m温度传感器认识

项目一温度传感器及其仪表的安装与调试0认识传感器1.传感器的主要应用

随着新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

0认识传感器

传感器在汽车中的应用0认识传感器

传感器在自动线中的应用0认识传感器

传感器在军事中的应用0认识传感器

传感器在生活中的应用0认识传感器

2.什么是传感器

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。0认识传感器

3.传感器的组成

传感器的组成按其定义一般由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路三部分组成,有时还需外加辅助电源提供转换能量。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适合于传输或测量的电信号部分。由于传感器输出信号一般都很微弱，因此传感器输出的信号一般需要进行信号调理与转换、放大、运算与调制之后才能进行显示和参与控制。传感器的组成0认识传感器

4.传感器的分类

传感器从不同的角度有许多分类方法，对某一物理量的测量可以使用不同的传感器，而同一传感器也可以测量不同的多种物理量。目前一般采用两种分类方法：一种是按被测参数分类，如对温度、压力、位移、速度等的测量，相应的有温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器等；另一种是按传感器的工作原理分类，如按应变原理工作式、按电容原理工作式、按压电原理工作式、按磁电原理工作式、按光电效应原理工作式等，相应的有应变式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等。0认识传感器

5.传感器的发展趋势(1)智能化传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，就称之为传感器的智能化。借助于半导体集成化技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成智能传感器。可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现将取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，可以肯定地说，是传感器重要的方向之一。智能化传感器应用0认识传感器

(2)微型化：由于计算机技术的发展，辅助设计(CAD)技术和集成电路技术迅速发展，微机电系统（MEMS)技术应用于传感器技术，从而引发了传感器微型化。MEMS是“微机械电子系统”的英文缩写。微机电系统是采用微机械加工技术，将微型传感器、微型执行器、微型机构和相应的处理电路集成在一起的微型器件或微型系统。MEMS为“微米级”加工技术。1988年美国科学家研制成功第一台静电电动机，其转子直径120微米，厚1微米。在380V电压驱动下，最大转速每分钟500转。静电电动机0认识传感器

(3)无线网络化

随着通讯技术的发展，无线技术的广泛应用，无线技术也应用到传感器中。在航天技术中，我们通过卫星把传感器的采集数据发回地面，从而了解到太空中的所有情况。无线传感器网络是利用大量的微型传感器（结点），通过无线通信形成网络，用来感知现场的信息。结点中的微处理器对原始数据进行初步处理后，经网络层层转发，最终发送给基站，再由基站传送给用户，从而实现对现场的监控。无线传感器网络由成千上万个微型传感器组成，每个微型传感器称为网络的一个“结点”。1单元一认识温度传感器教学目标能力目标知识目标（1）能够识别不同类别的温度传感器（2）能够根据温度传感器的型号判断传感器的类别。熟悉各类温度的原理、检测电路，掌握不同温度传感器的应用教学重点难点重点难点温度传感器的识别及应用。温度传感器的工作原理及测量电路。

1单元一认识温度传感器

包括以下五部分内容：热电偶温度传感器热电阻温度传感器热敏电阻温度传感器集成式温度传感器非接触式温度传感器1单元一认识温度传感器—热电偶

1单元一认识温度传感器—热电偶

一、热电偶的基本原理热电效应1823年由塞贝克（Seebeck）发现

在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势，称为塞贝克电势。这两种导体组成的回路成为热电偶。这个物理现象称为热电效应。TAT0B1单元一认识温度传感器—热电偶

当热电偶两个电极的材料不同，且A、B固定后，热电势EAB(T,T0)便为两接点温度T和T0的函数，即当T0保持不变，则热电势EAB(T,T0)便为热电偶热端温度T的单值函数

热电势存在必须具备两个条件：（1）两种不同的金属材料组成热电偶，（2）它的两端存在温差。1单元一认识温度传感器—热电偶

二、热电偶种类及特点分度号材质特点K镍铬镍硅抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃，短期1200℃。在所有热电偶中使用最广泛E镍铬铜镍在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800℃J铁铜镍既可用于氧化性气氛（使用温度上限750℃），也可用于还原性气氛（使用温度上限950℃），并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工T纯铜铜镍在所有廉金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300℃以下的温度1单元一认识温度传感器—热电偶

分度号材质特点B铂铑30铂铑6在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用R铂铑13纯铂S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同S铂铑10纯铂抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃，短期1600℃。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶N镍铬硅镍硅1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶1单元一认识温度传感器—热电偶

