傳感器原理及應(yīng)用-第7章1

第七章熱電式傳感器

通過(guò)本章的學(xué)習(xí)了解溫度傳感器的作用、地位、分類(lèi)和發(fā)展趨勢(shì)；掌握熱電偶三定律及相關(guān)計(jì)算；掌握熱敏電阻不同類(lèi)型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；掌握集成溫度傳感器使用方法；了解其他溫度傳感器工作原理。第一節(jié)概論

溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制的重要器件。在種類(lèi)繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。溫度是與人類(lèi)生活息息相關(guān)的物理量。在2000多年前，就開(kāi)始為檢測(cè)溫度進(jìn)行了各種努力，并開(kāi)始使用溫度傳感器檢測(cè)溫度。人類(lèi)社會(huì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等部門(mén)都與溫度有著密切的關(guān)系。工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化流程，溫度測(cè)量點(diǎn)要占全部測(cè)量點(diǎn)的一半左右。溫度是反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。因此，人類(lèi)離不開(kāi)溫度，當(dāng)然也離不開(kāi)溫度傳感器。

一、溫度的基本概念熱平衡：是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學(xué)：反映了物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。能量：是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。溫標(biāo)：表示溫度大小的標(biāo)尺。熱力學(xué)溫標(biāo)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)華氏溫標(biāo)如果在式中再規(guī)定一個(gè)條件,就可以通過(guò)卡諾循環(huán)中的傳熱量來(lái)完全地確定溫標(biāo)。1954年，國(guó)際計(jì)量會(huì)議選定水的三相點(diǎn)為273.16，并以它的1/273.16定為一度，這樣熱力學(xué)溫標(biāo)就完全確定了，即T=273.16(Q1/Q2)。1848年威廉·湯姆首先提出以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，建立溫度僅與熱量有關(guān)，而與物質(zhì)無(wú)關(guān)的熱力學(xué)溫標(biāo)。因是開(kāi)爾文總結(jié)出來(lái)的，故又稱(chēng)開(kāi)爾文溫標(biāo)，用符號(hào)K表示。它是國(guó)際基本單位制之一。根據(jù)熱力學(xué)中的卡諾定理，如果在溫度T1的熱源與溫度為T(mén)2的冷源之間實(shí)現(xiàn)了卡諾循環(huán)，則存在下列關(guān)系式1．熱力學(xué)溫標(biāo)Q1——熱源給予熱機(jī)的傳熱量

Q2——熱機(jī)傳給冷源的傳熱量為解決國(guó)際上溫度標(biāo)準(zhǔn)的同意及實(shí)用問(wèn)題，國(guó)際上協(xié)商決定，建立一種既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫度（即能保證一定的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的溫標(biāo)，即國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)InternationalPracticalTemperatureScaleof1968(簡(jiǎn)稱(chēng)IPTS-68)，又稱(chēng)國(guó)際溫標(biāo)。2．國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)注意：攝氏溫度的分度值與開(kāi)氏溫度分度值相同，即溫度間隔1K=1℃。T0是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融化溫度，T0=273.15K。水的三相點(diǎn)溫度比冰點(diǎn)高出0.01K。1968年國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)規(guī)定熱力學(xué)溫度是基本溫度，用t表示，其單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K。1K定義為水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16，水的三相點(diǎn)是指純水在固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)三項(xiàng)平衡時(shí)的溫度，熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定三相點(diǎn)溫度為273.16K，這是建立溫標(biāo)的惟一基準(zhǔn)點(diǎn)。氫氧三相點(diǎn)沸點(diǎn)54.36190.188-218.798-182.962水三相點(diǎn)沸點(diǎn)273.16373.150.01100.0鋅凝固點(diǎn)692.73419.58銀凝固點(diǎn)1235.08961.93金凝固點(diǎn)1337.581064.43物質(zhì)三相點(diǎn)平衡狀態(tài)溫度T68/KT68/℃13.817.04220.827.102-259.31-256.108-252.87-246.048沸點(diǎn)25/76atm沸點(diǎn)沸點(diǎn)國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)（IPTS-68）的固定點(diǎn)四個(gè)溫度段：規(guī)定各溫度段所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器①低溫鉑電阻溫度計(jì)（13.81K—273.15K）；②鉑電阻溫度計(jì)（273.15K—903.89K）；③鉑銠-鉑熱電偶溫度計(jì)（903.89K—1337.58K）；④光測(cè)溫度計(jì)（1337.58K以上）。國(guó)際實(shí)用開(kāi)爾文溫度與國(guó)際實(shí)用攝氏溫度分別用符號(hào)T68和t68來(lái)區(qū)別（一般簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)與t）。3．?dāng)z氏溫標(biāo)是工程上最通用的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(即101325Pa)下將水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)中間劃分一百個(gè)等份，每一等份稱(chēng)為攝氏一度(攝氏度，℃)，一般用小寫(xiě)字母t表示。與熱力學(xué)溫標(biāo)單位開(kāi)爾文并用。攝氏溫標(biāo)與國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)溫度之間的關(guān)系如下：4．華氏溫標(biāo)目前已用得較少，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為32華氏度，水的沸點(diǎn)為212華氏度，中間等分為180份，每一等份稱(chēng)為華氏一度，符號(hào)用℉，它和攝氏溫度的關(guān)系如下：T=t+273.15

Kt=T-273.15

℃m=1.8n+32℉n=5/9(m-32)℃二、溫度傳感器的特點(diǎn)與分類(lèi)

隨物體的熱膨脹相對(duì)變化而引起的體積變化；蒸氣壓的溫度變化；電極的溫度變化熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；光電效應(yīng)熱電效應(yīng)介電常數(shù)、導(dǎo)磁率的溫度變化；物質(zhì)的變色、融解；強(qiáng)性振動(dòng)溫度變化；熱放射；熱噪聲。1

溫度傳感器的物理原理(11)特性與溫度之間的關(guān)系要適中，并容易檢測(cè)和處理，且隨溫度呈線性變化；除溫度以外，特性對(duì)其它物理量的靈敏度要低；特性隨時(shí)間變化要小；重復(fù)性好，沒(méi)有滯后和老化；靈敏度高，堅(jiān)固耐用，體積小，對(duì)檢測(cè)對(duì)象的影響要??；機(jī)械性能好，耐化學(xué)腐蝕，耐熱性能好；能大批量生產(chǎn)，價(jià)格便宜；無(wú)危險(xiǎn)性，無(wú)公害等。2.溫度傳感器應(yīng)滿足的條件3.溫度傳感器的種類(lèi)及特點(diǎn)

接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的特點(diǎn)：傳感器直接與被測(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，由于被測(cè)物體的熱量傳遞給傳感器，降低了被測(cè)物體溫度，特別是被測(cè)物體熱容量較小時(shí)，測(cè)量精度較低。因此采用這種方式要測(cè)得物體的真實(shí)溫度的前提條件是被測(cè)物體的熱容量要足夠大。非接觸式溫度傳感器主要是利用被測(cè)物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測(cè)量物體的溫度，可進(jìn)行遙測(cè)。其制造成本較高，測(cè)量精度卻較低。優(yōu)點(diǎn)是：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反應(yīng)快等。物理現(xiàn)象

體積熱膨脹

電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類(lèi)鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、感溫鐵氧體、石英晶體振動(dòng)器、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅分類(lèi)特征傳感器名稱(chēng)超高溫用傳感器1500℃以上光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器高溫用傳感器1000～1500℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中高溫用傳感器500～1000℃光學(xué)高溫計(jì)、輻射傳感器、熱電偶中溫用傳感器0～500℃低溫用傳感器-250～0℃極低溫用傳感器-270～-250℃BaSrTiO3陶瓷晶體管、熱敏電阻、壓力式玻璃溫度計(jì)見(jiàn)表下內(nèi)容

