第三章 温度传感器
CH3 Temperature Sensor
概 论 conspectus/summarize
热电偶温度传感器 thermocouple
热敏电阻温度传感器 thermistor
IC温度传感器 integrate circuit
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；理解热
电效应定义，掌握热电偶三定律及相
关计算，热电偶冷端补偿原因及补偿
方法；掌握热敏电阻不同类型的特点、
特性曲线及应用场合；掌握电流型、
电压型、数字型三种集成温度传感器
特点、工作原理和使用方法；了解其
他温度传感器工作原理。
学习要点
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。
温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。
?热力学温标 thermodynamic temperature scale
?国际实用温标 International practical temperature scale
?摄氏温标 Celsius temperature scale
?华氏温标 Fahrenheit temperature scale
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, 又称开尔文温标 (scale of Kelvin),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 thermodynamic temperature scale
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 (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。
International Practical Temperature Scale
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 Celsius temperature scale
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：
4．华氏温标 Fahrenheit temperature scale
目前使用较少，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 ℉,与摄氏温度的关系：
T=t+273.15 Kt=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℃,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、工作原理
回路中所产生的电动
势, 叫热电势 。 热电
势 thermo-electric force
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
kTTe 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。
接触电势
原理图
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
dTTT 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
dTNNekTTE 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(T0)-EAB(0)]
= 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
C2 3
EAB
A
T0
2
3
A
B
EAB T1T2 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
ET
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
T2T
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)时，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
测量温度：长期,1300℃, 短期,1600℃ 。
（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
测量温度：长期 1000℃, 短期 1300℃ 。
3,镍铬 —考铜热电偶 (E型 ) 分度号 EA—2
测量温度：长期 600℃, 短期 800℃ 。
4,铂铑 30—铂铑 6热电偶 (B型 ) 分度号 LL—2
测量温度：长期可到 1600℃, 短期可达 1800℃ 。
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 可使用在真空惰性气体介质或氢气
介质中, 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 输出性能高, 在 1398℃ 时的
热电势为 47.255mV。
（ 6）铜 — 康铜热电偶，分度号 MK 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，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，线性
度好，可在 800℃ 以下的还原介质中使用。
（ 二 ） 常用热电偶的结构类型
1,工业用热电偶
2,铠装式热电偶 （ 又称套管式热电偶 ）
3．快速反应薄膜热电偶
4,快速消耗微型热电偶
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)=1.979mV,又用室温
计测出 TH=21℃,查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知,
EAB(21,0)=0.84mV,故得
EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)
=1.979+0.84
=2.819(mV)
再次查分度表, 与 2.819mV对应的热端温度 T=69℃ 。
注意,既不能只按 1.979mV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
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 。
mVEAB(T,T0)
T0
T0
T
A
B
+ +-a b
U
Uab
RCu
R1 R2
R3
R
T0 RCu 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
?冷端温度恒定 T0,但 T0不为 0℃ 时，只需在采样后
加一个与冷端温度对应的常数即可。
?冷端温度 T0波动：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。
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
NTC二极管封装环氧封装、小型化高精度 ； 响应时间快 ； 稳定性好
根据不同用途有多种封
装结构 ；使用温区宽
高稳定性、高可靠性
根据不同用途有多种封装
结构 ；使用温区宽 ；高稳
定性、高可靠性 ；为客户
提供多种便捷服务
家用冰箱、空调器 ；
电热水器、整体浴室 ；
冰柜、豆浆机
环氧封装、小型化、精度高 ；可靠性高、
响应时间快 ；引线采用聚脂漆包线、耐热、
绝缘性好
（ 一 ） 热敏电阻的特点
1,电阻温度系数的范围甚宽
2,材料加工容易, 性能好
3,阻值在 1～ 10M之间可供自由选择
4．稳定性好
5．原料资源丰富，价格低廉
一、热敏电阻的特点与分类
1,正温度系数热敏电阻器 （ PTC）
Positive Temperature Coefficient
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）
Negative Temperature Coefficient
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
二、热敏电阻的基本参数
1,标称电阻 (Nominal Resistance)R25（ 冷阻 ）
2,材料常数 (Material Constant)BN
表征负温度系数 (NTC) 材料的物理特性常数。 BN值决
定于材料的激活能 ?E,BN值随温度升高略有增加。
3,电阻温度系数 (Thermal Coefficient ofResistance)(%/℃ )
热敏电阻的温度变化 1℃ 时电阻值的变化率 。
4,耗散系数 (Dissipation Constant)H
热敏电阻器温度变化 1℃ 所耗散的功率变化量 。
5,时间常数 (Timr Constant)τ
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 。
6,最高工作温度 Tmax
在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度
7,最低工作温度 Tmin
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 。
9,额定功率 (Rated Power)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 (Measured Power) 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。
12,工作点耗散功率 PG
电阻值达到 RG时所消耗的功率。
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, 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。
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
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 160010
0
101
102
103
104
105
106R
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
Resistance-temperature characteristic of thermistor
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
11e x p
0 TT
BRR NTT
NTC的电阻 —温度关系的一般数学表达式为：
0
ln11ln
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 -101030507085100120
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 811ex p
25 T
BRR NT
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
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
R20=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：
? ?0ex p0 TTBRR PTT ??