热电偶主要特点1装配简单，更换方便2压簧式感温元件，抗震性能好3测量精度高4测量范围大5热响应时间快6机械强度高，耐压性能好7耐高温可达2800度8使用寿命长1单元一认识温度传感器—热电偶

三、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12341单元一认识温度传感器—热电偶

2、铠装式热电偶（又称套管式热电偶）

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。(a)(b)(c)(d)

132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。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1单元一认识温度传感器—热电偶

四、热电偶的基本定律（1）匀质导体定律由一种匀质导体所组成的闭合回路，不论导体的截面积如何及导体的各处温度分布如何，都不能产生热电势。热电偶必须采用两种不用材料的导体组成，热电偶的热电势仅与两接点的温度有关，而与沿热电极的温度分布无关。如果热电偶的热电极是非匀质导体，在不均匀温度场中测温时将造成测量误差。所以热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要技术指标之一。

根据这个定律，可以校验热电极的成分是否相同，也可以检测热电极材料的均匀性。

1单元一认识温度传感器—热电偶

（2）中间导体定律在热电偶回路中接入与另一种导体称中间导体C，只要中间导体的两端温度相同，热电偶回路总电动势不受中间导体接入的影响。

根据这个定律，我们可以方便地在回路中直接接入各种类型的仪表，也可以将热电偶的两端不焊接而直接插入液态金属中，或直接焊接在金属表面进行温度测量。1单元一认识温度传感器—热电偶

（3）标准电极定律如果两种导体分别与第三种导体组成的热电偶所产生的热电动势已知，则由这两种导体组成的热电偶所产生的热电动势也就已知，这个定律就称为标准电极定律。如图所示，导体A、B与标准电极C组成的热电偶，若它们产生的热电动势已知，那么导体A与B成的热电偶热电动势为：

1单元一认识温度传感器—热电偶

标准电极定律是极为实用的定律，使得标准电极的作用得以实现。可以想象，金属有成千上万，而合金类型更是繁多。因此要得出各种金属之间组合而成垫电偶的热电动势，其工作量太大。由于铂的物理、化学性质稳定，熔点高易提纯，所以通常选用高纯铂作为标准电极。当各种金属与纯铂组成的热电偶的热电动势已知，则各种金属之间相互组合而成的热电偶的热电动势就可计算出来。1单元一认识温度传感器—热电偶

（4）中间温度定律

热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和,个定律称为中间温度定律，即:

中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论基础。它表明热电偶的两极被两根导线延长，只要接入的两根导线组成的热电偶的热电特性与被延长的热电偶的热电特性相同，且它们之间连接的两点温度相同，则总回路的热电动势与连接温度无关，只与延长以后的热电偶两端的温度有关。另外，当冷端温度t0不为0℃可通过上式及分度表求得工作温度t。1单元一认识温度传感器—热电偶

例用（S型）热电偶测量某一温度，若参比端温度Tn=30℃，测得的热电势E(T,Tn)=7.5mV，求测量端实际温度T。查分度表有E（30，0）=0.173mV反查分度表有T=830℃，测量端实际温度为830℃1单元一认识温度传感器—热电偶

五、热电偶的测量电路原理如上图所示，热电偶产生的毫伏信号经放大电路后由VT端输出。它可作为A/D转换接口芯片的模拟量输入。1单元一认识温度传感器—热电偶

五、热电偶的冷端处理和补偿热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度恒定，通过测量热电势的大小得到热端的温度。当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为０℃。几种冷端处理方法：1.补偿导线法2.热电偶冷端温度恒温法3.计算修正法4.冷端补偿电桥法

1单元一认识温度传感器—热电偶

1.补偿导线法组成：补偿导线合金丝、绝缘层、屏蔽层和护套。热电偶补偿导线功能：（1）实现了冷端迁移；（2）是降低了电路成本。补偿导线又分为延长型和补偿型两种延长形：补偿导线合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同，用字母“Ｘ”附在热电偶分度号后表示，补偿型：其合金丝的名称化学成分与配用的热电偶不同，但其热电势值在100℃以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同，有字母“C”附在热电偶分度号后表示，1单元一认识温度传感器—热电偶

