第5章热电式传感.ppt

第5章热电式传感第第1章章 热电式传感器热电式传感器 热电式传感器是一种将温度的变化转换为电量变化的装置，其原理主要是利用敏感元件的性能参数随温度变化而变化的特性目前，热电偶、热电阻、PN结型温度传感器已广泛用于工业生产、家用电器、防灾报警等领域第5章热电式传感1.1 热电偶温度传感器热电偶温度传感器•热电偶是工业上最常用的一种测温元件，是一种能量转换型温度传感器在接触式测温中，热电偶传感器具有信号易于传输和变换、测温范围宽、测温上限高以及能实现远距离信号传输等优点热电偶传感器属于自发电型传感器，它主要用于-270℃～+1800℃范围内的测温第5章热电式传感1.1.1 热电效应热电效应两种不同材料的导体（或半导体）A和B两端紧密连接组成一个闭合回路，当两接触点温度不同（设 ）时，则在回路中产生电动势，形成回路电流该现象称为热电效应或塞贝克（Seebeek）效应回路中的电势称为热电势，用 表示把由两种不同材料构成的热电交换元件称为热电偶，如图1-1所示导体A和B称为热电极接触点称为热端或工作端，测量时置于被测温度场中；另一接触点称为冷端或自由端，测量时要求冷端温度保持恒定。

第5章热电式传感当两接触点和温度不同时，热电偶回路中产生热电势，主要由两部分组成：一部分是两种导体的接触电势，另一部分是单个导体的温差电势1 接触电势接触电势接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触点处形成的电动势，又称为珀尔帖电势当A和B两种不同材料的导体接触时，根据扩散理论，在接触点处要产生扩散运动由于A和B内部单位体积的自由电子数目（即电子密度 ）不同，电子在两个方向上的扩散速率就不一样，如图1-2所示设导体A的自由电子密度大于导体B的自由电子密度（ ），则导体A扩散到导体B的电子数比导体B扩散到导体A的电子数多，使得导体A失去电子带正电，导体B得到电子带负电，因此在接触面上形成一个由A到B的电场该电场的阻碍电子由导体A向导体B扩散，当电子扩散作用与电场阻碍作用相等时便处于一种动态平衡状态在这种状态下，导体A和导体B在接触处产生电动势，称为接触电势第5章热电式传感图1-2 接触电势两接触点的接触电势分别用 和 表示，根据物理学上的推导有第5章热电式传感式中， —波尔兹曼常数（ ）； —电子电荷量（ ）； ， —接触点的绝对温度（ ）； ， —导体A，B在温度为 时的自由电子密度； ， —导体A，B在温度为 时的自由电子密度。

总接触电势为从接触电势的理论计算公式可知：接触电势的大小仅与导体材料和接触点的温度有关，与导体的形状和几何尺寸均无关第5章热电式传感2 温差电势温差电势温差电势是由同一导体的两端温度不同而产生的一种热电势，又称为汤姆逊电势将导体两端分别置于不同的温度场 和 中，在导体内部，热端自由电子具有较大的动能，向冷端扩散移动，从而使得热端失去电子带正电，冷端得到电子带负电因此，在导体中产生一个由热端指向冷端的电场 ，该电场阻碍电子从热端向冷端扩散移动，当达到动态平衡时，在导体两端产生相应的电势差，即所谓的温差电势，如图1-3所示图1-3 温差电势第5章热电式传感导体A和B的温差电势分别 用和 表示，其理论值为式中， 、 —导体A和B的汤姆逊系数，即温差为1℃时所产生的电势值总温差电势为从温差电势的理论计算公式可知：温差电势只与导体材料和接触点的温度有关，与导体的形状和几何尺寸、沿热电极的温度分布均无关第5章热电式传感3 总电势总电势导体A和B组成的热电偶回路在 时的等效电路如图1-4所示。

