
下的输出电压，使其等于 5V,RC的阻值在 3~30kΩ范围
内。这时灵敏度可达 109~110mV/℃,在 -10~80℃ 范围内
基本误差不 ± 1℃ 。
输出
AN6701
(a)
1
2
4
3
RC
5~15V
AN6701
输出
(c)
10kΩ
RC
3
1
2
4
5~15V
-
+
∞
+
100kΩ
10kΩ
100kΩ
AN6701
(b)
2
1
3
输出
4
－ 5~－ 15V
RC
三,IC温度传感器的主要特性
输
出
电
压
/V
0
2
4
6
8
10
12
－ 20
0
20
40
60
80
RC=100kΩ
R
C=10kΩ
RC=1kΩ
温度 /oC
AN6701S的输入特性
在 -10~80℃ 范围内,RC的值与输出特性的关系如下图。
AN6701S有很好的线性，非线性误差不超过 0.5%。若在
25℃ 时借助 RC将输出电压调整到 5V，则 RC的值约在
3~30kΩ间，相应的灵敏度为 109~110mV/℃ 。校准后，
在 -10~80℃ 范围内，基本误差不超过 ± 1℃ 。这种集成
传感器在静止空气中的时间常
数为 24s，在流动空气中为 11s。
电源电压在 5~15V间变化，所
引起的测温误差一般不超过
± 2℃ 。整个集成电路的电流
值一般为 0.4mA，最大不超过
0.8mA（ RL=∞时）。
（ 二 ） 电流型温度传感器
1,伏安特性
工作电压,4V～ 30V,I 为一恒流值输出, I∝ Tk,即
KT——标定因子, AD590的标定因子为 1μA/℃
I = KT · TK
4V
30V
0
I/μA
U/V
AD590伏安特性曲线
-55℃
+25℃
+150℃
218
298
423
－ 55 0 150
273.2μA
I/ μA
TC / oC
AD590温度特性曲线
2,温度特性
其 温度特性曲线函数是以 Tk为变量的 n阶多项式之和,
省略非线性项后则有,
Tc——摄氏温度； I 的单位为 μA。
可见, 当温度为 0℃ 时, 输出电流为 273.2μA。 在常
温 25℃ 时, 标定输出电流为 298.2μA。
I=KT·Tc＋ 273.2
3,AD590的非线性
150
－ 55
△ T/oC
0.3
－ 0.3
0
在实际应用中, ΔT 通过硬件或软件进行补偿校正, 使
测温精度达 ± 0.1℃ 。 其次, AD590恒流输出, 具有较好
的抗干扰抑制比和高输出阻抗 。 当电源电压由＋ 5V向＋
10V变化时, 其电流变化仅为 0.2μA/V。 长时间漂移最大
为 ± 0.1℃, 反向基极漏电流小于 10pA。
–55℃ ～ 100℃, ΔT递增,100℃ ～ 150℃ 则是递降。 ΔT
最大可达 ± 3℃,最小 ΔT＜ 0.3℃,按档级分等。
T/oC
AD590 非线
性误差曲线
美国 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器
DS1820,可把温度信号直接转换成串行数字信号供微
机处理 。 由于每片 DS1820含有唯一的串行序列号, 所
以在一条总线上可挂接任意多个 DS1820芯片 。 从
DS1820读出的信息或写入 DS1820的信息, 仅需要一根
口线 （ 单总线接口 ） 。 读写及温度变换功率来源于数
据总线, 总线本身也可以向所挂接的 DS1820供电, 而
无需额外电源 。 DS1820提供九位温度读数, 构成多点
温度检测系统而无需任何外围硬件 。
（三）数字输出型 IC温度传感器
１,DS1820的特性
? 单线接口：仅需一根口线与 MCU连接；
? 无需外围元件；
? 由总线提供电源；
? 测温范围为 -55℃ ～ 125℃,精度为 0.5℃ ；
? 九位温度读数；
? A/D变换时间为 200ms；
? 用户可以任意设置温度上、下限报警值，
且能够识别具体报警传感器。
DS 1820
1 2 3
GND I/O VDD
(a) PR—35封装
DS1820的管脚排列
DS1820
1
2
3
4
5
6
7
8
I/O
GND