补偿导线的型号、线芯材质和绝缘层着色补偿导线型号配用热电偶补偿导线的线芯材料绝缘层着色正极负极SC或RC铂铑10（铂铑）-铂SPC（铜）SNC（铜镍）红绿KC镍铬-镍硅KPC（铜）KNC（铜镍）红蓝KX镍铬-镍硅KPX（铜镍）KNX（镍硅）红黑NX镍铬硅-镍硅NPS（铜镍）NNX（镍硅）红灰EX镍铬-铜镍EPX（镍铬）ENX（铜镍）红棕JX铁-铜镍JPX（铁）JNX（铜镍）红紫TX铜-铜镍TPX（铜）TNX（铜镍）红白1单元一认识温度传感器—热电偶

使用补偿导线时注意问题：（1）补偿导线只能用在规定的温度范围内（0~100℃）；（2）热电偶和补偿导线的两个接点处要保持温度相同；（3）不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；（4）补偿导线由正、负极需分别与热电偶正、负极相连；（5）补偿导线的作用是对热电偶冷端延长。1单元一认识温度传感器—热电偶

热电偶冷端温度恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。

将热电偶的冷端延长到装有冰水混合液的瓶中，基准结点与连接热电偶和计量仪器的导线接在一起，如图所示。由于冰水保持热平衡，因此，基准结点就保持在冰点（0℃），它消除了t0不等于0℃而引入的误差。1－被测流体管道；2－热电偶（测温结点）；3－接线盒；4－补偿导线；5－铜导线；6－毫伏表；7－冰瓶；8－冰水混合物；9－试管；10－新冷端（基准结点）1单元一认识温度传感器—热电偶

3.计算修正法在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0ºC，而是环境温度，这时测量出的回路热电势要小，因此必须加上环境温度与冰点之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。可用室温计测出环境温度T1，从分度表中查出的E(T1,0)值，然后加上热电偶回路热电势E(T,T1)，得到E(T,0)值，反查分度表即可得到准确的被测温度值。1单元一认识温度传感器—热电偶

4.冷端补偿电桥法利用直流不平衡电桥产生的电势来补偿热电偶冷端温度变化而引起的热电势的变化值

1单元一认识温度传感器—热电偶

六、热电偶的应用WR-UC系列热电偶在超临界电站中的应用1单元一认识温度传感器—热电阻

1单元一认识温度传感器—热电阻

一、热电阻的工作原理

在金属中，载流子为自由电子，当温度升高时，虽然自由电子数目基本不变（当温度变化范围不是很大时），但每个自由电子的动能将增加，因而在一定的电场作用下，要使这些杂乱无章的电子作定向运动就会遇到更大的阻力，导致金属电阻值随温度的升高而增加。热电阻就要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。金属半导体温度电阻率电阻温度特性方程对于绝大多数金属导体，α并不是一个常数，而是温度的函数在一定的温度范围内，α可近似看作一个常数不同的金属导体，α保持常数所对应的温度范围不同1单元一认识温度传感器—热电阻

二、对感温元件材料的要求（1）材料的电阻温度系数要大（2）在测温范围内，材料的物理、化学性质稳定（3）在测温范围内，电阻温度系数保持为常数，便于实现温度表的线性刻度特性（4）具有较大的电阻率，以利于减少热电阻的体积，减小热惯性（5）良好的可加工性，特性复现性好，容易复制常用的材料有铂、铜、铁和镍1单元一认识温度传感器—热电阻

三、常用的热电阻铂热电阻主要作为标准电阻温度计，广泛应用于温度基准、标准的传递。铜热电阻测量精度要求不高且温度较低的场合，测量范围一般为―50～150℃。1单元一认识温度传感器—热电阻

铂热电阻2-铂热电阻3-银质引脚1-铆钉铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，其特性方程为当-200℃≤t≤0℃时：当0℃≤t≤960℃时：

—温度为t℃时铂热电阻的阻值，单位为Ω；—温度为0℃时铂热电阻的阻值，单位为Ω；A、B、C——温度系数，它们的数值分别为测温范围：-200℃~+850℃1单元一认识温度传感器—热电阻

铂材料的优点

物理、化学性能极为稳定尤其是耐氧化能力很强，并且在很宽的温度范围内（1200℃以下）均可保持上述特性；易于提纯，复制性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔；电阻率较高。铂材料的缺点

缺点是：电阻温度系数较小；在还原介质中工作时易被沾污变脆；价格较高。1单元一认识温度传感器—热电阻

1-线圈骨架2-保护层3-铜电阻丝

4-扎线5-补偿绕组6-铜质引脚铜热电阻在-50～+150℃的温度有如下特点阻值与温度的关系几乎呈线性关系，即可近似表示为—电阻温度系数，电阻温度系数比铂高，而电阻率则比铂低。1单元一认识温度传感器—热电阻