图1-4 热电偶回路总热电势根据电路理论中的基尔霍夫电压定律，热电偶回路的总电势为式1-7表明，热电偶回路中的总热电势等于接触电势和温差电势的代数和第5章热电式传感当热电极材料A和B一定时，热电偶的总电势 为 和 的温度函数若冷端温度恒定，则热电势为温度的单值函数，因此，只要用仪表测出热电偶总热电势即可求得热端温度通过热电偶理论可以得出热电偶具有以下基本特性1）若热电偶两电极材料相同，则无论两接触点温度如何，总输出热电势为零；（2）若热电偶两接触点温度相同，尽管电极材料不同，回路中的总电势为零；（3）热电势的大小仅与热电极材料和接触点温度有关，与热电偶的尺寸、形状等均无关第5章热电式传感1.1.2 热电偶的基本定律热电偶的基本定律1 均质导体定律均质导体定律由同一种材料两端焊接组成闭合回路，无论接触面和温度分布如何，将不产生接触电势，温差电势相互抵消，回路中的总电势为零热电极的材质不均匀，在热电极上各处温度不同时，将产生附加热电势，会造成测量误差因此，热电极材料的均匀性是衡量热电偶质量的重要指标之一第5章热电式传感2 中间温度定律中间温度定律热电偶在接触点温度为和的回路电势等于该热电偶在接触点为，和 ，时的回路电势的代数和，即 （1-8）式中， —中间温度。

中间温度定律是热电偶分度表应用的理论依据，热电偶分度表是参考温度 ℃时的热电偶回路电势 与被测温度的数值对照表已知被测温度，可以从分度表中查到回路电势 ；反之，已知 ，亦可从分度表中查到被测温度根据中间温度定律，只要给出冷端为0℃时热电势和温度的关系，即可求冷端为任意温度 的热电偶热电势 （1-9）第5章热电式传感3 中间导体定律中间导体定律在热电偶回路中接入第三种导体C，只要第三种导体C的两端温度相同，且插入的导体是均质的，则不影响热电偶回路的总电势即根据中间导体定律，在热电偶回路中接入仪表和导线如图1-5所示，只要保证两个接触点的温度和相等，则不会影响原来热电偶回路电势的大小图1-5 中间导体连接的测温系统第5章热电式传感1.1.3 热电偶冷端温度误差及补偿热电偶冷端温度误差及补偿热电偶回路热电势的大小不仅与热端温度有关，而且与冷端温度有关只有当冷端温度保持恒定，热电势才是热端温度的单值函数实际测量中，热电偶的冷端温度会受环境温度或热源温度的影响很难保持为0℃。

为了使用特性分度表对热电偶进行标定，实现对温度的精确测量，则需要采取一定的措施进行冷端补偿，消除冷端温度变化和不为0℃时所引起的温度误差常用的补偿或修正措施有补偿导线法、0℃恒温法、电桥补偿法、冷端温度校正法等第5章热电式传感1 补偿导线法补偿导线法为使热电偶冷端温度保持恒定（最好为0℃），可将热电偶电极做得很长，将冷端移到恒温或变化平缓的环境中该方法一方面是安装使用不便，另一方面耗费许多贵重的金属材料，因此通常采用廉价的补偿导线将热电偶冷端延伸出来，如图1-6所示图1-6 补偿导线法常见的热电偶延伸导线如表1-1所示第5章热电式传感表1-1 常用热电偶补偿导线热电偶正极-负极补偿导线正极-负极导线外皮颜色T=100℃，T0=0℃标准热电势（mV）正极负极铂铑10-铂铜-铜镍红绿0.643±0.023镍铬-镍硅铜-康铜红蓝4.096±0.063镍铬-考铜镍铬-考铜红黄6.95±0.30铜-康铜铜-康铜红蓝4.26±0.15钨铼5-钨铼26铜-铜镍红橙1.451±0.0512 0℃℃恒温法恒温法 一般热电偶的定标时，冷端温度以0℃为标准将热电偶冷端置于冰水混合物中，使其保持恒定的0℃，它可以使冷端温度误差完全消失。