(b) SOIC封装
NC NC
NC
NC
VDD
NC
2,DS1820引脚及功能
GND：地； VDD：电源电压
I/O：数据输入／输出脚 (单线接口，可作寄生供电 )
3, DS1820的工作原理
图为 DS1820的内部框图，它主要包括 寄生电源, 温
度传感器, 64位激光 ROM单线接口, 存放中间数据的高
速暂存器 （内含便笺式 RAM），用于存储用户设定的温
度上下限值的 TH和 TL触发器存储与控制逻辑,8位循环
冗余校验码（ CRC）发生器等七部分。
存储器控制逻辑 64bit
ROM
和单线
接口 电
源
检
测
温度传感器
高温触发器
低温触发器
8位 CRC触发器
存
储
器
DS1820内部结构图
寄生电源由两个二极管和寄生电容组成。电源
检测电路用于判定供电方式。寄生电源供电时,
电源端接地，器件从总线上获取电源。在 I/O线
呈低电平时，改由寄生电容上的电压继续向器
件供电。
寄生电源两个优点,
?检测远程温度时无需本地电源；
?缺少正常电源时也能读 ROM。若采用外部电
源,则通过二极管向器件供电。
(1 ) 寄生电源
DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号
f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号 f。
当计数门打开时,DS1820对 f0计数，计数门开通时间由
高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可
对频率的非线性予以补偿。测量结果存入温度寄存器中。
一般情况下的温度值应为 9位（符号点 1位），但因符号
位扩展成高 8位，故以 16位补码形式读出，表 3.4-1给出
了 DS1820温度和数字量的对应关系。
温度 /℃
输出的二进制码
对应的十六进制码
+125
0000000011111010
00FAH
+25
0000000000110010
0032H
+1/2
0000000000000001
0001H
0
0000000000000000
0000H
-1/2
1111111111111111
FFFFH
-25
1111111111001110
FFCEH
-55
1111111110010010
FF92H
DS1820温度与数字量对应关系表
温度测量电路
斜率累加器
计数器 1
计数器 2
低温度系数晶振
高温度系数晶振
=0
=0
预置
温度寄存器
预置
比较
停止
置位 /
清零
加 1
(2) 温度测量原理
DS1820测量温度时使用特有的温度测量技术，如图。
64位 ROM的结构如下,
开始 8位是产品类型的编号（ DS1820为 10H），接着是每个器
件的唯一的序号，共有 48位，最后 8位是前 56位的 CRC校验码，
这也是多个 DS1820可以采用一线进行通信的原因。主机操作
ROM的命令有五种，如表所列
指 令 说 明
读 ROM（ 33H） 读 DS1820的序列号
匹配 ROM（ 55H） 继读完 64位序列号的一个命令, 用于多个 DS1820时定位
跳过 ROM（ CCH） 此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有 DS1820
搜 ROM（ F0H） 识别总线上各器件的编码, 为操作各器件作好准备
报警搜索（ ECH） 仅温度越限的器件对此命令作出响应
(3) 64位激光 ROM
由 便笺式 RAM和 非易失性电擦写 EERAM组成，后者用于存储 TH、
TL值。数据先写入 RAM，经校验后再传给 EERAM。便笺式 RAM
占 9个字节，包括温度信息（第 1,2字节）,TH和 TL值（ 3,4字
节）、计数寄存器（ 7,8字节）,CRC（第 9字节）等，第 5,6字
节不用。暂存器的命令共 6条，见表 3.4-3所列。
在正常测温情况下,DS1820的测温分辨力为 0.5℃,可采用下