? ? 0lnln 0 TPT RTTBR ???
以 lnRT,T分别作为纵坐标和横坐标，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
T1T2
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）
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
TTBIRIRU NNTT
T0——环境温度；
△ T——热敏电阻的温升。
该曲线与 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 10310010-1
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。
Power temperature characteristic of thermistor
Dynamic temperature characteristic of thermistor
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
)/ex 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
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 。
测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式
正确错误
3,热敏电阻测温电桥
自热电桥及其等效电路
（ 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 RT
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(ex p)()(
01
01 TTBTRTR NTT ??
)11(e x p)()(
02
02 TTBTRTR NTT ??
αtn=-BN/T2
T0
为
25
℃
BN
第四节 IC温度传感器
? 集成温度传感器利用 PN结的电流、电压特性与温
度的关系测温，一般测量温度范围在 150℃ 以下 。
? 集成温度传感器把热敏晶体管和外围电路、放大
器、偏置电路及线性电路制作在同一芯片上；
? 利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管
对的基极 —发射极之间电压 VBE的差与温度呈线性
关系。
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
二,IC温度传感器的测温原理
? 晶体管伏安方程式：
01
2
ln CBE
C
K T IV
qI
???
K —— 波尔滋蔓常数；
T —— 绝对温度 ;
γ —— V1,V2发射极面积比。
q —— 电子电荷量；
?ΔVBE正比于绝对温度 T，只要保证 I1/I2恒定，
就可以使 ΔVBE与 T 为单值函数。
因此, 可利用电流 I与 Tk的正比关系, 通过电流的变化
来测量温度的大小 。
I∝ Tk
（ 一 ） 电压输出型集成温度传感器
AN6701S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)
10kΩRC3
1 2
4
5~15V
-
+
∞
+
100kΩ10kΩ
100kΩAN6701
(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
RC=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）。
? 电流输出型典型集成温度传感器有 AD590
（美国 AD公司生产），国内同类产品 SG590。
器件电源电压 4～ 30V，
测温范围 -50～ +150℃ 。
AD590 引脚和内部电路原理图
（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 30V0
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
4,AD590的测量电路
? AD590在温度 25℃ （ 298.2K）时，理想输出为
298.2μA,实际存在误差，可通过电位器调整，
使输出电压满足 1mV/K 的关系。
AD590 典型应用
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。
2, 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
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
电
源
检
测
寄生电源
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
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。
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
T
xR
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
……
提供
电流
通过试验发现,
此种方法可挂接
DS1820数十片，
距离可达到 50m，
而用一个口时仅
能挂接 10片
DS1820，距离仅
为 20m。同时，
由于读写在操作
上是分开的，故
不存在信号竞争
问题。
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
AD590的典型应用 1
AD590的典型应用 2
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
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,
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 。
测量电路
1,三线制
图中 G为指示电表,R1,R2,R3为固定电阻,R0为零位调
节电阻。铂电阻通过电阻分别为 r2, r3, Rg的三根导
线和电桥连接,r2和 r3分别接在相邻的两臂，当温度变
化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电
阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而
Rg分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会影
响电桥的平衡状态。
R2
Ra
R1
R3
E
Rtr
3
Rg r2G
2,四线制
图中 G为指示电表,R1,R2,R3为固定电阻,Rp为零位
调节电阻。
在设计电桥时，为了避免热电阻中流过电流的加热效
应，要保证流过热电阻的电流尽量地小，一般小于
10mA。尤其当测量环境中有不稳定气流时，工作电流
的热效应有可能产生很大的误差。
R2R1
R3
E
Rt
G
Rp
二, 水晶温度传感器
利用水晶振子具有优良的频率稳定性 (10-10) 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
nf
2
?
1,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。
注意：切割形式不同，温度系数也不同。
? ? ? ? ? ? 30200
0
0 TTCTTBTTA
f
ff
T
TT ???????