0℃恒温法通常只有在实验室测温时才有可能实现，不适合工业温度测量第5章热电式传感3 电桥补偿法电桥补偿法电桥补偿法是利用电桥不平衡产生的电压来补偿热电偶因冷端温度变化而产生的热电势如图1-7所示，电桥中的电阻 ， ， ， 的温度系数为零，即阻值恒定，为铜热电阻 （其值随温度变化），放置于热电偶的冷端处图1-7 冷端温度自动补偿原理图电桥平衡点设置在 ℃，即当 ℃时电桥平衡，而当 ℃时，由于 阻值随温度变化导致电桥失衡，输出电压 ；同时，热电偶因冷端温度 ℃ 而产生偏移热电势 如果 设计和 大小相等，极性相反，则叠加后相互抵消，从而实现冷端温度变化自动补偿第5章热电式传感4 冷端温度恒温法和校正法冷端温度恒温法和校正法将热电偶的冷端置于一恒温器内，如恒定温度为 ℃，则冷端误差 为虽然不为零，但为一个定值只要在回路中加入相应的修正电压，或调整仪表指示的起始位置，即可实现完全补偿当冷端温度不为0℃，但能保持在恒定的温度 时，可采取相应的修正法将冷端温度校正到0℃，以便使用标准热的电偶温度分度表。

第5章热电式传感1）热电势修正法利用热电偶中间温度定律对热电势进行修正 式中， —环境温度； —实测热电势； —冷端修正值第5章热电式传感例1：铂铑10-铂热电偶测炉温，冷端温度为室温21℃，测得 mV，则实际炉温是多少？解：查分度表 mV，则MV 再查分度表得 ℃注：若直接用0.465mV查表，则 ℃不能将 ℃作为实际炉温2）温度修正法设冷端温度为 ，工作端测量温度为 ,则被测实际温度为式中， —热电偶温度修正系数，其值取决于热电偶的种类和被测温度范围第5章热电式传感热电偶温度修正系数如表1-2所示表1-2 热电偶温度修正系数/℃热电偶类别铂铑10-铂镍铬-镍硅铁-考铜镍铬-考铜铜-考铜01.001.001.001.001.00201.001.001.001.001.001000.821.001.000.900.862000.721.000.990.830.773000.690.980.990.810.704000.660.980.980.830.685000.631.001.020.790.656000.620.961.000.780.657000.601.000.910.80—8000.591.000.820.80—9000.561.000.84——10000.551.07———11000.531.11———12000.53————13000.52————14000.52————15000.53————16000.53————第5章热电式传感例2：铂铑10-铂热电偶测炉温，冷端温度为室温21℃，测得 mV，则实际炉温是多少？用 mV查温度分度表，则 ℃。

℃，查热电偶温度修正系数表， ，则实际炉温为℃ 第5章热电式传感1.1.4 热电偶的分类热电偶的分类1 按照热电偶的材料分类按照热电偶的材料分类国际计量委员会制定的《1990年国际温标》的标准，规定几种通用热电偶1）铂铑10-铂热电偶（分度号S）正极用铂铑合金丝（90%铂和10%铑），负极用纯铂丝测温范围在0～1600℃，优点是热电特性稳定，准确度高，熔点高缺点是热电势较低，价格昂贵，不能用于金属蒸气和还原性气体中第5章热电式传感2）铂铑30-铂铑6热电偶（分度号为B）正极用铂铑合金（70%铂和30%铑），负极用铂铑合金（94%铂和6%铑）测温范围在0～1700℃，宜在氧化性和中性介质中使用，不能在还原性介质及含有金属或非金属蒸气的介质中使用3）镍铬-镍硅热电偶（分度号为K）正极用镍铬合金，负极用镍硅合金测温范围为-200～+1200℃，优点是测温范围宽，热电势与温度近似线性关系，热电势大且价格低缺点是热电势稳定性较差第5章热电式传感4）镍铬-康铜热电偶（分度号为E）正极用镍铬合金，负极用康铜测温范围为-200～+900℃，优点是热电势较大，热电线性好，价格便宜。