測(cè)溫范圍溫度傳感器分類(lèi)(1)分類(lèi)特征傳感器名稱(chēng)測(cè)溫范圍寬、輸出小測(cè)溫電阻器、晶體管、熱電偶半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅、石英晶體振動(dòng)器、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)線性型測(cè)溫范圍窄、輸出大熱敏電阻指數(shù)型函數(shù)開(kāi)關(guān)型特性特定溫度、輸出大感溫鐵氧體、雙金屬溫度計(jì)

測(cè)溫特性溫度傳感器分類(lèi)(2)分類(lèi)特征傳感器名稱(chēng)測(cè)定精度±0.1～±0.5℃鉑測(cè)溫電阻、石英晶體振動(dòng)器、玻璃制溫度計(jì)、氣體溫度計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)用測(cè)定精度±0.5～±5℃熱電偶、測(cè)溫電阻器、熱敏電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、玻璃制溫度計(jì)、輻射傳感器、晶體管、二極管、半導(dǎo)體集成電路傳感器、可控硅絕對(duì)值測(cè)定用管理溫度測(cè)定用相對(duì)值±1～±5℃

測(cè)定精度溫度傳感器分類(lèi)(3)

此外，還有微波測(cè)溫溫度傳感器、噪聲測(cè)溫溫度傳感器、溫度圖測(cè)溫溫度傳感器、熱流計(jì)、射流測(cè)溫計(jì)、核磁共振測(cè)溫計(jì)、穆斯保爾效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、約瑟夫遜效應(yīng)測(cè)溫計(jì)、低溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)換測(cè)溫計(jì)、光纖溫度傳感器等。這些溫度傳感器有的已獲得應(yīng)用，有的尚在研制中。公元1600年，伽里略研制出氣體溫度計(jì)。一百年后，研制成酒精溫度計(jì)和水銀溫度計(jì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展的需要，相繼研制出金屬絲電阻、溫差電動(dòng)式元件、雙金屬式溫度傳感器。1950年以后，相繼研制成半導(dǎo)體熱敏電阻器。最近，隨著原材料、加工技術(shù)的飛速發(fā)展、又陸續(xù)研制出各種類(lèi)型的溫度傳感器。三、溫度傳感器的發(fā)展概況接觸式溫度傳感器非接觸式溫度傳感器1．常用熱電阻

范圍：-260～＋850℃；精度：0.001℃。改進(jìn)后可連續(xù)工作2000h，失效率小于1％，使用期為10年。2．管纜熱電阻

測(cè)溫范圍為-20～＋500℃，最高上限為1000℃，精度為0.5級(jí)。（－）接觸式溫度傳感器3．陶瓷熱電阻測(cè)量范圍為–200～+500℃，精度為0.3、0.15級(jí)。4．超低溫?zé)犭娮鑳煞N碳電阻，可分別測(cè)量–268.8～253℃-272.9～272.99℃的溫度。5．熱敏電阻器適于在高靈敏度的微小溫度測(cè)量場(chǎng)合使用。經(jīng)濟(jì)性好、價(jià)格便宜。l．輻射高溫計(jì)用來(lái)測(cè)量1000℃以上高溫。分四種：光學(xué)高溫計(jì)、比色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。2．光譜高溫計(jì)前蘇聯(lián)研制的YCI—I型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì),其測(cè)量范圍為400～6000℃,它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

（二）非接觸式溫度傳感器3．超聲波溫度傳感器特點(diǎn)是響應(yīng)快(約為10ms左右)，方向性強(qiáng)。目前國(guó)外有可測(cè)到5000℉的產(chǎn)品。4．激光溫度傳感器適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。如NBS公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度，精度為1％。美國(guó)麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫度計(jì)，最高溫度可達(dá)8000℃，專(zhuān)門(mén)用于核聚變研究。瑞士BrowaBorer研究中心用激光溫度傳感器可測(cè)幾千開(kāi)(K)的高溫。

1．超高溫與超低溫傳感器，如+3000℃以上和-250℃以下的溫度傳感器。

2．提高溫度傳感器的精度和可靠性。

3．研制家用電器、汽車(chē)及農(nóng)畜業(yè)所需要的價(jià)廉的溫度傳感器。

4．發(fā)展新型產(chǎn)品，擴(kuò)展和完善管纜熱電偶與熱敏電阻；發(fā)展薄膜熱電偶；研究節(jié)省鎳材和貴金屬以及厚膜鉑的熱電阻；研制系列晶體管測(cè)溫元件、快速高靈敏CA型熱電偶以及各類(lèi)非接觸式溫度傳感器。

5．發(fā)展適應(yīng)特殊測(cè)溫要求的溫度傳感器。

6．發(fā)展數(shù)字化、集成化和自動(dòng)化的溫度傳感器。

（三）溫度傳感器的主要發(fā)展方向

熱電偶是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一。它除具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)外，還能用來(lái)測(cè)量流體的溫度、測(cè)量固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。第二節(jié)熱電偶溫度傳感器★熱電偶的工作原理★熱電偶回路的性質(zhì)★常用熱電偶與結(jié)構(gòu)★冷端處理及補(bǔ)償★熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組合成如圖所示閉合回路，若導(dǎo)體A和B的連接處溫度不同(設(shè)T＞T0)，則在此閉合回路中就有電流產(chǎn)生，也就是說(shuō)回路中有電動(dòng)勢(shì)存在，這種現(xiàn)象叫做熱電效應(yīng)，早在1821年首先由西拜克(See·back)發(fā)現(xiàn)，所以又稱(chēng)西拜克效應(yīng)。熱電偶原理圖TT0AB

一、熱電偶的工作原理回路中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫熱電勢(shì)。熱電勢(shì)由兩部分組成，即溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。熱端冷端1.接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)原理圖+ABTeAB(T)-eAB(T)——導(dǎo)體A、B結(jié)點(diǎn)在溫度T時(shí)形成的接觸電動(dòng)勢(shì)；e——單位電荷，e=1.6×10-19C；

K——波爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/K

；nA、nB

——導(dǎo)體A、B在溫度為T(mén)時(shí)的電子密度。接觸電勢(shì)的大小與溫度高低及導(dǎo)體中的電子密度有關(guān)。AeA(T,To)ToTeA(T，T0)——導(dǎo)體A兩端溫度為T(mén)、T0時(shí)形成的溫差電動(dòng)勢(shì)；T，T0——高低端的絕對(duì)溫度；

σA——湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1℃時(shí)所產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)，例如在0℃時(shí)，銅的σ=2μV/℃。2.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)原理圖由導(dǎo)體材料A、B組成的閉合回路，其接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、T0，如果T＞T0，則必存在著兩個(gè)接觸電勢(shì)和兩個(gè)溫差電勢(shì)，回路總電勢(shì)：T0TeAB(T)eAB(T0)eA(T,T0)eB(T,T0)AB3.回路總電勢(shì)nAT、nAT0——導(dǎo)體A在結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)和T0時(shí)的電子密度；nBT、nBT0——導(dǎo)體B在結(jié)點(diǎn)溫度為T(mén)和T0時(shí)的電子密度；σA

、σB——導(dǎo)體A和B的湯姆遜系數(shù)。在金屬導(dǎo)體中自由電子數(shù)很多，以致溫度不能顯著地改變它的自由電子濃度，所以，在同一種金屬導(dǎo)體內(nèi)，溫差電勢(shì)極小，可以忽略。因此，在一個(gè)熱電偶回路中起決定作用的，是兩個(gè)接點(diǎn)處的接觸電勢(shì)。故EAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=eAB(T)+eBA

(T0)熱電偶回路熱電勢(shì)只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)，與熱電偶的長(zhǎng)度、粗細(xì)無(wú)關(guān)。熱電偶分度表在冷端（參考端）溫度為0℃時(shí),通過(guò)計(jì)量標(biāo)定實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的熱電勢(shì)與工作端溫度之間的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系表。