述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用 DS1820提供的读暂
存器指令（ BEH）读出以 0.5℃ 为分辨率的温度测量结果，然后切
去测量结果中的最低有效位（ LSB），得到所测实际温度的整数
部分 Tz，然后再用 BEH指令取计数器 1的计数剩余值 Cs和每度计数
值 CD。考虑到 DS1820测量温度的整数部分以 0.25℃, 0.75℃ 为进
位界限的关系，实际温度 Ts可用下式计算,
Ts=（ Tz-0.25℃ ） +(CD-Cs)/CD
(4) 高速暂存器
DS1820存贮控制命令
指 令 说 明
温度转换（ 44H） 启动在线 DS1820做温度 A/D转换
读数据（ BEH） 从高速暂存器读 9bits温度值和 CRC值
写数据（ 4EH） 将数据写入高速暂存器的第 0和第 1字节中
复制（ 48H） 将高速暂存器中第 2 和第 3 字节复制到EERAM
读 EERAM（ B8H） 将 EERAM内容写入高速暂存器中第 2和第 3字节
读电源供电方式（ B4H） 了解 DS1820的供电方式
DS1820单线通信功能是分时完成的，它有严格的时
隙概念。因此系统对 DS1820的各种操作必须按协议进行。
DS1820工作工程中的协议：初始化,ROM操作命令、
存储器操作命令、处理数据。
４ 温度检测系统原理
由于单线数字温度传感器 DS1820具有在一条总线上可同时挂
接多片的显著特点，可同时测量多点的温度，而且 DS1820的连
接线可以很长，抗干扰能力强，便于远距离测量，因而得到了
广泛应用。
采用寄生电容供电的温度检测系统
89C51
DS1820 DS1820
DS1820
P1.0
P1.1
P1.2
Tx
R
x
+5V
GND
VDD
P1.1作输出口用, 相当于 Tx
P1.2作输入口用, 相当于 Rx
……
温度检测系统原理图如图所示，采用寄生电源供电
方式。为保证在有效的 DS1820时钟周期内，提供足够的
电流，我们用一个 MOSFET管和 89C51的一个 I/O口
（ P1.0）来完成对 DS1820总线的上拉。当 DS1820处于
写存储器操作和温度 A/D变换操作时，总线上必须有强
的上拉，上拉开启时间最大为 10μs。采用寄生电源供电
方式时 VDD必须接地。由于单线制只有一根线，因此发
送接收口必须是三态的，为了操作方便我们用 89C51的
P1.1口作发送口 Tx,P1.2口作接收口 Rx。通过试验我们
发现此种方法可挂接 DS1820数十片，距离可达到５０米，
而用一个口时仅能挂接 10片 DS1820，距离仅为 20米。同
时，由于读写在操作上是分开的，故不存在信号竞争问
题。
DS1820采用了一种单线总线系统，即可用一根线连
接主从器件,DS1820作为从属器件，主控器件一般为
微处理器。单线总线仅由一根线组成，与总线相连的
器件应具有漏极开路或三态输出，以保证有足够负载
能力驱动该总线。 DS1820的 I/O端是开漏输出的，单线
总线要求加一只 5kΩ左右的上拉电阻。
应特别注意：当总线上 DS1820挂接得比较多时，
就要减小上拉电阻的阻值，否则总线拉不成高电平，
读出的数据全是 0。在测试时，上拉电阻可以换成一个
电位器，通过调整电位器可以使读出的数据正确，当
总线上有 8片 DS1820时，电位器调到阻值为 1.25kΩ时
就能读出正确数据，在实际应用时可根据具体的传感
器数量来选择合适的上拉电阻。
四, IC温度传感器的应用
?串联、并联使用,
串联测最低温度；并联测平均温度
?冷端补偿,
可代替冰池，环境温度 15 ℃ ～ 35℃
?温度控制,
?温度检测,
AD590应用
（ 一 ） 深井长传输线的摄氏温度测量
在实际中, 可使用 AD590进行深井长线传输侧温, 并能
对测温曲线的非线性误差进行校正 。
用 AD590为测温传感器，传输电缆可达 1000m以上，主
要是因 AD590本身具有恒流、高阻抗输出特性，输出阻
抗达 10MΩ。 1000m的铜质电缆。其直流阻值约为 150Ω。
所以电缆的影响是微乎其微的。实验证明，接入 1000m