缺点是不能用于高温测量5）钨铼热电偶正极用钨铼合金（95%钨和5%铼），负极用钨铼合金（80%钨和20%铼）测温上限为2800℃，短期可达3000℃高温抗氧化能力差，可应用在真空、惰性气体介质中，不宜用在还原性介质、潮湿的氢气及氧化性介质中常见热电偶的分度表请参见附录第5章热电式传感2 按照热电偶结构分类按照热电偶结构分类1）普通热电偶普通热电偶一般由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒组成，主要用于测量气体、蒸气和液体等介质的温度2）铠装热电偶铠装热电偶由热电极、绝缘材料和金属保护管经拉制工艺制成，具有体积小、精度高、响应速度快、可靠性好、耐振动、耐冲击等优点第5章热电式传感3）薄膜热电偶薄膜热电偶是用真空蒸镀、化学涂层等工艺将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜，具有热惯性小、反应快等优点，适用于测量微小面积上的瞬变温度4）表面热电偶表面热电偶是用来测量各种状态的固体表面温度，如测量金属块、炉壁、涡轮叶片等表面温度5）浸入式热电偶浸入式热电偶主要用来测钢水、铜水、铝水及熔融合金的温度6）热电堆热电堆是由热电偶串联而成，其热电势与被测温度的四次方成正比，用于辐射温度计进行非接触式测温。

第5章热电式传感1.1.5 热电偶测温电路热电偶测温电路1 某点温度测量电路某点温度测量电路测量某点温度原理如图1-8所示，一支热电偶配一台显示仪表的测量线路，测量线路主要包括补偿导线、冷端补偿器、连接用铜线及仪表等 图1-8 热电偶测量某点温度第5章热电式传感2 温差测量电路温差测量电路两点温差的测量方法有两种：一种是用两支热电偶分别测量两处的温度，计算求温差；另一种是将两支同型号的热电偶反串连接，直接测量温差电势，然后求算温差，测量原理如图1-9所示图1-9 热电偶测两点温差第5章热电式传感3 多点温度平均值测量电路多点温度平均值测量电路测量多点平均温度有两种基本形式，一种是热电偶串联测量，如图1-10所示；另一种是热电偶并联测量，如图1-11所示图1-10 热电偶串联测量电路图1-11 热电偶并联测量电路第5章热电式传感1）热电偶串联测量将 只型号相同的热电偶正负极依次相串联，若只热电偶的热电势分别为 、 、 … ，则总热电势为热电偶的平均热电势E热电偶串联测量的优点是热电势大，精度比单只高，缺点是串联热电偶中若某只热电偶断路，则整个测量电路无法工作。

第5章热电式传感2）热电偶并联测量将n只型号相同的热电偶正负极分别连接在一起，若只热电偶的热电势分别为 、 、 … ，则总热电势为只热电偶热电势值的平均值，即热电偶并联测量的缺点是输出热电势值较小，若某只热电偶断路无输出，则会产生测量误差第5章热电式传感1.2 热电阻温度传感器热电阻温度传感器热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化的特性来实现温度测量的通常将热电阻传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻，前者称为热电阻，后者称为热敏电阻第5章热电式传感1.2.1 金属热电阻金属热电阻 一般金属导体具有正温度系数，电阻率随温度上升而增加，在一定范围内电阻与温度的关系为热电阻材料主要有铂、铜、镍、铟、锰等，应用最多的是铂和铜，其电阻温度系数大，线性好，性能稳定，温度范围宽第5章热电式传感1 铂电阻铂电阻铂电阻是制作热电阻的最好材料，性能稳定、重复性好、测量精度高、其阻值与温度关系近似线性，一般用于制作标准测温器件，其测温范围为-200℃～+650℃在-200℃～0℃时，电阻与温度的关系为 在-0℃～+650℃时，电阻与温度的关系为第5章热电式传感式中 ， ， —热电阻在 t℃和0℃时的电阻值； A—常数（3.96847×10-3/℃）； B—常数（-5.847×10-7/℃2）； C—常数（-4.22×10-12/℃4）。