优点：容易提纯，加工性能好，可拉成细丝，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。鉴于上述特点，在介质温度不高、腐蚀性不强、测温元件体积不受限制的条件大都采用铜热电阻1单元一认识温度传感器—热电阻

四、热电阻的结构普通工业用热电阻式温度传感器1单元一认识温度传感器—热电阻

五、热电阻测量电路热电阻测量电路分三线制和四线制两种方式。三线制接线法构成如图所示测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。目前三线制在工业检测中应用最广。而且，在测温范围窄或导线长，导线途中温度易发生变化的场合必须考虑采用三线制热电阻。三线制接线法可很好的消除引线电阻，提高热电阻的精度。G——检流计，R1，R2，R3——固定电阻，Ra——零位调节电阻，Rt——热电阻1单元一认识温度传感器—热电阻

如图所示，在热电阻感温元件的两端各连两根引线，此种引线形式称为四线制热电阻。在高精度测量时，要采用四线制测温电桥。此种引线方式不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，可消除该电阻的影响。四线制测量方式不受连接导线的电阻的影响。1单元一认识温度传感器—热电阻

六、热电阻的应用防腐热电阻在石油化工中的使用：

防腐热电阻适用于石油化工各种腐蚀性介质中测温，是氯碱行业的专用测温仪表。采用新型防腐材料，外包覆聚四氯乙烯F46；

热电阻的典型用途是在工业生产过程中测量-200℃~900℃的液体、气体和物体表面的温度。以及测量发电机电枢绕组和激磁绕组、管子、联箱等位置狭小场合的点温度；测量室内、空间、容器和工业生产装置中的平均温度，测量表面温度。1单元一认识温度传感器—热敏电阻

1单元一认识温度传感器—热敏电阻

一、热敏电阻工作原理

热敏电阻是一种新型的半导体测温元件。半导体中参加导电的是载流子，由于半导体中载流子的数目远比金属中的自由电子数目少得多，所以它的电阻率大。随温度的升高，半导体中更多的价电子受热激发跃迁到较高能级而产生新的电子—空穴对，因而参加到电的载流子数目增加了，半导体的电阻率也就降低了（电导率增加）。因为载流子数目随温度上升按指数规律增加，所以半导体的电阻率也就随温度上升按指数规律下降。热敏电阻正是利用半导体这种载流子数随温度变化而变化的特性制成的一种温度敏感元件。

热敏电阻正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。1单元一认识温度传感器—热敏电阻

二、热敏电阻材料特性大部分半导体热敏电阻中的各种氧化物是按一定比例混合的。金属氧化物：钴Co、锰Mn、镍Ni等的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。目前热敏电阻使用的上限温度约为300℃。

热敏电阻材料按温度特性可分为正温度系数（PTC）热敏电阻、负温度系数（NTC）热敏电阻和临界温度系数（CTR）热敏电阻三类。它们随温度的变化关系曲线如图右图所示。1单元一认识温度传感器—热敏电阻

PTC正温度系数热敏电阻器电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称PTC热敏阻器。主要材料是掺杂的BaTiO3半导体陶瓷温度—电阻特性呈非线性，它在电子线路中多起限流、保护作用。当流过PTC的电流超过一定限度或PTC个感受到的温度超过一定限度时，其电阻值突然增大。用途：无触点的电路及元器件保护自动限制过电流故障排除后自动恢复工作时无噪音无火花工作可靠、使用方便1单元一认识温度传感器—热敏电阻

NTC负温度系数热敏电阻器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。材料主要是一些过渡金属氧化物半导体陶瓷。具有半导体性质，有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的自动控制电路中，如冰箱、空调等特点：体积小，功率大，抑制浪涌电流能力强反应速度快·材料常数（B值）大，残余电阻小寿命长，可靠性高系列全，工作范围宽1单元一认识温度传感器—热敏电阻

CTR突变型负温度系数热敏电阻器电阻值随温度升高而增大的电阻器，简称CTR热敏阻器。主要材料是VO2并添加一些金属氧化物。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。主要用于温度开关类的控制1单元一认识温度传感器—热敏电阻

三、热敏电阻主要特点1、灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度变化；2、工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃（目前最高可达到2000℃），低温器件适用于-273℃～55℃；3、体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；4、使用方便，电阻值可在0.1～100kΩ间任意选择；5、易加工成复杂的形状，可大批量生产；6、稳定性好、过载能力强。1单元一认识温度传感器—热敏电阻