电缆后的测量值与不接入电缆的侧量值。相差值小于
0.1℃ 。这一变化值是在规定的测温精度范围内的 。长
线传输摄氏温度测量的典型电路如图。
由图可得
设 RT=1k,KT 为标定因子
(1μA/K),则
U1=1mV/K·Tk
因 BG1为 1.25V稳压管, 经
R2,WT 分压,取 U2=273.2mV
放大倍数 A=10 ；于是有,
TKT RTKU ???1
～
－
+ U
0
A
BG1 R1
R2
U2 W
r
Rr
I1
+E 9V
U1
当 t=– 55℃ 时, U0=–550mV；
当 t=＋ 150℃ 时, U0=＋ 1500mV。
此电路只要 BG1的运放漂移小, 性能稳定, RT取 0.l％ 精
密电阻, 加上对 AD590的自身非线性补偿后, 测温精度
在测温范围内可达 0.1℃ 。 对于标定因子 KT的离散性,
可通过调节 WT来调整, WT为多圈线精密电位器 。
U0=(U1-U2)A=1mV·Tc·A =10mV/℃ ·Tc 摄氏 TC－ V转换公式
（ 二 ） 测温曲线的非线性误差校正,
在实际测温曲线中,若没有通过校正,曲线如图, 0℃ ～
100℃ 温域曲线是上升的, 原因是 AD590本身的非线性
所致, 在 –55℃ ～＋ 100℃ 时 ΔT是递增的；在 100℃ ～
+150℃ 的 ΔT是递降的, 即 ΔU0/ΔT=F(≤1)。 式中的 F为测
温电路的标定因子 。
要使整个测温曲线有良好线性关系, 就要使 F=1,采取
80oC
100oC
TC标准值
T
测
量
值
0
测量误差曲线
的办法是利用双积分 A/D转换
线性特性，对曲线分段校正，
线性双积分 A/D转换的基本公
式为,
N1为固定值, V标 是反向积分时所加的标准电压,实际
上 N1/V标 为一常数, 故该公式为 N2-V输入 间的线性关
系式 。 如果由 AD590的非线性产生的 V输入 值偏高,
要使 N2保持不变, 只要减小 V标 的值, 即可使曲线得
到提升；反之, 增加 V标 值, 曲线就下降 。
在实际电路中, 是改变双积分转换器的参考电
压 UREF的值来使测温读数值得到修正的 。 这种办法
补偿了 AD590的非线性误差, 提高了测量精度 。
输入
标准电压
V
V
N
N ?? 12
一, 铂电阻温度传感器
利用纯铂丝电阻随温度的变换而变化的原理设计研制
成的 。 可测量和控制 –200℃ ～ 650℃ 范围内的温度,
也可作对其他变量 (如：流量, 导电率, pH值等 )测量
电路中的温度补偿 。 有时用它来测量介质的温差和平
均温度 。 它具有比其他元件良好的稳定性和互换性 。
目前, 铂电阻上限温度达 850℃ 。
第五节 其他温度传感器
1 2
3
4 5
1－云母片骨架； 2－铂丝； 3－银丝引出线；
4－保护用云母； 5－绑扎用银带
在 0～ 850℃ 范围内, 铂电阻的电阻值与温度的关系为
在 –200℃ ～ 0℃ 范围内为,
式中 R0,Rt——温度为 0及 t℃ 时的铂电阻的电阻值；
A,B,C——常数值, 其中,
A=3.96847× 10-3℃ -1或 3.94851× 10-3℃ -1
B=–5.847× 10-7℃ -2或 –5.851× 10-7℃ -2
C=–4.22× 10-12℃ -4或 –4.04× 10-12℃ -4
Rt=R0（ 1+At+Bt2）
Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100) t3]
铂电阻的纯度以 R100/R0表示, R100表示在标准大气压下水
沸点时的铂的电阻值 。 国际温标规定, 作为基准器的铂
电阻, 其 R100/R0不得小于 1.3925。 我国工业用铂电阻分
度号为 BA1,BA2,其 R100/R0=1.391。
用途：钢铁,地质,石油,化工等生产工艺流程,各种食品加
工,空调设备及冷冻库,恒温槽等的温度检测与控制中 。
型号 R0 测温范围 ℃ 测量对象 时间常数 s 精度 备注
