传感器原理及应用-第7章1

第七章热电式传感器

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：是描述热平衡系统冷热程度的物理量。分子物理学：反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度。能量：是描述系统不同自由度间能量分配状况的物理量。温标：表示温度大小的标尺。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InternationalPracticalTemperatureScaleof1968(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=273.15K。水的三相点温度比冰点高出0.01K。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273.16K，这是建立温标的惟一基准点。氢氧三相点沸点54.36190.188-218.798-182.962水三相点沸点273.16373.150.01100.0锌凝固点692.73419.58银凝固点1235.08961.93金凝固点1337.581064.43物质三相点平衡状态温度T68/KT68/℃13.817.04220.827.102-259.31-256.108-252.87-246.048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

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℃,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BrowaBorer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

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★常用热电偶与结构★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，早在1821年首先由西拜克(See·back)发现，所以又称西拜克效应。热电偶原理图TT0AB

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.接触电势接触电势原理图+ABTeAB(T)-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=1.38×10-23J/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。AeA(T,To)ToTeA(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：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路总电势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。在金属导体中自由电子数很多，以致温度不能显著地改变它的自由电子浓度，所以，在同一种金属导体内，温差电势极小，可以忽略。因此，在一个热电偶回路中起决定作用的，是两个接点处的接触电势。故EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T)+eBA

(T0)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。热电偶分度表在冷端（参考端）温度为0℃时,通过计量标定实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系表。

测得热电势，查分度表得温度值。EAB(T,T0)=eAB(T

)-eAB(T0)=f(T)-C=g(T)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。②只有当热电偶两端温度不同时，由不同材料组成的热电偶才能有热电势产生。①只有用不同性质的导体(或半导体)才能组合成热电偶；相同材料组合不会产生热电势，因为当两种导体是同一材料时，ln(nA/nB)=0，也即EAB(T，T0)=0。结论：

由一种均质导体组成的闭合回路，不论其导体周围是否存在温度梯度，回路中也不会产生电流(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。二、热电偶基本定律1.均质导体定律三种不同导体组成的热电偶回路TABCTT2.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C例T2T1AaBCEABaAT0ABEABT1T2T0(a)(b)T0T0第三种材料接入热电偶回路将第三种材料C接入由A、B组成的热电偶回路，图a中的A、C接点与C、A的接点均处于相同温度T0之中，此回路的总电势不变。同理，图b中C、A接点与C、B的接点同处于温度T0之中，此回路的电势也为：T1ET0T0TET0T1T电位计接入热电偶回路

根据上述原理，可以在热电偶回路中接入电位计E，只要保证电位计与热电偶连接处的接点温度相等，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）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB

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.标准电极定律

4.连接导体定律与中间温度定律

在热电偶回路中，若导体A、B分别与连接导线A′、B′相接，接点温度分别为T、Tn、T0时，则回路总电势为：

BB′A′

Tn

TT0

AAB

热电偶补偿导线接线图ABTTnTnA’B’T0T0E①为冷端温度不是零度时，热电偶如何查分度表的问题提供了依据：只要T、T0不变，接入Aˊ、Bˊ后不管接点温度Tn如何变化，都不影响总热电势。②为引入所谓补偿导线提供了依据：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、常用热电偶与结构

1．铂铑-铂热电偶分度号S工业用热电偶丝：Φ0.5mm，实验室用可更细些。正极：铂铑合金丝，90％铂和10％铑(重量比)冶炼。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。热电势较小。（一）常用热电偶

2．镍铬-镍硅(镍铝)热电偶分度号K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，线性好，但精度不高。

3．镍铬-考铜热电偶分度号为E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热电偶分度号为B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40℃以下可不加补偿。价格高。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T

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1234(a)(b)(c)(d)

1322．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)4123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-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℃。1423567891110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冷、热端温度的函数，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.冰浴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。mVABA’B’TCC’仪表铜导线试管补偿导线热电偶冰点槽冰水溶液T02.计算修正法用普通室温计算出参比端实际温度t0，利用公式计算注意: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℃。例用铜-康铜热电偶测某一温度t，参比端在室温环境t0中，测得热电动势EAB(t，t0)=1.999mV，又用室温计测出t0=21℃，查此热电偶的分度表可知，EAB(21，0)=0.832mV，故得EAB(t，0)=EAB(t，21)+EAB(21，0)=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℃。把参比端温度t0乘上系数k，加到由EAB(t，t0)查分度表所得的温度上，成为被测温度t，即

k——为补正系数。t＝

t′+kt0′3.补正系数法例、用铂铑10-铂热电偶测温，已知冷端温度t0=35℃，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％。温度T´/℃补正系数k铂铑10-铂(S)镍铬-镍硅（K）1000.821.002000.721.003000.690.984000.660.985000.631.006000.620.967000.601.008000.591.009000.561.0010000.551.0711000.531.1112000.53—13000.52—14000.52—15000.53—16000.53—热电偶补正系数