四、热敏电阻的结构

热敏电阻是由一些金属氧化物的粉末按一定比例混合烧结而成的半导体。通过不同的材质组合，能得到热敏电阻不同的电阻值及不同的温度特性。热敏电阻主要由热敏探头、引线、壳体等构成热敏电阻器的结构及符号1单元一认识温度传感器—热敏电阻

热敏电阻一般做成二端器件，但也有做成三端或四端器件的。二端和三端器件为直热式，即热敏电阻直接由连接的电路中获得功率。四端器件则为旁热式。

根据不同的使用要求，可以把热敏电阻做成不同的形状和结构。常用热敏电阻的外形如图所示常用的热敏电阻的外形（a）玻璃罩式

（b）垫圈式

（c）圆片式

（d）棒状

（e）片式1单元一认识温度传感器—热敏电阻

四、热敏电阻的应用

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。例如有自恢复保险丝

热敏电阻应用广泛，常用于家用空调、汽车空调、冰箱、冷柜、热水器、饮水机、暖风机、洗碗机、消毒柜、洗衣机、烘干机以及中低温干燥箱、恒温箱等场合的温度测量与控制的场合。广泛应用于空调、暖气、电子体温计等1单元一认识温度传感器—热敏电阻

应用一：电脑在使用过程中，当CPU工作繁忙的时候，CPU温度往往升高，若不加处理，会造成CPU的烧毁，在CPU插槽中，用热敏电阻测温，然后通过相关电路进行处理，1单元一认识温度传感器—热敏电阻

应用二：对于启动时需要较大功率，运动时功率又较小的这类单相电动机（冰箱压缩机、空调机等），往往采用启动后将启动绕组通过离心开关将其断开。如采用PTC热敏电阻作为启动线圈自动通断的无触点开关时，则效果更好，寿命更长。1单元一认识温度传感器—集成式

一、集成温度传感器的基本性能

集成温度传感器也称为温度传感器集成电路（温度IC），它是利用晶体管PN结的电流与电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们装封在同一壳体里的一种一体化温度检测元件。

集成温度传感器使传感器和集成电路融为一体，提高了传感器的性能，实现了传感器的智能化、微型化、多功能化，提高了检测灵敏度，是实现大规模生产的重要保证。在使用集成温度传感器时，只需要很少的外围元器件，即可制成温度检测仪表。集成温度传感器具有体积小、测温精度高、稳定性好、重复性好、线性优良、抗干扰能力强等优点，有些集成温度传感器还具有温度控制功能，因此集成温度传感器在很多温度测控领域应用十分广泛。1单元一认识温度传感器—集成式

二、集成温度传感器的分类

集成温度传感器按信号输出形式分为：模拟输出和数字输出两种类型，其中模拟型又包括电流输出型、电压输出型，数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。典型的电流型集成电路温度传感器为AD590，LM134等；典型的电压型集成电路温度传感器有μPC616A／C，LM135，AN670l等；典型的数字输出型传感器有DS1B820，ETC-800等。

目前国内外应用最普遍的集成温度传感器是：AD590、AD592、TMP17、LM135等，是上世纪80年代问世的，可以完成温度测量及模拟信号输出的专用IC；模拟集成温控模块，LM56、AD22105等，是可编程的温控开关模块；智能温度传感器、温控器将A/D转换电路，ROM存储器集成在一个芯片上，自90年代问世以来，被广泛应用于自动控制系统。1单元一认识温度传感器—集成式

三、电流输出型温度传感器AD590AD590是美国模拟器件公司生产的单片电流型两端集成温度传感器，其表征为一个输出电流与温度成比例的电流源。AD590共有I、J、K、L、M五档，在出厂前已经校准，其中M档精度最高,I档最低，在测温范围内的非线性误差M档小于±0.3℃,I档小于±10℃，I档在应用时需校正。1单元一认识温度传感器—集成式

(1)AD590的外形和符号AD590采用金属壳3脚封装。其中，1脚为电源正端V+，2脚为电流输出端V-，3脚为管壳，一般不用。其外观和符号如图所示。AD590外观与符号1单元一认识温度传感器—集成式