CW-1-4-1 40± 0.2 -50～ 150 表面温度 0.05 0℃ 时 ± 0.5℃ 其它不大于 1%+1℃
保证 100kg/cm3以
下的气密性（ 0℃
以上）
CW-1-4-2 35± 0.2 -50～ 400 表面温度 0.05 0℃ 时 ± 0.5℃ 其它不大于 1%+1℃
CW-1-4- 46± 0.2 -50～ 150 表面温度 0.05 0℃ 时 ± 0.5℃ 其它不大于 1%+1℃
CW1-8 46± 0.2 -30～ 200 表面温度 <1 ± 0.5℃
CW2-16-1 70± 0.2 -50～ +50 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+6× 10-3|t|)℃
CW2-16-2 46± 0.2 -50～ 200 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+6× 10-3|t|)℃
CW2-16-3 46± 0.05 -50~100 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-18 40± 0.2 -40～ 300 表面温度 油中 0.06 水中 0.3 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-19 40± 0.05 -50～ 150 空气温度 0.06 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-20 46± 0.2 -40～ 200 空气温度 0 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
CW2-22-1 100± 0.1 -200～ 0 空气温度 0.3 ± 0.5℃
CW2-22-2 500± 1 -253～ 0 空气温度 0.3 ± 0.5℃
CW2-26 100± 0.1 -40～ 400 -40～ 650
管道内介
质
介质温度
0.5
0.1
± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
± (0.3+6× 10-3|t|)℃
小型铂电阻 100± 0.1 -253～ 0 介质温度 0.1 ± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
高温铂电阻 1000± 1 500± 1 -40～ 650 -40～ 650 介质温度 介质温度 <0.3 <0.3 ± (0.3+4.5× 10
-3|t|)℃
± (0.3+4.5× 10-3|t|)℃
铂电阻温度传感器的主要技术参数详见下表
二, 水晶温度传感器
水晶振子具有优良的频率稳定性 。 利用这种特性制成
的高精度晶振, 已广泛应用于通信, 检测, 控制仪器及
微机等领域 。 水晶振子根据需要可切割成各种水晶板 。
主要切割形式有,AT, AC,RS,LC,Y等, 其中, AT
切割都使用在相对温度频率误差小的切割中 。 水晶振子
的固有振动频率, 可用下式表示,
式中 f——固有频率； n——谐波次数； t——振子厚度
ρ——水晶的密度； Cii——弹性常数 。
式中的 t,ρ,Cii均是温度的函数。水晶温度传感器就是
利用水晶振子的振动频率随温度变化的特性制成的
?
iiC
t
n
f
2
?
（ 一 ） 水晶温度传感器的特性
在各种切割中, 相对温度频率误差大的切割有 Y,LC、
RS,AC等 。 温度和水晶振子频率的关系一般用,
fT——T℃ 时的频率； fT0——T0℃ 时的频率；
T——测量温度； T0——基准温度 （ 任意 ） ；
A,B,C——方程式的 1次, 2次, 3次项的温度系数 。
如果方程的 2次,3次项的温度系数近似为 0，就可以得
到线性水晶温度传感器。
由于切割形式不同，温度系数也不同。 LC切割传感器
的特性如下表。
? ? ? ? ? ? 30200
0
0 TTCTTBTTA
f
ff
T
TT ???????