目前我国规定的工业用铂热电阻 有 和 ，分度号分别为Pt10和Pt100实际应用时，只要测得热电阻的阻值 ，即可在分度表中查出对应的温度值第5章热电式传感2 铜电阻铜电阻由于铂是贵金属，价格高，在一些精度要求不高和测温范围较低的场合，通常采用铜热电阻进行测温，其测温范围为-50℃～+150℃铜电阻阻值与温度的关系近似为式中， ， —热电阻在 ℃和0℃时的电阻值； A—常数（4.28899×10-3/℃）； B—常数（-2.133×10-7/℃2）； C—常数（1.233×10-9/℃3）目前我国工业上使用的标准铜热电阻 有 和 ，分度号分别为Cu50和Cu100铂和铜热电阻的分度表请参见附录第5章热电式传感3 热电阻的主要参数与特性热电阻的主要参数与特性热电阻的主要参数与特性如表1-3所示第5章热电式传感1.2.2 半导体热敏电阻半导体热敏电阻热敏电阻是利用半导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件一般按温度系数可分为负温度系数热敏电阻（NTC）、正温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度系数热敏电阻（CTR）。

这三类热敏电阻的电阻率与温度的关系曲线如图1-12所示从图中可以看出，这些曲线都是呈非线性图1-12 电阻率与温度的特性曲线第5章热电式传感1 热敏电阻的特性热敏电阻的特性NTC热敏电阻生产最早，技术最成熟，应用较为广泛在温度测量中，主要采用NTC热敏电阻，其阻值与温度的关系为式中， 、 —温度为 和 时的阻值； —被测温度（K）； —热敏电阻的材料常数，一般取2000～6000K定义 为热敏电阻的温度系数 ，则第5章热电式传感2 热敏电阻的分类热敏电阻的分类1）按结构形式分：体型、薄膜型、厚膜型2）按工作方式分：直热式、旁热式、延迟电路3）按工作温区分：低温区、常温区、高温区3 热敏电阻的主要特点热敏电阻的主要特点1）灵敏度高：热敏电阻的灵敏度是铂热电阻、铜热电阻灵敏度的几百倍2）稳定性好，可靠性高3）电阻值大，适合远距离温度测量和控制4）体积小，重量轻，热惯性小5）制作简单，价格低廉，使用寿命长第5章热电式传感4 热敏电阻的主要参数热敏电阻的主要参数1）标称阻值R（ ）：热敏电阻在环境温度为25℃时的电阻值，又称为冷电阻。

2）额定功率PN（W）：热敏电阻在规定的技术条件下，长期连续工作所允许的耗散功率3）电阻温度系数（%/℃）：温度变化1℃时，热敏电阻阻值的变化率4）热容量C（J/℃）：热敏电阻温度变化1℃时所需吸收或释放的热量5）耗散系数H（W/℃）：热敏电阻温度与周围介质温度相差1℃时所耗散的功率6）时间常数（s）：热敏电阻加热或冷却的响应速度，以热容量与耗散系数之比来表示，即第5章热电式传感5 热敏电阻的应用热敏电阻的应用1）热敏电阻用于温度测量一般来说，用于测量温度的热敏电阻结构简单，价格便宜没有外面保护层的热敏电阻只能应用于干燥的场合，密封的热敏电阻能够经受湿气的侵蚀，可以应用于恶劣的环境由于热敏电阻的阻值很大，其连接导线的电阻和接触电阻均可忽略，因此热敏电阻可用于长达数千米的远距离温度测量，测量电路多采用桥式电路第5章热电式传感图1-13所示为用热敏电阻测量温差电路热敏电阻、分别置于两个不同测温点，两个失衡电桥电流流经仪表的方向相反，则仪表指示的是两电流之差，这样便可测量出两个环境的温度之差图1-13 热敏电阻温差测量电路第5章热电式传感2）热敏电阻用于温度补偿热敏电阻在一定温度范围内可以用于对某些元件进行温度补偿。