測(cè)得熱電勢(shì)，查分度表得溫度值。EAB(T,T0)=eAB(T

)-eAB(T0)=f(T)-C=g(T)導(dǎo)體材料確定后，熱電勢(shì)的大小只與熱電偶兩端的溫度有關(guān)。如果使eAB(T0)=常數(shù)，則回路熱電勢(shì)就只與溫度T有關(guān)，而且是T的單值函數(shù)，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。②只有當(dāng)熱電偶兩端溫度不同時(shí)，由不同材料組成的熱電偶才能有熱電勢(shì)產(chǎn)生。①只有用不同性質(zhì)的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)才能組合成熱電偶；相同材料組合不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，因?yàn)楫?dāng)兩種導(dǎo)體是同一材料時(shí)，ln(nA/nB)=0，也即EAB(T，T0)=0。結(jié)論：

由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論其導(dǎo)體周?chē)欠翊嬖跍囟忍荻?，回路中也不?huì)產(chǎn)生電流(即不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì))；反之，如果有電流流動(dòng)，此材料則一定是非均質(zhì)的。二、熱電偶基本定律1.均質(zhì)導(dǎo)體定律三種不同導(dǎo)體組成的熱電偶回路TABCTT2.中間導(dǎo)體定律

一個(gè)由幾種不同導(dǎo)體材料連接成的閉合回路，只要它們彼此連接的接點(diǎn)溫度相同，則此回路熱電勢(shì)的代數(shù)和為零。如圖，由A、B、C三種材料組成的閉合回路，則C例T2T1AaBCEABaAT0ABEABT1T2T0(a)(b)T0T0第三種材料接入熱電偶回路將第三種材料C接入由A、B組成的熱電偶回路，圖a中的A、C接點(diǎn)與C、A的接點(diǎn)均處于相同溫度T0之中，此回路的總電勢(shì)不變。同理，圖b中C、A接點(diǎn)與C、B的接點(diǎn)同處于溫度T0之中，此回路的電勢(shì)也為：T1ET0T0TET0T1T電位計(jì)接入熱電偶回路

根據(jù)上述原理，可以在熱電偶回路中接入電位計(jì)E，只要保證電位計(jì)與熱電偶連接處的接點(diǎn)溫度相等，就不會(huì)影響回路中原來(lái)的熱電勢(shì)，接入的方式見(jiàn)下圖所示。

EAB（T,T0）=EAC（T,T0）+ECB（T,T0）T0TEBA(T,T0)BAT0TEAC(T,T0)ACT0TECB(T,T0)CB

如果任意兩種導(dǎo)體材料的熱電勢(shì)是已知的，它們的冷端和熱端的溫度又分別相等，如圖所示，它們相互間熱電勢(shì)的關(guān)系為：3.標(biāo)準(zhǔn)電極定律

4.連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律

在熱電偶回路中，若導(dǎo)體A、B分別與連接導(dǎo)線A′、B′相接，接點(diǎn)溫度分別為T(mén)、Tn、T0時(shí)，則回路總電勢(shì)為：

BB′A′

Tn

TT0

AAB

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖ABTTnTnA’B’T0T0E①為冷端溫度不是零度時(shí)，熱電偶如何查分度表的問(wèn)題提供了依據(jù)：只要T、T0不變，接入Aˊ、Bˊ后不管接點(diǎn)溫度Tn如何變化，都不影響總熱電勢(shì)。②為引入所謂補(bǔ)償導(dǎo)線提供了依據(jù)：熱電偶材料應(yīng)滿足：物理性能穩(wěn)定，熱電特性不隨時(shí)間改變；化學(xué)性能穩(wěn)定，以保證在不同介質(zhì)中測(cè)量時(shí)不被腐蝕；熱電勢(shì)高，導(dǎo)電率高，且電阻溫度系數(shù)小；便于制造；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)。三、常用熱電偶與結(jié)構(gòu)

1．鉑銠-鉑熱電偶分度號(hào)S工業(yè)用熱電偶絲：Φ0.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鉑銠合金絲，90％鉑和10％銠(重量比)冶煉。負(fù)極：鉑絲。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期：1300℃、短期：1600℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測(cè)量準(zhǔn)確度較高；可做成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶或基準(zhǔn)熱電偶。用途：實(shí)驗(yàn)室或校驗(yàn)其它熱電偶。測(cè)量溫度較高，一般用來(lái)測(cè)量1000℃以上高溫。在高溫還原性氣體中（如氣體中含CO、H2等）易被侵蝕，需要用保護(hù)套管。材料屬貴金屬，成本較高。熱電勢(shì)較小。（一）常用熱電偶

2．鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶分度號(hào)K工業(yè)用熱電偶絲：Φ1.2~2.5mm，實(shí)驗(yàn)室用可細(xì)些。正極：鎳鉻合金(用88.4～89.7％鎳、9～10％鉻，0.6％硅，0.3％錳，0.4～0.7％鈷冶煉而成)。負(fù)極：鎳硅合金(用95.7～97％鎳,2～3％硅,0.4～0.7％鈷冶煉而成)。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期1000℃，短期1300℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。高溫下抗氧化能力強(qiáng)，在還原性氣體和含有SO2，

H2S等氣體中易被侵蝕。復(fù)現(xiàn)性好，熱電勢(shì)大，線性好，但精度不高。

3．鎳鉻-考銅熱電偶分度號(hào)為E工業(yè)用熱電偶絲:Ф1.2～2mm，實(shí)驗(yàn)室用可更細(xì)些。正極：鎳鉻合金負(fù)極：考銅合金（用56％銅，44％鎳冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期600℃，短期800℃。特點(diǎn)：價(jià)格比較便宜，工業(yè)上廣泛應(yīng)用。在常用熱電偶中它產(chǎn)生的熱電勢(shì)最大。氣體硫化物對(duì)熱電偶有腐蝕作用?？笺~易氧化變質(zhì)，適于在還原性或中性介質(zhì)中使用。4．鉑銠30-鉑銠6熱電偶分度號(hào)為B正極：鉑銠合金（用70％鉑，30％銠冶煉而成）。負(fù)極：鉑銠合金（用94％鉑，6％銠冶煉而成）。測(cè)量溫度：長(zhǎng)期可到1600℃，短期可達(dá)1800℃。特點(diǎn)：材料性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。還原性氣體中易被侵蝕。低溫?zé)犭妱?shì)極小，冷端溫度在40℃以下可不加補(bǔ)償。價(jià)格高。幾種持殊用途的熱電偶（1）銥和銥合金熱電偶如銥50銠-銥10釕熱電偶，它能在氧化氣氛中測(cè)量高達(dá)2100℃的高溫。（2）鎢錸熱電偶是60年代發(fā)展起來(lái)的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕?，可使用在真空惰性氣體介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國(guó)產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。（3）金鐵-鎳鉻熱電偶

主要用在低溫測(cè)量，可在2～273K范圍內(nèi)使用，靈敏度約為10μV／℃。（4）鈀-鉑銥15熱電偶是一種高輸出性能的熱電偶，在1398℃時(shí)的熱電勢(shì)為47.255mV，比鉑-鉑銠10熱電偶在同樣溫度下的熱電勢(shì)高出3倍，因而可配用靈敏度較低的指示儀表，常應(yīng)用于航空工業(yè)。（6）銅-康銅熱電偶，分度號(hào)T

熱電偶的熱電勢(shì)略高于鎳鉻-鎳硅熱電偶，約為43μV/℃。復(fù)現(xiàn)性好，穩(wěn)定性好，精度高，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是銅易氧化，廣泛用于20K～473K的低溫實(shí)驗(yàn)室測(cè)量中。

（5）鐵-康銅熱電偶，分度號(hào)TK

靈敏度高，約為53μV/℃，線性度好，價(jià)格便宜，可在800℃以下的還原介質(zhì)中使用。主要缺點(diǎn)是鐵極易氧化，采用發(fā)藍(lán)處理后可提高抗銹蝕能力。