水晶温度传感器的特性
项目 A/10-6 B/10-9 C/10-12 灵敏度约 1000Hz/℃ 时
的频率,MHz 谐波次数 n
Y 92.75 61.74 28.83 ～ 10.6 1
RS 42.50 1.25 -39.75 ～ 23.5 3
LC 38.09 0 0～ 28.2 3
切割
Φ3.12 max
Φ8.0以下
± 0.2
3.75
± 0.50
Φ0.3
± 0.07
Φ0.3
1.1± 0.2
0.3max
10min
0.5以下
4.7以下
QTY-451
QTY-452
QTL-451 QTY-381
6.5以下
目前, 日本制造出的
水晶温度传感器有 Y
切 割 的 QTY-452,
QTY-451, QTY-381
LC切割的 QTL-451，
如图 。
水晶温度传
感器外形图
（ 二 ） 水晶温度探测器
水晶探测器是由传感器和振荡电路组装在一起制
成的, 适用于检测液体, 固体或气体的温度 。
（ 三 ） 水晶温度传感器的应用
水晶温度传感器可广泛用于空调、电子工业、食
品加工等领域。由于可用数字显示，所以，可作为高
稳定性和高分辨率的温度计使用。
三, 分布温度传感器
温度越限往往造成火灾、爆炸或机毁人亡等恶性事故。
对于在空间延伸的设备和装置，进行温度越限的检测和
控制尤为重要。避免温度越限不可能通过温度的点测来
实现，如电力电缆表层某一点温度的检测和控制。因此,
这种传感器在温度检测与控制中，具有独特重要作用。
（ 一 ） 一次触发式分布温度传感器
仅能触发一次, 然后必须重新设定测量位置 。 最普通的
是利用易熔塑料分割两根导线制成 。 当温度越限使塑料
融化时, 分割的两根导线产生短路电流, 短路电流可利
用电缆终端的装置测出 。 其主要缺点是,
?仅能触发一次，不适于连续检测；
?不能进行非破坏性试验，每次都必须接到传感器电缆
的一个新部位上；
?一般仅适用于火焰检测。
（ 二 ） 重复使用式分布温度传感器
重复使用式温度传感器适用于温度连续监测, 主要有,
1,热敏电阻材料包裹导线式传感器
是利用负温度系数的热敏电阻材料, 以同轴方式包
裹中心电缆, 并用金属外套封装这个同轴电缆 。 当在延
伸电缆长度方向上的任一点的温度低于触发温度时,
传感器处于正常工作状态, 此时中心导线与外套间的电
阻为高值；但当温度升高到某一数值时, 电阻就下降的
相应值 。 报警点的温度与对应的最小阻值相对应 。
由于这种传感器是一种空间积累式温度传感器, 一
段长的热段和一段短的热段所测的电阻值相同, 因此,
沿传感器长度延伸方向出现温度越限的位置, 不能由测
量电阻值来确定 。
2,热敏材料填充式传感器
这是一种将热敏材料填充在中心导线与圆柱形金
属套之间构成的同轴电缆, 所用的热敏材料是易溶盐
化合物 。 在正常工作状态下, 盐化合物为固态, 导线
与金属套间阻值最大 。 当温度升高, 盐化合物熔化时,
填充层的阻值显著下降 。 椐此可测出电缆是否过热 。
3,气压输送管
这种传感器实际上是一个充满惰性气体的气压输
送管，当温度升高时，连接在电触膜盒上所受的压力
增加，椐此来测定越限温度。但这种传感器也不能以
任何方式测定出故障的确切位置，也只能检测出是否
过热。
4,导电聚合物式传感器
这种传感器为同轴电容器式结构，中心导线用电介质被
覆，导线塑料压涂在已被覆电介质的导线上。导电塑料
应选用在预定的出发点附近，且为正电阻温度系数较大
的材料。最外层是防护塑料套，其结构如图。
金属导体
电介质
导体塑料
保护塑料套
按要求选定具有某一触发温度值的传感器电缆, 并使其
与监控设备之间保持良好热接触 。 如果在传感器电缆长
度方向上的任何一部分超过预定的触发温度, 则该部分
的导电塑料中的阻值将大大增加 。 由于不能通过高电阻