2,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 。
3,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
（ 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 ）
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
68
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
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。
CH3 Temperature Sensor
概 论 conspectus/summarize
热电偶温度传感器 thermocouple
热敏电阻温度传感器 thermistor
IC温度传感器 integrate circuit
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；理解热
电效应定义，掌握热电偶三定律及相
关计算，热电偶冷端补偿原因及补偿
方法；掌握热敏电阻不同类型的特点、
特性曲线及应用场合；掌握电流型、
电压型、数字型三种集成温度传感器
特点、工作原理和使用方法；了解其
他温度传感器工作原理。
学习要点
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。
温标：表示温度大小的尺度是温度的标尺。
?热力学温标 thermodynamic temperature scale
?国际实用温标 International practical temperature scale
?摄氏温标 Celsius temperature scale
?华氏温标 Fahrenheit temperature scale
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, 又称开尔文温标 (scale of Kelvin),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 thermodynamic temperature scale
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 (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。
International Practical Temperature Scale
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 Celsius temperature scale
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：
4．华氏温标 Fahrenheit temperature scale
目前使用较少，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 ℉,与摄氏温度的关系：
T=t+273.15 Kt=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℃,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、工作原理
回路中所产生的电动
势, 叫热电势 。 热电
势 thermo-electric force
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
kTTe 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。
接触电势
原理图
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
dTTT 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
dTNNekTTE 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(T0)-EAB(0)]
= 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
C2 3
EAB
A
T0
2
3
A
B
EAB T1T2 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
ET
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
T2T
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)时，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
测量温度：长期,1300℃, 短期,1600℃ 。
（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
测量温度：长期 1000℃, 短期 1300℃ 。
3,镍铬 —考铜热电偶 (E型 ) 分度号 EA—2
测量温度：长期 600℃, 短期 800℃ 。
4,铂铑 30—铂铑 6热电偶 (B型 ) 分度号 LL—2
测量温度：长期可到 1600℃, 短期可达 1800℃ 。
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 可使用在真空惰性气体介质或氢气
介质中, 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 输出性能高, 在 1398℃ 时的
热电势为 47.255mV。
（ 6）铜 — 康铜热电偶，分度号 MK 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，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，线性
度好，可在 800℃ 以下的还原介质中使用。
（ 二 ） 常用热电偶的结构类型
1,工业用热电偶
2,铠装式热电偶 （ 又称套管式热电偶 ）
3．快速反应薄膜热电偶
4,快速消耗微型热电偶
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)=1.979mV,又用室温
计测出 TH=21℃,查 此 种 热 电 偶 的 分 度 表 可 知,
EAB(21,0)=0.84mV,故得
EAB(T,0)=EAB(T,21)+EAB(21,T0)
=1.979+0.84
=2.819(mV)
再次查分度表, 与 2.819mV对应的热端温度 T=69℃ 。
注意,既不能只按 1.979mV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
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 。
mVEAB(T,T0)
T0
T0
T
A
B
+ +-a b
U
Uab
RCu
R1 R2
R3
R
T0 RCu 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
?冷端温度恒定 T0,但 T0不为 0℃ 时，只需在采样后
加一个与冷端温度对应的常数即可。
?冷端温度 T0波动：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。
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
NTC二极管封装环氧封装、小型化高精度 ； 响应时间快 ； 稳定性好
根据不同用途有多种封
装结构 ；使用温区宽
高稳定性、高可靠性
根据不同用途有多种封装
结构 ；使用温区宽 ；高稳
定性、高可靠性 ；为客户
提供多种便捷服务
家用冰箱、空调器 ；
电热水器、整体浴室 ；
冰柜、豆浆机
环氧封装、小型化、精度高 ；可靠性高、
响应时间快 ；引线采用聚脂漆包线、耐热、
绝缘性好
（ 一 ） 热敏电阻的特点
1,电阻温度系数的范围甚宽
2,材料加工容易, 性能好
3,阻值在 1～ 10M之间可供自由选择
4．稳定性好
5．原料资源丰富，价格低廉
一、热敏电阻的特点与分类
1,正温度系数热敏电阻器 （ PTC）
Positive Temperature Coefficient
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）
Negative Temperature Coefficient
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
二、热敏电阻的基本参数
1,标称电阻 (Nominal Resistance)R25（ 冷阻 ）
2,材料常数 (Material Constant)BN
表征负温度系数 (NTC) 材料的物理特性常数。 BN值决
定于材料的激活能 ?E,BN值随温度升高略有增加。
3,电阻温度系数 (Thermal Coefficient ofResistance)(%/℃ )
热敏电阻的温度变化 1℃ 时电阻值的变化率 。
4,耗散系数 (Dissipation Constant)H
热敏电阻器温度变化 1℃ 所耗散的功率变化量 。
5,时间常数 (Timr Constant)τ
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 。
6,最高工作温度 Tmax
在规定的技术条件下长期连续工作所允许的最高温度
7,最低工作温度 Tmin
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 。
9,额定功率 (Rated Power)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 (Measured Power) 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。
12,工作点耗散功率 PG
电阻值达到 RG时所消耗的功率。
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, 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。
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
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 160010
0
101
102
103
104
105
106R
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
Resistance-temperature characteristic of thermistor
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
11e x p
0 TT
BRR NTT
NTC的电阻 —温度关系的一般数学表达式为：
0
ln11ln
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 -101030507085100120
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 811ex p
25 T
BRR NT
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
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
R20=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：
? ?0ex p0 TTBRR PTT ??