（二）常用熱電偶的結(jié)構(gòu)類(lèi)型

1．工業(yè)用熱電偶

下圖為典型工業(yè)用熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖。它由熱電偶絲、絕緣套管、保護(hù)套管以及接線盒等部分組成。實(shí)驗(yàn)室用時(shí)，也可不裝保護(hù)套管，以減小熱慣性。

工業(yè)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖1－接線盒；2－保險(xiǎn)套管3―絕緣套管4―熱電偶絲1234(a)(b)(c)(d)

1322．鎧裝式熱電偶（又稱(chēng)套管式熱電偶）優(yōu)點(diǎn)是小型化（直徑從12mm到0.25mm）、壽命、熱慣性小，使用方便。測(cè)溫范圍在1100℃以下的有：鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—考銅鎧裝式熱電偶。

斷面如圖所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。又由于它的熱端形狀不同，可分為四種型式如圖。圖3.2-12鎧裝式熱電偶斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1—

金屬套管;2—絕緣材料;3—熱電極

(a)—碰底型;(b)—不碰底型;(c)—露頭型;(d)—帽型3．快速反應(yīng)薄膜熱電偶用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)4123快速反應(yīng)薄膜熱電偶1—熱電極;2—熱接點(diǎn);3—絕緣基板;4—引出線因此，特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。目前我國(guó)試制的有鐵-鎳、鐵-康銅和銅-康銅三種，尺寸為60×6×0.2mm；絕緣基板用云母、陶瓷片、玻璃及酚醛塑料紙等；測(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。

4．快速消耗微型熱電偶

下圖為一種測(cè)量鋼水溫度的熱電偶。它是用直徑為Φ0.05～0.lmm的鉑銠10-鉑銠30熱電偶裝在U型石英管中，再鑄以高溫絕緣水泥，外面再用保護(hù)鋼帽所組成。這種熱電偶使用一次就焚化，但它的優(yōu)點(diǎn)是熱慣性小，只要注意它的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，測(cè)量精度可達(dá)土5～7℃。1423567891110快速消耗微型1—?jiǎng)偯保?—石英；3—紙環(huán)；4—絕熱泥；5—冷端；6—棉花；7—絕緣紙管；8—補(bǔ)償導(dǎo)線；9—套管；10—塑料插座；11—簧片與引出線方法

冰點(diǎn)槽法計(jì)算修正法補(bǔ)正系數(shù)法零點(diǎn)遷移法冷端補(bǔ)償器法軟件處理法四、冷端處理及補(bǔ)償原因熱電偶熱電勢(shì)的大小是冷、熱端溫度的函數(shù)，為保證輸出熱電勢(shì)是被測(cè)溫度的單值函數(shù)，必須使冷端溫度保持恒定；熱電偶分度表給出的熱電勢(shì)是以冷端溫度0℃為依據(jù)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。1.冰浴法把熱電偶的參比端置于冰水混合物容器里，使T0=0℃。這種辦法僅限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用。為了避免冰水導(dǎo)電引起兩個(gè)連接點(diǎn)短路，必須把連接點(diǎn)分別置于兩個(gè)玻璃試管里，浸入同一冰點(diǎn)槽，使相互絕緣。mVABA’B’TCC’儀表銅導(dǎo)線試管補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶冰點(diǎn)槽冰水溶液T02.計(jì)算修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度t0，利用公式計(jì)算注意:既不能只按1.999mV查表，認(rèn)為t=49℃，也不能把49℃加上21℃，認(rèn)為t=70℃。例用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度t，參比端在室溫環(huán)境t0中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(t，t0)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出t0=21℃，查此熱電偶的分度表可知，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，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度t=68℃。把參比端溫度t0乘上系數(shù)k，加到由EAB(t，t0)查分度表所得的溫度上，成為被測(cè)溫度t，即

k——為補(bǔ)正系數(shù)。t＝

t′+kt0′3.補(bǔ)正系數(shù)法例、用鉑銠10-鉑熱電偶測(cè)溫，已知冷端溫度t0=35℃，熱電動(dòng)勢(shì)為11.348mV。查S型熱電偶的分度表，得出與此相應(yīng)的溫度t′=1150℃。再?gòu)谋碇胁槌?，?duì)應(yīng)于1150℃的補(bǔ)正系數(shù)k=0.53。于是，被測(cè)溫度

t=1150+0.53×35=1168.3（℃）用這種辦法稍稍簡(jiǎn)單一些，比計(jì)算修正法誤差可能大一點(diǎn)，但誤差不大于0.14％。溫度T′/℃補(bǔ)正系數(shù)k鉑銠10-鉑(S)鎳鉻-鎳硅（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—熱電偶補(bǔ)正系數(shù)

例、用動(dòng)圈儀表配合熱電偶測(cè)溫時(shí)，如果把儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)到室溫t0的刻度上，在熱電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，指針指示的溫度值并不是0℃而是t0。而熱電偶的冷端溫度已是t0，則只有當(dāng)t=t0時(shí)，才能使EAB(t，t0)=0，這樣，指示值就和熱端的實(shí)際溫度一致了。這種辦法非常簡(jiǎn)便，只要冷端溫度總保持在t0不變，指示值就基本準(zhǔn)確。4.零點(diǎn)遷移法應(yīng)用領(lǐng)域：如果冷端不是0℃，但十分穩(wěn)定（如恒溫車(chē)間或有空調(diào)的場(chǎng)所）。實(shí)質(zhì)：在測(cè)量結(jié)果中人為地加一個(gè)恒定值，因?yàn)槔涠藴囟确€(wěn)定不變，電動(dòng)勢(shì)EAB(t0，0)是常數(shù)，利用指示儀表上調(diào)整零點(diǎn)的辦法，加大某個(gè)適當(dāng)?shù)闹刀鴮?shí)現(xiàn)補(bǔ)償。供電4V直流，在0～40℃或-20～20℃的范圍起補(bǔ)償作用。注意，不同材質(zhì)的熱電偶所配的冷端補(bǔ)償器，其中的限流電阻R不一樣，互換時(shí)必須重新調(diào)整。EAB(t,t0)5.冷端補(bǔ)償器法利用直流電橋的不平衡電壓補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起熱電勢(shì)的變化值。電橋由R1、R2、R3(錳銅絲繞制)、RCu(銅絲繞制)和供橋電源組成。設(shè)計(jì)時(shí)，在20℃下使電橋平衡(R1=R2=R3=RCu)，此時(shí)Uab=0，電橋?qū)x表讀數(shù)無(wú)影響。冷端補(bǔ)償器的作用注意：橋臂RCu必須和熱電偶的冷端靠近，使處于同一溫度之下。

mVT0T0TAB++-abUUabRCuR1R2R3R6.軟件處理法對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不必全靠硬件進(jìn)行熱電偶冷端處理。例如冷端溫度恒定但不為0℃的情況，只需在采樣后加一個(gè)與冷端溫度對(duì)應(yīng)的常數(shù)即可。對(duì)于t0經(jīng)常波動(dòng)的情況，可利用熱敏電阻或其它傳感器把t0信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，按照運(yùn)算公式設(shè)計(jì)一些程序，便能自動(dòng)修正。后一種情況必須考慮輸入的采樣通道中除了熱電動(dòng)勢(shì)之外還應(yīng)該有冷端溫度信號(hào)，如果多個(gè)熱電偶的冷端溫度不相同，還要分別采樣，若占用的通道數(shù)太多，宜利用補(bǔ)償導(dǎo)線把所有的冷端接到同一溫度處，只用一個(gè)冷端溫度傳感器和一個(gè)修正T0的輸入通道就可以了。冷端集中，對(duì)于提高多點(diǎn)巡檢的速度也很有利。1.熱電偶的選擇、安裝使用