图1-14为热敏电阻温度补偿电路，热敏电阻与应变片处在相同的温度环境中当应变片的灵敏度随温度升高而下降时，热敏电阻的阻值下降，使电桥的输入电压随温度升高而增加，从而提高电桥的输出电压图1-14 热敏电阻温度补偿电路第5章热电式传感3）热敏电阻用于温度控制热敏电阻同样可以应用于温度控制，在家用电器等场合应用广泛图1-15为水温控制电路调节电位器设定水温值，热敏电阻检测水温的实际值，通过电桥测量转换电路将输出电压信号送后级集成运放，经过信号处理后加到三极管基极和发射极根据三极管工作状态是饱和或截止状态控制集电极的继电器是否吸合，从而确定可控硅是否导通，实现对负载的控制图1-15 热敏电阻水温控制电路第5章热电式传感1.3 PN结型温度传感器结型温度传感器半导体材料的许多参数如PN结的反向漏电流和正向电压等都与温度密切相关PN结型温敏器件正是利用半导体材料的性能参数随温度变化的特性来实现对温度的检测、控制或补偿等功能第5章热电式传感1.3.1 温敏二极管温敏二极管半导体温敏器件可分为电阻型和PN结型两大类，热敏电阻属于电阻型温敏器件这里主要介绍PN结型温敏器件，其工作机理是利用PN结的正向电压与温度之间的线性关系实现温度测量的。

根据理论可知，PN结电压、电流和温度的关系为第5章热电式传感式中，—PN结正向电压； —波尔兹曼常数； —绝对温度（K）； —电子电荷量； —PN结正向电流； —PN结反向饱和电流； —温度为0K时材料的禁带宽度； —与温度无关的因子的常数； —与温度有关的函数项； —与迁移率有关的常数第5章热电式传感图1-16 2DWM1型硅温敏二极管的 特性特性 温敏二极管一般用于温度调节或控制电路当正向电流 一定时，PN结正向电压 与被测温度 之间成线性关系随着温度的升高，正向电压将下降，表现出负的温度系数通过对正向电压的测量可实现对温度的检测对不同正向电流下的温敏二极管，其 关系不同图1-16为国产2DWM1型硅温敏二极管在 下的 特性曲线。

由图可知，在-50℃～+150℃范围内，其 之间具有良好的线性关系第5章热电式传感1.3.2 温敏三极管温敏三极管利用晶体管温度特性同样可以做成温敏器件在集电极电流恒定的情况下，晶体管发射结上的正向电压随温度上升而近似线性下降，具有较好的线性关系以NPN型晶体管为例，其发射结电压 与集电极电流 、温度 之间的关系为由式1-24可知，集电极电流 一定时，发射结电压 与 呈单值函数关系，且 随 的升高而线性下降 温敏晶体管具有线性好、成本低、性能好、使用方便等优点，其应用越来越广泛第5章热电式传感1.4 集成温度传感器集成温度传感器集成温度传感器是将作为感温器件的温敏晶体管、差分电路等外围电路集成在同一芯片上，具有小型化、成本低、使用方便等优点集成温度传感器按输出量不同分为电压型和电流型两种电压输出型输出阻抗低，可以直接输出电压信号电流输出型输出阻抗高，可实现远距离线路传输第5章热电式传感1.4.1 集成温度传感器的工作原理集成温度传感器的工作原理在集电极电流恒定的情况下，晶体管的发射结电压近似认为与温度呈线性单值关系。

严格来说仍然存在非线性偏差，温度范围越大，非线性误差越大为了减小非线性误差，集成温度传感器采用对管差分电路，使得在任意温度时，输出电压正比于绝对温度图1-17 对管差分电路原理图第5章热电式传感图1-17所示为对管差分电路原理图 和 是结构和性能完全相同的晶体管，分别工作于不同的集电极电流 和 下，根据基尔霍夫电压定律有则由于 和 管结构相同，即集电极面积相等，则两管集电极电流之比等于电流密度之比，即有式中， 、 —两管 和 的集电极电流密度第5章热电式传感由式1-27可见，只要保证两管的集电极电流密度之比不变，即可使 正比于绝对温度 这种与温度成比例的对管差分电路称为PTAT（Proportional To Absolute Temperature）核心电路第5章热电式传感1.4.2 电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感器电压输出型的典型产品有LM135、LM235、LM335等三端电压输出器件和LX5600、LM3911等四端电压输出器件，其灵敏度为10mv/K1 三端电压输出型三端电压输出型LM135、LM235、LM335的工作温度范围分别为-55℃～+150℃、-40℃～+125℃、-10℃～+100℃。