例、用动圈仪表配合热电偶测温时，如果把仪表机械零点调到室温t0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t0。而热电偶的冷端温度已是t0，则只有当t=t0时，才能使EAB(t，t0)=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，只要冷端温度总保持在t0不变，指示值就基本准确。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(t0，0)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。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。EAB(t,t0)5.冷端补偿器法利用直流电桥的不平衡电压补偿热电偶因冷端温度变化而引起热电势的变化值。电桥由R1、R2、R3(锰铜丝绕制)、RCu(铜丝绕制)和供桥电源组成。设计时，在20℃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。

mVT0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3R6.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，图示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–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所测热电势的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所测热电势的±0.75%EA–2300，400，6000～300±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78564321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-试管热电偶典型测温线路普通测温线路；(b)带有补偿器的测温线路；(c)具有温度变送器的测温线路；(d)具有一体化温度变送器的测温线路六、热电偶测温线路1.测量某一点的温度

特殊情况下，热电偶可以串联或并联使用，但只能是同一分度号的热电偶，且冷端应在同一温度下。如热电偶正向串联，可获得较大的热电势输出和提高灵敏度；在测量两点温差时，可采用热电偶反向串联；利用热电偶并联可以测量平均温度。2.测量两点间温度差（反向串联）特点：当有一只热电偶烧断时，难以觉察出来。当然，它也不会中断整个测温系统的工作。优点：热电动势大，仪表的灵敏度大大增加，且避免了热电偶并联线路存在的缺点，可立即可以发现有断路。缺点：只要有一支热电偶断路，整个测温系统将停止工作。3.测量平均温度（并联或正向串联）热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的。热电阻广泛用来测量－200～850℃范围内的温度，少数情况下，低温可测量至1K，高温达1000℃。标准铂电阻温度计的精确度高，作为复现国际温标的标准仪器。

第三节热电阻传感器一、热电阻的结构

电阻丝采用双线并绕法绕制在具有一定形状的云母、石英或陶瓷支架上，支架起支撑和绝缘作用。热电阻传感器

由热电阻、连接导线及显示仪表组成二、热电阻传感器的组成对用于制造热电阻材料的要求：电阻温度系数和电阻率大，热容量小；

R-t关系最好成线性；物理化学性能稳定；复现性好等。目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻。三、常用热电阻

铂热电阻的特点是精度高、稳定性好、性能可靠，所以在温度传感器中得到了广泛应用。按IEC标准，铂热电阻的使用温度范围为-200～850℃。铂热电阻的特性方程为：在-200～0℃的温度范围内Rt=R0［1+At+Bt2+Ct3(t-100)］

（一）

铂热电阻在0～850℃的温度范围内Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)在ITS—90中，这些常数规定为

A=3.96847×10-3/℃

B=-5.847×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃3

可见：热电阻在温度t时的电阻值与0℃时的电阻值R0有关。目前我国规定工业用铂热电阻有R0=10Ω和R0=100Ω两种，它们的分度号分别为Pt10和Pt100，其中以Pt100为常用。铂热电阻不同分度号亦有相应分度表，即Rt-t的关系表，这样在实际测量中，只要测得热电阻的阻值Rt，便可从分度表上查出对应的温度值。铂电阻分度表

在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，可采用铜热电阻进行测温，它的测量范围为-50～150℃。铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线性的，可近似地表示为（二）

铜热电阻α=4.28899×10-3/℃

两种分度号：

Cu50(R0=50Ω)和Cu100（R0=100Ω）。Rt=R0（1+αt）

铜热电阻的分度表分度号：Cu50

温度/℃0102030405060708090电阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13铜热电阻的特点铜热电阻的电阻温度系数较大、线性性好、价格便宜。缺点：电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性较大，稳定性较差，在100℃以上时容易氧化，因此只能用于低温及没有浸蚀性的介质中。

用热电阻传感器进行测温时，测量电路经常采用电桥电路。热电阻与检测仪表相隔一段距离，因此热电阻的引线对测量结果有较大的影响。热电阻内部引线方式有二线制、三线制和四线制三种。二、热电阻的测量电路内部引线方式

这种引线方式简单、费用低，但是引线电阻以及引线电阻的变化会带来附加误差。两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。两线制用于工业测量，一般精度

三线制实验室用，高精度测量

四线制由恒流源供给已知电流I流过热电阻Rt，使其产生压降，再用电位差计测出U，便可利用欧姆定律得第四节热敏电阻温度传感器

在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻和热敏电阻。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。

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。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。（一）热敏电阻的特点