熱電偶的選用應(yīng)該根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)、測(cè)溫時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)選擇熱電偶和保護(hù)套管。其安裝地點(diǎn)要有代表性，安裝方法要正確，圖示是安裝在管道上常用的兩種方法。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱電偶常與毫伏計(jì)連用（XCZ型動(dòng)圈式儀表）或與電子電位差計(jì)聯(lián)用，后者精度較高，且能自動(dòng)記錄。另外也可熱電偶安裝圖通過(guò)與溫度變送器經(jīng)放大后再接指示儀表，或作為控制用的信號(hào)。五、熱電偶的選擇、安裝使用和校驗(yàn)熱電偶分度號(hào)校驗(yàn)溫度/℃熱電偶允許偏差/℃溫度偏差溫度偏差LB–3600，800，1000，12000～600±2.4>600占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.4%EU–2400，600，800，1000～400±4>400占所測(cè)熱電勢(shì)的±0.75%EA–2300，400，6000～300±4>300占所測(cè)熱電勢(shì)的±1%2.熱電偶的定期校驗(yàn)

校驗(yàn)的方法是用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被校驗(yàn)熱電偶裝在同一校驗(yàn)爐中進(jìn)行對(duì)比，誤差超過(guò)規(guī)定允許值為不合格。圖為熱電偶校驗(yàn)裝置示意圖，最佳校驗(yàn)方法可由查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得。工業(yè)熱電偶的允許偏差，見(jiàn)下表。工業(yè)熱電偶允許偏差78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖

1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開(kāi)關(guān)；7-測(cè)試儀表；8-試管熱電偶典型測(cè)溫線路普通測(cè)溫線路；(b)帶有補(bǔ)償器的測(cè)溫線路；(c)具有溫度變送器的測(cè)溫線路；(d)具有一體化溫度變送器的測(cè)溫線路六、熱電偶測(cè)溫線路1.測(cè)量某一點(diǎn)的溫度

特殊情況下，熱電偶可以串聯(lián)或并聯(lián)使用，但只能是同一分度號(hào)的熱電偶，且冷端應(yīng)在同一溫度下。如熱電偶正向串聯(lián)，可獲得較大的熱電勢(shì)輸出和提高靈敏度；在測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫差時(shí)，可采用熱電偶反向串聯(lián)；利用熱電偶并聯(lián)可以測(cè)量平均溫度。2.測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間溫度差（反向串聯(lián)）特點(diǎn)：當(dāng)有一只熱電偶燒斷時(shí)，難以覺(jué)察出來(lái)。當(dāng)然，它也不會(huì)中斷整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的工作。優(yōu)點(diǎn)：熱電動(dòng)勢(shì)大，儀表的靈敏度大大增加，且避免了熱電偶并聯(lián)線路存在的缺點(diǎn)，可立即可以發(fā)現(xiàn)有斷路。缺點(diǎn)：只要有一支熱電偶斷路，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)將停止工作。3.測(cè)量平均溫度（并聯(lián)或正向串聯(lián)）熱電阻傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。熱電阻廣泛用來(lái)測(cè)量－200～850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測(cè)量至1K，高溫達(dá)1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，作為復(fù)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。

第三節(jié)熱電阻傳感器一、熱電阻的結(jié)構(gòu)

電阻絲采用雙線并繞法繞制在具有一定形狀的云母、石英或陶瓷支架上，支架起支撐和絕緣作用。熱電阻傳感器

由熱電阻、連接導(dǎo)線及顯示儀表組成二、熱電阻傳感器的組成對(duì)用于制造熱電阻材料的要求：電阻溫度系數(shù)和電阻率大，熱容量??；

R-t關(guān)系最好成線性；物理化學(xué)性能穩(wěn)定；復(fù)現(xiàn)性好等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。三、常用熱電阻

鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的使用溫度范圍為-200～850℃。鉑熱電阻的特性方程為：在-200～0℃的溫度范圍內(nèi)Rt=R0［1+At+Bt2+Ct3(t-100)］

（一）

鉑熱電阻在0～850℃的溫度范圍內(nèi)Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)在ITS—90中，這些常數(shù)規(guī)定為

A=3.96847×10-3/℃

B=-5.847×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃3

可見(jiàn)：熱電阻在溫度t時(shí)的電阻值與0℃時(shí)的電阻值R0有關(guān)。目前我國(guó)規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100，其中以Pt100為常用。鉑熱電阻不同分度號(hào)亦有相應(yīng)分度表，即Rt-t的關(guān)系表，這樣在實(shí)際測(cè)量中，只要測(cè)得熱電阻的阻值Rt，便可從分度表上查出對(duì)應(yīng)的溫度值。鉑電阻分度表

在一些測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，可采用銅熱電阻進(jìn)行測(cè)溫，它的測(cè)量范圍為-50～150℃。銅熱電阻在測(cè)量范圍內(nèi)其電阻值與溫度的關(guān)系幾乎是線性的，可近似地表示為（二）

銅熱電阻α=4.28899×10-3/℃

兩種分度號(hào)：

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

銅熱電阻的分度表分度號(hào)：Cu50

溫度/℃0102030405060708090電阻/Ω－050.0047.8545.7043.5541.4039.24050.0052.1445.2856.4258.5660.7062.8464.9867.1269.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13銅熱電阻的特點(diǎn)銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)較大、線性性好、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：電阻率較低，電阻體的體積較大，熱慣性較大，穩(wěn)定性較差，在100℃以上時(shí)容易氧化，因此只能用于低溫及沒(méi)有浸蝕性的介質(zhì)中。

用熱電阻傳感器進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，測(cè)量電路經(jīng)常采用電橋電路。熱電阻與檢測(cè)儀表相隔一段距離，因此熱電阻的引線對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響。熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制和四線制三種。二、熱電阻的測(cè)量電路內(nèi)部引線方式

這種引線方式簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，但是引線電阻以及引線電阻的變化會(huì)帶來(lái)附加誤差。兩線制適于引線不長(zhǎng)、測(cè)溫精度要求較低的場(chǎng)合。兩線制用于工業(yè)測(cè)量，一般精度

三線制實(shí)驗(yàn)室用，高精度測(cè)量

四線制由恒流源供給已知電流I流過(guò)熱電阻Rt，使其產(chǎn)生壓降，再用電位差計(jì)測(cè)出U，便可利用歐姆定律得第四節(jié)熱敏電阻溫度傳感器

在溫度傳感器中應(yīng)用最多的有熱電偶、熱電阻和熱敏電阻。熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場(chǎng)合下（-40～＋350℃）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。

熱敏電阻是利用某種半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度變化而變化的性質(zhì)制成的。主要講述熱敏電阻的特點(diǎn)、分類(lèi)、基本參數(shù)，主要特性和應(yīng)用等。（一）熱敏電阻的特點(diǎn)

1．電阻溫度系數(shù)的范圍寬有正、負(fù)溫度系數(shù)和在某一特定溫度區(qū)域內(nèi)阻值突變（即臨界溫度系數(shù)）的三種熱敏電阻元件。電阻溫度系數(shù)的絕對(duì)值比金屬大10～100倍左右。

2．材料加工容易、性能好

可根據(jù)使用要求加工成各種形狀，特別是能夠作到小型化。目前，最小的珠狀熱敏電阻其直徑僅為0.2mm。

一、熱敏電阻的特點(diǎn)與分類(lèi)

4．穩(wěn)定性好

商品化已有30多年歷史，加之近年在材料與工藝上不斷得到改進(jìn)，在0.01℃的小溫度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性可達(dá)0.0002℃的精度。優(yōu)于其它各種溫度傳感器。

5．原料資源豐富，價(jià)格低廉

燒結(jié)表面均已經(jīng)玻璃封裝。故可用于較惡劣環(huán)境條件；另外由于熱敏電阻材料的遷移率很小，故其性能受磁場(chǎng)影響很小，這是十分可貴的特點(diǎn)。