(2)AD590的主要特征线性电流输出：流过器件电流的微安数等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数。即1μA/K；测温范围宽：-55℃～+150℃；二端器件：电压输入，电流输出；精度高：±0.5℃（AD590M）；线性度好：在整个测温范围内非线性误差小于±0.3（AD590M）；工作电压范围宽：4～30V。电源由5V变到10V时，最大只有lμA的电流变化，相当于1℃的等效误差。可以承受44V的正向电压和20V的反向电压，因而不规则的电源变化或管脚反接也不会损坏器件；功耗低：1.5mW／+5V／+25℃；输出阻抗高：710MΩ。长线上的电阻对器件工作影响不大，用绝缘良好的双绞线连接，可以使器件在距电源25m处正常工作。高输出阻抗又能极好地消除电源电压漂移和纹波的影响；

器件本身与外壳绝缘。由上述特性可知AD590具有：单电源工作、精度高、抗干扰能力强，特别适于进行运动测量。1单元一认识温度传感器—集成式

四、电压输出型集成温度传感器——LM35/45LM35/45是电压型集成温度传感器，其输出电压Uout与摄氏温度成正比，无需外部校正，测温范围为-55℃~+155℃，精确度可达0.5℃。LM35是由国半公司所生产的温度传感器，其输出电压与摄氏温标呈线性关系，转换公式如式，0时输出为0V，每升高1℃，输出电压增加10mV。LM35有多种不同封装型式。在常温下，LM35不需要额外的校准处理即可达到±1/4℃的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，其接脚如图所示，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；两种接法的静止电流-温度关系如图所示，在静止温度中自热效应低(0.08℃)，单电源模式在25℃下静止电流约50μA，工作电压较宽，可在4—20V的供电电压范围内正常工作非常省电。1单元一认识温度传感器—集成式

LM35/45的外形及引脚图1单元一认识温度传感器—集成式

LM35/45构成的摄氏温度测量电路1单元一认识温度传感器—集成式

LM35/45构成的测温传感器1单元一认识温度传感器—集成式

五、DS1820数字温度传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,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DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。1单元一认识温度传感器—集成式

(1)DS1820的主要特性①适应电压范围3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；②独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时，仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；③DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温；④S18B20在使用中，不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；⑤测温范围－55℃～＋125℃，在－10℃～+85℃时精度为±0.5℃；⑥可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；⑦在9位分辨率时，最多在93.75ms内把温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；⑧测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线“串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；⑨负压特性，电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作。1单元一认识温度传感器—集成式

(2)DS1820引脚及功能

GND：地；

VDD：电源电压DQ：数据输入／输出脚(单线接口，可作寄生供电)1单元一认识温度传感器—集成式

(3)DS18B20使用中注意事项①较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS1820与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对DS1820进行读写编程时，必须严格地保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用VC等高级语言进行系统程序设计时，对DS1820操作部分仍要采用汇编语言实现。②连接DS1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误；当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m；当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离进一步加长，这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用DS1820进行长距离测温系统设计时，要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。③在DS1820测温程序设计中，向DS1820发出温度转换命令后，程序总要等待DS1820的返回信号，一旦某个DS1820接触不好或断线，当程序读该DS1820时，将没有返回信号，程序将进入死循环，这一点在进行DS1820硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。1单元一认识温度传感器—非接触式

非接触式温度传感器在高温测量中应用最广泛，主要应用行业为冶金、铸造、热处理以及玻璃、陶瓷和耐火材料等工业生产过程中。任何物体处于绝对零度以上时，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体，而不必与物体接触，因此可以测量运动物体的温度并不会破坏物体的温度场。此外，由于感温元件只接收辐射能，不必达到被测物体的实际温度，从理论上讲，它没有上限，可以测量高温。非接触测温仪表分类：光学高温计、辐射式温度计1单元一认识温度传感器—非接触式

一、辐射换热

辐射换热是三种基本的热交换形式之一 波长范围：10-3m～10-8m在低温时，物体辐射能量很小，主要发射的是红外线。随着温度的升高，辐射能量急剧增加，辐射光谱也向短的方向移动，在5000C左右时。辐射光谱包括了部分可见光；到8000C时可见光大大增加，即呈现“红热”；如果到30000C时，辐射光谱包括更多的短波成分，使得物体呈现“白热”。辐射测温的基本原理：观察灼热物体表面的“颜色”来大致判断物体的温度，这就是辐射测温的基本原理。1单元一认识温度传感器—非接触式

物体分类：黑体（绝对黑体）：照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。透明体：照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。镜体、白体：照射到物体上的辐射能全部反射出去。若物体表现平整光滑，反射具有一定规律，则该物体称之为“镜体”；若反射无一定规律，则该物体称为“绝对白体”或者简称为“白体”。1单元一