1．电阻温度系数的范围宽有正、负温度系数和在某一特定温度区域内阻值突变（即临界温度系数）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。

一、热敏电阻的特点与分类

4．稳定性好

商品化已有30多年历史，加之近年在材料与工艺上不断得到改进，在0.01℃的小温度范围内，其稳定性可达0.0002℃的精度。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。

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。

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（PTC）

电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏电阻，主要材料是掺杂的BaTiO3半导体陶瓷。

2．负温度系数热敏电阻（NTC）

电阻值随温度升高而下降的热敏电阻，简称NTC热敏电阻，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（CTR）该类电阻的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、SiBa、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、NaClCTR

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)热敏电阻材料的物理特性常数。BN值决定于材料的激活能量∆E，具有BN=∆E／2k的函数关系，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，而是随温度升高略有增加。

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

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

热敏电阻的电阻一温度特性曲线上的拐点温度，主要指正温度系数和临界温度系数热敏电阻。

5.时间常数τ

热敏电阻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

9.额定功率PE

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。

UG——电阻器达到热平衡时的端电压。

13.功率灵敏度KG

热敏电阻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）

1234铂丝40601201600100101102103104105106RT/Ω温度T/ºC热敏电阻的电阻--温度特性曲线1-NTC；2-CTR；

3-4PTC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，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)热敏电阻的温度特性NTC的电阻—温度关系的一般数学表达式为：105104103102

0-101030507085100120T/ºC电阻/ΩNTC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。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。为了使用方便，常取环境温度为25℃为参考温度（即T0=25℃），则NTC热敏电阻的电阻—温度关系式：RT/R25——BN关系如下表。RT/RT0--T特性曲线2.502550751001250.511.5233.5(25ºC,1)RT/R25TRT／R25～BN系数表RT／R25BNR50／R2522002600280030003200340036003800400050000.5650.5000.4830.4580.4350.4130.3920.3720.3540.2733.1754.7205.3195.9936.7517.6098.65719.66010.8819.771.9632.2212.3622.5122.6712.8403.0203.2113.4144.6420.3470.2880.2590.2360.2140.1940.1760.1600.1460.0920.2270.1730.1490.1320.1150.1010.0880.0770.0670.0340.1130.0760.0620.0510.0420.0340.0280.0230.0190.007R0／R25R75／R25R-20／R25R150／R25R100／R252.正电阻温度系数（PTC）热敏电阻的电阻—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。10000100010010050100150200250R20=120ΩR20=36.5ΩR20=12.2ΩT/ºC电阻/ΩTp1Tp2Tc=175ºCPTC热敏电阻的电阻—温度曲线

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：

）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。lnRT~T

表示的PTC热敏电阻器电阻—温度曲线lnRr1lnRr2BPβmRBP=tgβ=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRrT若对上式微分，可得PTC热敏电阻的电阻温度系数αtp以lnRT、T分别作为纵坐标和横坐标，便得到下图。UmαβabcdU0I0ImU/VI/mANTC热敏电阻的静态伏安特性（二）热敏电阻的伏安特性（U—I）热敏电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）热敏电阻的伏安特性该曲线是在环境温度为T0时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：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。当热敏电阻温度超过环境温度时，引起电阻值增大，曲线开始弯曲。

104103102101105Um10110210310010-1ImPTC热敏电阻器的静态伏安特性2．正温度系数（PTC）热敏电阻的伏安特性

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）描述热敏电阻的电阻体与外加功率之间的关系，与电阻所处的环境温度、介质种类和状态等相关。（四）热敏电阻的动态特性热敏电阻的阻值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：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

（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，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)65432112D0.2~0.5A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IT1431123425Ir/mAU/VUR=IT0RUR=IT1RUR=IT2RUR=IT0R0UR=IT1R1UR=IT2R2IT0IT2自热电桥测量温线路3、

热敏电阻测温电桥

mAIrRURERrUT自热电桥及其等效电路En(a)(b)(c)R1EnRTR5R6R3(R1)+－+－U2UTRITEURRrAR1R2R4R3U’+

－（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)R1R2Rr温度补偿网络T0—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)1243RC5~15VAN6701输出(c)10kΩRC31245~15V

-+∞+100kΩ10kΩ100kΩAN6701(b)213输出4－5~－15VRC三、IC温度传感器的主要特性输出电压/V024681012－20020406080RC=100kΩRC=10kΩRC=1kΩ温度/ºCAN6701S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

4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲线-55℃+25℃+150℃218298423－550150273.2μAI/μATC/ºCAD590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＋273.23．AD590的非线性150－55△T/ºC0.3－0.30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/ºCAD590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。

DS1820123GNDI/OVDD(a)PR—35封装

DS1820的管脚排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封装NCNCNCNCVDDNC2、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64bitROM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