3．阻值在1～10M之間可供自由選擇

使用時(shí)，一般可不必考慮線路引線電阻的影響；由于其功耗小、故不需采取冷端溫度補(bǔ)償，所以適合于遠(yuǎn)距離測(cè)溫和控溫使用。

熱敏電阻的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也不相同。按熱敏電阻的阻值與溫度關(guān)系這一重要特性可分為：

1．正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC）

電阻值隨溫度升高而增大的電阻器，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC熱敏電阻，主要材料是摻雜的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷。

2．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）

電阻值隨溫度升高而下降的熱敏電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)NTC熱敏電阻，材料主要是一些過(guò)渡金屬氧化物半導(dǎo)體陶瓷。

3．突變型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（CTR）該類(lèi)電阻的阻值在某特定溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而降低3～4個(gè)數(shù)量級(jí)，即具有很大負(fù)溫度系數(shù)。其主要材料是VO2并添加一些金屬氧化物。（二）熱敏電阻的分類(lèi)

熱敏電阻材料的分類(lèi)（1）大分類(lèi)小分類(lèi)代表例子NTC單晶金剛石、Ge、Si金剛石熱敏電阻多晶遷移金屬氧化物復(fù)合燒結(jié)體

、無(wú)缺陷形金屬氧化燒結(jié)體多結(jié)晶單體

、固溶體形多結(jié)晶氧化物SiC系Mn、Co、Ni、Cu、Al氧化物燒結(jié)體、ZrY氧化物燒結(jié)體、還原性TiO3、Ge、SiBa、Co、Ni氧化物濺射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有機(jī)物芳香族化合物聚酰亞釉表面活性添加劑液體電解質(zhì)溶液熔融硫硒碲化合物水玻璃As、Se、Ge系熱敏電阻材料的分類(lèi)（2）PTC無(wú)機(jī)物BaTiO3系Zn、Ti、Ni氧化物系Si系、硫硒碲化合物（Ba、Sr、Pb）TiO3燒結(jié)體有機(jī)物石墨系有機(jī)物石墨、塑料石臘、聚乙烯、石墨液體三乙烯醇混合物三乙烯醇、水、NaClCTR

V、Ti氧化物系、Ag2S、（AgCu）、（ZnCdHg）BaTiO3單晶V、P、（Ba·Sr）氧化物Ag2S–CuS大分類(lèi)小分類(lèi)代表例子

1.標(biāo)稱(chēng)電阻R25（冷阻）標(biāo)稱(chēng)電阻值是熱敏電阻在25±0.2℃時(shí)的阻值。二、熱敏電阻的基本參數(shù)

2.材料常數(shù)BN

是表征負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻材料的物理特性常數(shù)。BN值決定于材料的激活能量?E，具有BN=?E／2k的函數(shù)關(guān)系，k為波爾茲曼常數(shù)。一般BN值越大，則電阻值越大，絕對(duì)靈敏度越高。在工作溫度范圍內(nèi)，BN值并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨溫度升高略有增加。

3.電阻溫度系數(shù)（%/℃）熱敏電阻的溫度變化1℃時(shí)電阻值的變化率。4.耗散系數(shù)H

溫度變化1℃所耗散的功率變化量。在工作范圍內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，H值隨之變化，其大小與熱敏電阻的結(jié)構(gòu)、形狀和所處介質(zhì)的種類(lèi)及狀態(tài)有關(guān)。

6.最高工作溫度Tmax

熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下長(zhǎng)期連續(xù)工作所允許的最高溫度：T0—環(huán)境溫度；PE—環(huán)境溫度為T(mén)0時(shí)的額定功率；H—耗散系數(shù)

7.最低工作溫度Tmin

熱敏電阻在規(guī)定的技術(shù)條件下能長(zhǎng)期連續(xù)工作的最低溫度。

8.轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度Tc

熱敏電阻的電阻一溫度特性曲線上的拐點(diǎn)溫度，主要指正溫度系數(shù)和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻。

5.時(shí)間常數(shù)τ

熱敏電阻在零功率測(cè)量狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度突變時(shí)電阻器的溫度變化量從開(kāi)始到最終變量的63.2％所需的時(shí)間。它與熱容量C和耗散系數(shù)H之間的關(guān)系

9.額定功率PE

在規(guī)定的條件下，長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)荷工作所允許的消耗功率。在此功率下，它自身溫度不應(yīng)超過(guò)Tmax。

10.測(cè)量功率P0

熱敏電阻在規(guī)定的環(huán)境溫度下,受到測(cè)量電流加熱而引起的電阻值變化不超過(guò)0.1％時(shí)所消耗的功率。

11.工作點(diǎn)電阻RG

在規(guī)定的溫度和正常氣候條件下，施加一定的功率后使電阻自熱而達(dá)到某一給定的電阻值。

12.工作點(diǎn)耗散功率PG

電阻值達(dá)到RG時(shí)所消耗的功率。

UG——電阻器達(dá)到熱平衡時(shí)的端電壓。

13.功率靈敏度KG

熱敏電阻在工作點(diǎn)附近消耗功率lmW時(shí)所引起電阻的變化，即：在工作范圍內(nèi)，KG隨環(huán)境溫度的變化略有改變。

14.穩(wěn)定性熱敏電阻在各種氣候、機(jī)械、電氣等使用環(huán)境中，保持原有特性的能力。它可用熱敏電阻的主要參數(shù)變化率來(lái)表示，最常用的是以電阻值的年變化率或?qū)?yīng)的溫度變化率來(lái)表示。KG＝R/P

15.熱電阻值RH

指旁熱式熱敏電阻在加熱器上通過(guò)給定的工作電流時(shí)，電阻器達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的電阻值。

16.加熱器電阻值Rr

指旁熱式熱敏電阻的加熱器，在規(guī)定環(huán)境溫度條件下的電阻值。

18.標(biāo)稱(chēng)工作電流I

指在環(huán)境溫度25℃時(shí)，旁熱式熱敏電阻的電阻值被穩(wěn)定在某一規(guī)定值時(shí)加熱器內(nèi)的電流。

19.標(biāo)稱(chēng)電壓

它是穩(wěn)壓熱敏電阻在規(guī)定溫度下標(biāo)稱(chēng)工作電流所對(duì)應(yīng)的電壓值。

20.元件尺寸指熱敏電阻的截面積A、電極間距離L和直徑d。

17.最大加熱電流Imax

指旁熱式熱敏電阻器上允許通過(guò)的最大電流。（一）熱敏電阻器的電阻——溫度特性（RT—T）

1234鉑絲40601201600100101102103104105106RT/Ω溫度T/oC熱敏電阻的電阻--溫度特性曲線1-NTC；2-CTR；

3-4PTC三、熱敏電阻器主要特性ρT—T與RT—T特性曲線一致。RT、RT0——溫度為T(mén)、T0時(shí)熱敏電阻器的電阻值；

BN——NTC熱敏電阻的材料常數(shù)。由測(cè)試表明，不管是由氧化物材料，還是由單晶體材料制成的NTC熱敏電阻，在不太寬的溫度范圍（小于450℃），都能利用該式，它僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。1負(fù)電阻溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻的溫度特性NTC的電阻—溫度關(guān)系的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：105104103102

0-101030507085100120T/oC電阻/ΩNTC熱敏電阻器的電阻--溫度曲線材料的不同或配方的比例和方法不同，則BN也不同。用lnRT–1/T表示負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻—溫度特性，在實(shí)際應(yīng)用中比較方便。如果以lnRT、1/T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，則上式是一條斜率為BN

，通過(guò)點(diǎn)(1/T，lnRT)的一條直線，如圖。為了使用方便，常取環(huán)境溫度為25℃為參考溫度（即T0=25℃），則NTC熱敏電阻的電阻—溫度關(guān)系式：RT/R25——BN關(guān)系如下表。RT/RT0--T特性曲線2.502550751001250.511.5233.5(25oC,1)RT/R25TRT／R25～BN系數(shù)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.正電阻溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的電阻—溫度特性其特性是利用正溫度熱敏材料，在居里點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)發(fā)生相變引起導(dǎo)電率突變來(lái)取得的。10000100010010050100150200250R20=120ΩR20=36.5ΩR20=12.2ΩT/oC電阻/ΩTp1Tp2Tc=175oCPTC熱敏電阻的電阻—溫度曲線