以LM135为例，其内部主要由一个PTAT核心电路和运放电路组成，三个引脚分别为电源正极、负极、调整端端电压输出型可视为两端工作的齐纳二极管，其击穿电压正比于绝对温度，如图1-18所示，把传感器等效成温度系数为10mV/K的电压源传感器的工作电流有电阻 和电源电压 决定：第5章热电式传感由式1-28可知，工作电流随温度变化LM135作为电压源，其内阻极小，故电流的变化并不影响输出电压图1-18 基本测温电路第5章热电式传感2 四端电压输出型四端电压输出型四端电压输出型传感器的工作温度测量范围为-40℃～+125℃，其主要由PTAT核心电路、参考电压源和运算放大器三部分组成，四个端子分别为U+、U-、输入、输出，如图1-19所示图1-19 四端电压输出型传感器框图第5章热电式传感四端电压输出型的基本应用如图1-20所示，分别给出正电源和负电源的接法由于输入端和输出端短接，传感器在U+端和输出端之间给出正比于绝对温度的电压输出在内部参考电压箝位下，U+和U-端之间电压保持为6.85V，传感器实际上是一个电压源，必须用电阻和传感器串联，所加要大于6.85V，常取±15V电路电流通常选择1mA左右，因此值可由下式确定：（a）正电源 （b）负电源图1-20 四端电压输出型的基本应用电路第5章热电式传感1.4.4 可编程集成温度传感器可编程集成温度传感器随着微电子技术的发展，美国DALLAS、MAXIM等公司开发出可编程集成温度传感器，如DS18B20、DS18S20、MAX6509、MAX6510等，将可编程集成温度传感器与单片机相结合，可以开发出数字化、智能化的温度测量和温度控制系统。

DS18B20是美国DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器以数字信号输出被测温度值，具有体积小、线路简单、测量精度高、分辨率高、抗干扰能力强、用户可设定温度上下限、超限自动报警功能等特点第5章热电式传感1 DS18B20的内部结构的内部结构 DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，它主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器，其内部结构如图1-22所示图1-22 DS18B20的内部结构框图第5章热电式传感2 DS18B20的特点的特点DS18B20具有如下特点：1）测温范围为-55℃～+125℃，分辨率达到0.0625℃；2）单总线接口方式，仅需一根线即可与微处理器实现双向通信；3）可用数据线供电，电压范围为+3.0～+5.5V；4）通过编程可实现9～12位的数字读数方式；5）用户可自行设定非易失性的报警上下限值；6）具有负压特性，即电源极性接反时，不会因发热而烧毁，但不能正常工作第5章热电式传感3 DS18B20的应用的应用基于单片机和DS18B20的温度测量系统框图如图1-23所示该系统采用Atmel公司的AT89C52微控制器对DS18B20进行温度数据的读写、数值计算等处理。

通过AT89C52的数据总线与LED数码管相连，将处理后的温度数据送到LED数码管进行数字化显示，实现温度的实时监测图1-23 DSB18B20温度测量系统框图第5章热电式传感思考与练习题思考与练习题1 热电偶的工作原理是什么？2 什么是热电效应？什么是接触电势？什么是温差电势？3 热电偶有哪些基本定律？试简述其内容4在热电偶回路中接入测量仪表时，会不会影响热电偶回路的热电势值？为什么？5 热电偶测温时为何要进行冷端温度补偿？常用的冷端温度补偿方法有哪些？6 将一支镍铬-镍硅热电偶与电压表相连，电压表接线端温度是50℃，若电位计上读数为60mV，试求热电偶热端温度是多少？7 镍铬-镍硅热电偶的灵敏度为0.04mV/℃，把它放在1200℃处，若以指示表作为冷端，此处温度为50℃，试求热电势的大小8 已知热电偶的分度号为K型，工作时自由端温度t0=30℃，现测得热电势为25.568mV，求工作端的温度是多少？。