? ? 0lnln 0 TPT RTTBR ???
以 lnRT,T分别作为纵坐标和横坐标，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
T1T2
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）
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
TTBIRIRU NNTT
T0——环境温度；
△ T——热敏电阻的温升。
该曲线与 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 10310010-1
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。
Power temperature characteristic of thermistor
Dynamic temperature characteristic of thermistor
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
)/ex 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
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 。
测量物体表面温度时热敏电阻器的安装方式
正确错误
3,热敏电阻测温电桥
自热电桥及其等效电路
（ 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 RT
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(ex p)()(
01
01 TTBTRTR NTT ??
)11(e x p)()(
02
02 TTBTRTR NTT ??
αtn=-BN/T2
T0
为
25
℃
BN
第四节 IC温度传感器
? 集成温度传感器利用 PN结的电流、电压特性与温
度的关系测温，一般测量温度范围在 150℃ 以下 。
? 集成温度传感器把热敏晶体管和外围电路、放大
器、偏置电路及线性电路制作在同一芯片上；
? 利用发射极电流密度在恒定比率下工作的晶体管
对的基极 —发射极之间电压 VBE的差与温度呈线性
关系。
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
二,IC温度传感器的测温原理
? 晶体管伏安方程式：
01
2
ln CBE
C
K T IV
qI
???
K —— 波尔滋蔓常数；
T —— 绝对温度 ;
γ —— V1,V2发射极面积比。
q —— 电子电荷量；
?ΔVBE正比于绝对温度 T，只要保证 I1/I2恒定，
就可以使 ΔVBE与 T 为单值函数。
因此, 可利用电流 I与 Tk的正比关系, 通过电流的变化
来测量温度的大小 。
I∝ Tk
（ 一 ） 电压输出型集成温度传感器
AN6701S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)
10kΩRC3
1 2
4
5~15V
-
+
∞
+
100kΩ10kΩ
100kΩAN6701
(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
RC=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）。
? 电流输出型典型集成温度传感器有 AD590
（美国 AD公司生产），国内同类产品 SG590。
器件电源电压 4～ 30V，
测温范围 -50～ +150℃ 。
AD590 引脚和内部电路原理图
（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 30V0
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
4,AD590的测量电路
? AD590在温度 25℃ （ 298.2K）时，理想输出为
298.2μA,实际存在误差，可通过电位器调整，
使输出电压满足 1mV/K 的关系。
AD590 典型应用
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。
2, 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
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
电
源
检
测
寄生电源
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
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。
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
T
xR
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
……
提供
电流
通过试验发现,
此种方法可挂接
DS1820数十片，
距离可达到 50m，
而用一个口时仅
能挂接 10片
DS1820，距离仅
为 20m。同时，
由于读写在操作
上是分开的，故
不存在信号竞争
问题。
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
AD590的典型应用 1
AD590的典型应用 2
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
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,
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 。
测量电路
1,三线制
图中 G为指示电表,R1,R2,R3为固定电阻,R0为零位调
节电阻。铂电阻通过电阻分别为 r2, r3, Rg的三根导
线和电桥连接,r2和 r3分别接在相邻的两臂，当温度变
化时，只要它们的长度和电阻温度系数相同，它们的电
阻变化就不会影响电桥的状态，即不产生温度误差。而
Rg分别接在指示电表和电源回路，其阻值变化也不会影
响电桥的平衡状态。
R2
Ra
R1
R3
E
Rtr
3
Rg r2G
2,四线制
图中 G为指示电表,R1,R2,R3为固定电阻,Rp为零位
调节电阻。
在设计电桥时，为了避免热电阻中流过电流的加热效
应，要保证流过热电阻的电流尽量地小，一般小于
10mA。尤其当测量环境中有不稳定气流时，工作电流
的热效应有可能产生很大的误差。
R2R1
R3
E
Rt
G
Rp
二, 水晶温度传感器
利用水晶振子具有优良的频率稳定性 (10-10) 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
nf
2
?
1,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。
注意：切割形式不同，温度系数也不同。
? ? ? ? ? ? 30200
0
0 TTCTTBTTA
f
ff
T
TT ???????
2,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 。
3,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
（ 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 ）
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
68
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
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。