PTC熱敏電阻的工作溫度范圍較窄，在工作區(qū)兩端，電阻—溫度曲線上有兩個(gè)拐點(diǎn)：Tp1和Tp2。當(dāng)溫度低于Tp1時(shí)，溫度靈敏度低；當(dāng)溫度升高到Tp1后，電阻值隨溫度值劇烈增高（按指數(shù)規(guī)律迅速增大）；當(dāng)溫度升到Tp2時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻在工作溫度范圍內(nèi)存在溫度Tc，對(duì)應(yīng)有較大的溫度系數(shù)αtp

。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)：在工作溫度范圍內(nèi)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻—溫度特性可近似用下面的實(shí)驗(yàn)公式表示：式中RT、RT0——溫度分別為T(mén)、T0時(shí)的電阻值；

BP——正溫度系數(shù)熱敏電阻器的材料常數(shù)。若對(duì)上式取對(duì)數(shù)，則得：

）可見(jiàn)：正溫度系數(shù)熱敏電阻器的電阻溫度系數(shù)αtp

，正好等于它的材料常數(shù)BP的值。lnRT~T

表示的PTC熱敏電阻器電阻—溫度曲線lnRr1lnRr2BPβmRBP=tgβ=mR/mrT1T2lnRr0mrlnRrT若對(duì)上式微分，可得PTC熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)αtp以lnRT、T分別作為縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，便得到下圖。UmαβabcdU0I0ImU/VI/mANTC熱敏電阻的靜態(tài)伏安特性（二）熱敏電阻的伏安特性（U—I）熱敏電器伏安特性表示加在其兩端的電壓和通過(guò)的電流，在熱敏電阻器和周?chē)橘|(zhì)熱平衡（即加在元件上的電功率和耗散功率相等）時(shí)的互相關(guān)系。1.負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻的伏安特性該曲線是在環(huán)境溫度為T(mén)0時(shí)靜態(tài)介質(zhì)中測(cè)出的靜態(tài)U—I曲線。熱敏電阻的端電壓UT和通過(guò)它的電流I有如下關(guān)系：T0——環(huán)境溫度；△T——熱敏電阻的溫升。曲線見(jiàn)下圖，它與NTC熱敏電阻一樣，曲線的起始段為直線，其斜率與熱敏電阻器在環(huán)境溫度下的電阻值相等。這是因?yàn)榱鬟^(guò)電阻電流很小時(shí)，耗散功率引起的溫升可以忽略不計(jì)的緣故。當(dāng)熱敏電阻溫度超過(guò)環(huán)境溫度時(shí)，引起電阻值增大，曲線開(kāi)始彎曲。

104103102101105Um10110210310010-1ImPTC熱敏電阻器的靜態(tài)伏安特性2．正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻的伏安特性

當(dāng)電壓增至Um時(shí)，存在一個(gè)電流最大值Im；如電壓繼續(xù)增加，由于溫升引起電阻值增加速度超過(guò)電壓增加的速度，電流反而減小，即曲線斜率由正變負(fù)。

（三）功率-溫度特性（PT—T）描述熱敏電阻的電阻體與外加功率之間的關(guān)系，與電阻所處的環(huán)境溫度、介質(zhì)種類(lèi)和狀態(tài)等相關(guān)。（四）熱敏電阻的動(dòng)態(tài)特性熱敏電阻的阻值變化完全是由熱現(xiàn)象引起的。因此，它的變化必然有時(shí)間上的滯后現(xiàn)象。這種電阻值隨時(shí)間變化的特性，叫做熱敏電阻的動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性種類(lèi)：周?chē)鷾囟茸兓鸬募訜崽匦?；周?chē)鷾囟茸兓鸬睦鋮s特性；熱敏電阻器通電加熱所引起的自熱特性。

當(dāng)熱敏電阻器由溫度T0增加到TU時(shí)，其電阻值RTr隨時(shí)間t的變化規(guī)律為：

式中RTt——時(shí)間為t時(shí)，熱敏電阻的阻值；

T0——環(huán)境溫度；Tu

——介質(zhì)溫度(Tu>T0);

RTa——溫度Ta時(shí),熱敏電阻器的電阻值；

t——時(shí)間。當(dāng)熱敏電阻由溫度Tu冷卻T0時(shí)，其電阻值RTt與時(shí)間的關(guān)系為：伏安特性的位置在儀器儀表中的應(yīng)用

U

m

的左邊溫度計(jì)、溫度差計(jì)、溫度補(bǔ)償、微小溫度檢測(cè)、溫度報(bào)警、溫度繼電器、濕度計(jì)、分子量測(cè)定、水分計(jì)、熱計(jì)、紅外探測(cè)器、熱傳導(dǎo)測(cè)定、比熱測(cè)定U

m的附近液位測(cè)定、液位檢測(cè)U

m的右邊流速計(jì)、流量計(jì)、氣體分析儀、真空計(jì)、熱導(dǎo)分析旁熱型熱敏電阻器風(fēng)速計(jì)、液面計(jì)、真空計(jì)（一）檢測(cè)和電路用的熱敏電阻

（U

m—峰值電壓）

檢測(cè)用的熱敏電阻在儀表中的應(yīng)用

四、熱敏電阻器的應(yīng)用電路元件熱敏電阻在儀表中應(yīng)用分類(lèi)

在儀器儀表中的應(yīng)用U

m

的左邊偏置線圖的溫度補(bǔ)償、儀表溫度補(bǔ)償、熱電偶溫度補(bǔ)償、晶體管溫度補(bǔ)償U(kuò)

m的附近恒壓電路、延遲電路、保護(hù)電路U

m的右邊自動(dòng)增益控制電路、RC振蕩器、振幅穩(wěn)定電路

測(cè)溫用的熱敏電阻，其工作點(diǎn)的選取，由熱敏電阻的伏安特性決定。

伏安特性的位置(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)65432112D0.2~0.5A型B型(j)溫度檢測(cè)用的各種熱敏電阻器探頭

1—熱敏電阻；2—鉑絲；3—銀焊；4—釷鎂絲；5—絕緣柱；6—玻璃（二）

測(cè)溫用的熱敏電阻器

1、各種熱敏電阻傳感器結(jié)構(gòu)2、

測(cè)表面電阻用的熱敏電阻器安裝方法

圖為測(cè)表面溫度用的熱敏電阻器的各種安裝方式。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)油測(cè)量物體表面溫度時(shí)熱敏電阻器的安裝方式IT1431123425Ir/mAU/VUR=IT0RUR=IT1RUR=IT2RUR=IT0R0UR=IT1R1UR=IT2R2IT0IT2自熱電橋測(cè)量溫線路3、

熱敏電阻測(cè)溫電橋

mAIrRURERrUT自熱電橋及其等效電路En(a)(b)(c)R1EnRTR5R6R3(R1)+－+－U2UTRITEURRrAR1R2R4R3U’+

－（三）熱敏電阻作溫度補(bǔ)償用

由熱敏電阻器RT和與溫度無(wú)關(guān)的線性電阻器R1和R2串并聯(lián)組成，補(bǔ)償溫度范圍為T(mén)1～T2。對(duì)于晶體管低頻放大器和功率放大器電路的溫度補(bǔ)償，可用下列公式確定熱敏電阻器的型號(hào)：R(T)R1R2Rr溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)T0—25℃時(shí)的溫度αtn=-BN/T2設(shè)計(jì)原理：利用半導(dǎo)體PN結(jié)的電流電壓與溫度有關(guān)的特性。優(yōu)點(diǎn)：輸出線性好、測(cè)量精度高,傳感驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路等都與溫度傳感部分集成在一起,因而封裝后的組件體積非常小,使用方便,價(jià)格便宜,故在測(cè)溫技術(shù)中越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹IC溫度傳感器的類(lèi)型、基本原理、主要特性及其應(yīng)用等有關(guān)問(wèn)題。第四節(jié)IC溫度傳感器