对电缆充放电, 所以电容值减小 。 根据越限温度时的电
容值和正常温度电容值之比,可测出温度触发点的位置 。
目前，一种长 180m以上的这种传感器，在国外已
投入使用，其触发温度为 125± 5℃,测位精度达 5m。
除上述集中分度温度传感器外, 还有两种新型的
分布温度传感器 。 第一种传感器长 250m,全长用金属
封装, 它可测出过热部分温度 。 该传感器测温范围 0～
500℃ 。 它可用于监测反应堆的温度 。 另一种传感器可
在长 1000m或更长的距离内测出温度上下限, 其触发
温度范围为 0～ 150℃ 。 这种传感器适用于化工或其他
具危险工艺过程中的温度监测 。
总之，分布温度传感器可有效地解决各种空间延
伸设备的温度监测等问题，它的广泛应用大大推动了
温度检测技术的发展。
四, 双金属温度传感器
目前, 双金属式温度传感器已被广泛应用于各种测温
领域 。 这种温度传感器实际上是双金属式温度保护器 。
（ 一 ） 工作原理
将热膨胀系数不同的两种或两种以上金属 (线、板、棒 )
压制成一体，当温度变化时，双金属产生变形，利用这
种机械运动实现控温目的。
提高电器, 热源和应用仪器等的安全可靠性能,
一般通过附加电压, 靠过热, 过电流等保护元件来实
现 。 但这样使用时很不方便, 出现事故后要更新保护
元件 。 当应用双金属式传感器做保护元件时, 如果马
达, 变压器等电器设备工作出现异常, 不仅温度上升,
而且工作电流也随之增加, 此时双金属式温度传感器
可通过本身的发热变形特性进行对工作电路的开, 闭
控制, 这与恒温箱的工作原理基本相同 。
0
1
2
3
4
5
6
7
70
80
90
100
110
120
130
140
工作温度 /oC
电
流
/A
电流负荷特性 （ 玻璃型 ）
图 3.5-4 电流负荷特性示意图
（ 二 ） 特性
1,电流负荷特性
电流负荷特性如图 3.5-4所示。由于负载与
传感器串联使用的，故应根据负载电流值来合
理选用温度传感器。
过电流的工作时间特性如图 3.5-5所示 。 当温度升高
或过电流时, 电路自动断开 。 断开时间因过电流值大
小不同而不同, 要根据两者之间的关系选择所需要的
产品 。
1
2
4
6
8
20
10
40
60
80
100
10
11
12
13
14
15
T70
T80
T90
T100
T110
T120
T140
T130
电流 /A
电
流
应
动
时
间/s
图 3.5-5 过电流工作时间特性示意图
2, 过电流的工作时间特性
3,恢复温度
恢复温度是指电路断开后能够使仪器的过热温度
自动下降, 并能使之重新开始工作的温度 。 工作温度
与恢复温度的差通常为 15℃ 以上, 一般按 25℃ 设计 。
4,工作温度和恢复温度的往返精度
工作温度和恢复温度的精度开始为 ± 1%，在额
定负荷工作 5000次后，精度为 ± 5%。
（ 三 ） 应用
双金属式温度传感器用途很广。一般串联在保护
电路中，可用于防止因过电流而造成事故。如，电路
的过热、过电流保护；小马达、小型变压器等电气设
备的保护。
Ucd
R3
R2
R4
R1
E
a
b
c
d
电阻的电桥测量线路
实验报告要求
实验名称、实验时间
报告人姓名、班级学号
实验目的
实验记录：基本原理、使用的实验部件、实
验步骤及连接图、测试数据
实验结果分析：理论分析、理论曲线、实测
曲线、误差分析
应用设计：应用原理、线路框图及说明
复习内容
常用温标及其关系
物理分类温度传感器（现象、种类、范围）
温度传感器发展趋势
热电效应、接触电势和 温差电势及其表达式
热电偶回路定律及证明
温度补偿方法
热敏电阻的参数、分类、特性及应用
IC温度传感器的应用