一、IC溫度傳感器的分類(lèi)電壓型IC溫度傳感器；電流型IC溫度傳感器，數(shù)字輸出型IC溫度傳感器。電流型IC溫度傳感器是把線性集成電路和與之相容的薄膜工藝元件集成在一塊芯片上,再通過(guò)激光修版微加工技術(shù),制造出性能優(yōu)良的測(cè)溫傳感器。這種傳感器的輸出電流正比于熱力學(xué)溫度，即1μA/K；其次，因電流型輸出恒流，所以傳感器具有高輸出阻抗。其值可達(dá)10MΩ。這為遠(yuǎn)距離傳輸深井測(cè)溫提供了一種新型器件。電壓型IC溫度傳感器是將溫度傳感器基準(zhǔn)電壓、緩沖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；故輸出電壓高、線性輸出為10mV／℃；另外,由于其具有輸出阻抗低的特性；抗干擾能力強(qiáng)，故不適合長(zhǎng)線傳輸。這類(lèi)IC溫度傳感器特別適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。電流型IC溫度傳感器的測(cè)溫原理，是基于晶體管的PN結(jié)隨溫度變化而產(chǎn)生漂移現(xiàn)象研制的。眾所周知，晶體管PN結(jié)的這種溫漂，會(huì)給電路的調(diào)整帶來(lái)極大的麻煩。但是，利用PN結(jié)的溫漂特性來(lái)測(cè)量溫度，可研制成半導(dǎo)體溫度傳感元件。IC溫度傳感器就是依據(jù)半導(dǎo)體的溫漂特性，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)而制造出來(lái)的集成化線性較好的溫度傳感器件。利用電流I與Tk的正比關(guān)系，通過(guò)電流的變化來(lái)測(cè)量溫度的大小。二、IC溫度傳感器的測(cè)溫原理（一）電壓輸出型集成溫度傳感器AN6701S是日本松下公司生產(chǎn)的電壓輸出型集成溫度傳感器，它有四個(gè)引腳，三種連線方式：(a)正電源供電，(b)負(fù)電源供電，(c)輸出極性顛倒。電阻RC用來(lái)調(diào)整25℃下的輸出電壓，使其等于5V，RC的阻值在3~30kΩ范圍內(nèi)。這時(shí)靈敏度可達(dá)109~110mV/℃，在-10~80℃范圍內(nèi)基本誤差不±1℃。輸出AN6701(a)1243RC5~15VAN6701輸出(c)10kΩRC31245~15V

-+∞+100kΩ10kΩ100kΩAN6701(b)213輸出4－5~－15VRC三、IC溫度傳感器的主要特性輸出電壓/V024681012－20020406080RC=100kΩRC=10kΩRC=1kΩ溫度/oCAN6701S的輸入特性在-10~80℃范圍內(nèi)，RC的值與輸出特性的關(guān)系如下圖。AN6701S有很好的線性，非線性誤差不超過(guò)0.5%。若在25℃時(shí)借助RC將輸出電壓調(diào)整到5V，則RC的值約在3~30kΩ間，相應(yīng)的靈敏度為109~110mV/℃。校準(zhǔn)后，在-10~80℃范圍內(nèi)，基本誤差不超過(guò)±1℃。這種集成傳感器在靜止空氣中的時(shí)間常數(shù)為24s，在流動(dòng)空氣中為11s。電源電壓在5~15V間變化，所引起的測(cè)溫誤差一般不超過(guò)±2℃。整個(gè)集成電路的電流值一般為0.4mA，最大不超過(guò)0.8mA（RL=∞時(shí)）。（二）電流型溫度傳感器1．伏安特性工作電壓：4V～30V，I為一恒流值輸出，I∝Tk，即KT——標(biāo)定因子，AD590的標(biāo)定因子為1μA/℃I=KT·TK

4V30V0I/μAU/VAD590伏安特性曲線-55℃+25℃+150℃218298423－550150273.2μAI/μATC/oCAD590溫度特性曲線2．溫度特性其溫度特性曲線函數(shù)是以Tk為變量的n階多項(xiàng)式之和，省略非線性項(xiàng)后則有:Tc——攝氏溫度；I的單位為μA。

可見(jiàn)，當(dāng)溫度為0℃時(shí)，輸出電流為273.2μA。在常溫25℃時(shí)，標(biāo)定輸出電流為298.2μA。I=KT·Tc＋273.23．AD590的非線性150－55△T/oC0.3－0.30在實(shí)際應(yīng)用中，ΔT通過(guò)硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償校正，使測(cè)溫精度達(dá)±0.1℃。其次，AD590恒流輸出，具有較好的抗干擾抑制比和高輸出阻抗。當(dāng)電源電壓由＋5V向＋10V變化時(shí)，其電流變化僅為0.2μA/V。長(zhǎng)時(shí)間漂移最大為±0.1℃，反向基極漏電流小于10pA。–55℃～100℃，ΔT遞增，100℃～150℃則是遞降。ΔT最大可達(dá)±3℃，最小ΔT＜0.3℃，按檔級(jí)分等。T/oCAD590非線性誤差曲線美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS1820，可把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)供微機(jī)處理。由于每片DS1820含有唯一的串行序列號(hào)，所以在一條總線上可掛接任意多個(gè)DS1820芯片。從DS1820讀出的信息或?qū)懭隓S1820的信息，僅需要一根口線（單總線接口）。讀寫(xiě)及溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS1820供電，而無(wú)需額外電源。DS1820提供九位溫度讀數(shù)，構(gòu)成多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)而無(wú)需任何外圍硬件。（三）數(shù)字輸出型IC溫度傳感器

１、DS1820的特性

單線接口：僅需一根口線與MCU連接；

無(wú)需外圍元件；

由總線提供電源；

測(cè)溫范圍為-55℃～125℃，精度為0.5℃；

九位溫度讀數(shù)；

A/D變換時(shí)間為200ms；

用戶可以任意設(shè)置溫度上、下限報(bào)警值，且能夠識(shí)別具體報(bào)警傳感器。

DS1820123GNDI/OVDD(a)PR—35封裝

DS1820的管腳排列DS182012345678I/OGND(b)SOIC封裝NCNCNCNCVDDNC2、DS1820引腳及功能

GND：地；

VDD：電源電壓

I/O：數(shù)據(jù)輸入／輸出腳(單線接口，可作寄生供電)

3、DS1820的工作原理圖為DS1820的內(nèi)部框圖，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM），用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值的TH和TL觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器等七部分。存儲(chǔ)器控制邏輯64bitROM和單線接口電源檢測(cè)溫度傳感器高溫觸發(fā)器低溫觸發(fā)器8位CRC觸發(fā)器存儲(chǔ)器DS1820內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖寄生電源由兩個(gè)二極管和寄生電容組成。電源檢測(cè)電路用于判定供電方式。寄生電源供電時(shí),電源端接地，器件從總線上獲取電源。在I/O線呈低電平時(shí)，改由寄生電容上的電壓繼續(xù)向器件供電。寄生電源兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)遠(yuǎn)程溫度時(shí)無(wú)需本地電源；缺少正常電源時(shí)也能讀ROM。若采用外部電源,則通過(guò)二極管向器件供電。(1)寄生電源DS1820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)f0，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f。當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)，DS1820對(duì)f0計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門(mén)開(kāi)通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對(duì)頻率的非線性予以補(bǔ)償。測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位（符號(hào)點(diǎn)1位），但因符號(hào)位擴(kuò)展成高